Dažnos injekcinės formos projektavimo klaidos ir kaip jų išvengti

Vienodo sienelių storio palaikymas, kad būtų išvengta struktūrinių defektų

Kodėl nevienodas sienelių storis sukelia įdubimus storesnėse formuotų detalių dalyse

Kai injekcinių formų sienelės nėra vienodo storio, atvėsimas vyksta skirtingais greičiais visame detaliai. Storesnės dalys užkaista ilgiau lyginant su plonesnėmis sienelėmis. Šis medžiagų atvėsimo skirtumas sukuria taip vadinamus įdubimus – tai esminiai maži įspaudai paviršiuje, kur plastikas susitraukia po atvėsimo. Pagal 2023 m. atliktus polimerų tekėjimo analizės tyrimus, sritys, kuriose sienelių storis viršija gretimų sekcijų storį daugiau kaip dvigubai, turi beveik keturis kartus didesnę tikimybę susidaryti šiems nepatraukliams įdubimams. Konstruktoriams dažnai kyla problemų dėl storumo pertvarų arba atsparų, prijungtų prie plonesnių sienelių, nes šios detalės išlaiko šilumą apie 40 procentų ilgiau atvėsdamos, todėl ypač linkusios kurti defektus. Tai yra tai, ką gamintojams reikia stebėti itin atidžiai projektuojant detales masinei gamybai.

Kaip kintamas sienelių storis sukelia išlinkimą dėl nevienodo atvėsimo

Iškraipyti komponentai dažniausiai atsiranda dėl nevienodų vidinių įtempių, kai skirtingos detalės dalys atvėsta skirtingais greičiais. Ten, kur sienelės plonesnės, jos paprastai atvėsta apie vieną su puse – du kartus greičiau nei šalia esančios storesnės srities. Tai sukelia nevienodą susitraukimą per visą detalę, dėl ko ji išsikreipia, lenkdamasi link plonesnių sričių. Pagal 2024 m. pranešimą apie pramonę, apie dviejų trečdalių viso išmetamo kiekio dėl iškraipymo atsirado dėl detalių, kurių sienelių storis skyrėsi daugiau nei 25 %. Kai kurie kompiuteriniai modeliavimo tyrimai taip pat parodė kažką įdomaus – tik dvylikos sekundžių skirtumas aušimo laike tarp gretimų sekcijų gali sukelti pastebimus iškraipymo reiškinius tokiuose medžiagose kaip ABS plastikas ir polipropileno. Šie rezultatai pabrėžia, kodėl svarbu kontroliuoti sienelių storį visame gamybos procese.

Geriausios praktikos nuolatiniam sienelių storiui projektuojant liejimo formas

• Palaikykite sienelės storį 1,5:1 santykyje visuose elementuose
• Naudokite nuolydžio formos perėjimus (40°–60° kampai) ten, kur keičiasi storis
• Didelę apkrovą patiriančius elementus išdėstykite ne toliau kaip 30 % nuo nominalaus sienelės storio
• Patvirtinkite konstrukcijas naudodami liejimo formoje tekėjimo analizės programinę įrangą prieš gaminant įrankius

Nuosekli sienelės konstrukcija sumažina medžiagos sunaudojimą 15–22 %, tuo pačiu gerinant matmeninę stabilumą, remiantis automobilių formavimo bandomaisiais

Atvejo analizė: storo sienelės automobilio komponento perprojektavimas siekiant pašalinti įdubimus

Automobilių oro vamzdžio originalus projektas turėjo 4 mm storų montavimo skerspjūvį šalia tik 1,5 mm sienų, dėl kurių gamybos metu atsirado rimtų krantų žymenų. Norėdami išspręsti šią problemą, inžinierių komanda įgyvendino žingsnio žemyn metodą nuo 4 mm iki 3 mm, tada 2 mm, kol pasiekiama galutinė 1,5 mm sienos storis. Be to, jie pridėjo specialių aušinimo kanalų aplink storesnes dalies dalis. Pagal bandymus, šie pokyčiai sumažina paviršiaus defektus apie 92%. Gaminimo ciklo laikas taip pat pagerėjo, padidėjo maždaug 18%, nes vėsinimas buvo vienodas visoje komponente, nes sienų storis buvo vienodas visoje vietoje.

Optimalizavimas vartų projektavimo ir išdėstymo, siekiant subalansuoto medžiagų srauto

Kaip vartų išdėstymas veikia medžiagos srautą ir aušinimo efektyvumą

Vartų padėtis tiesiogiai veikia medžiagos pasiskirstymą ir šilumos valdymą. Vartus talpinant storesnėse dalyse skatinamas kryptinis sukietėjimas, mažinamas oro užtrappingas ir leidžiama efektyviai taikyti pildymo slėgį. 2023 m. atlikto modeliavimo tyrimo duomenimis, strategiškai išdėstyti vartai sumažino aušinimo metu atsirandančius defektus 18 % lyginant su kraštinių vartų konfigūracijomis.

Sruvėjimas, kurį sukelia netinkamas vartų projektavimas ir įpurškimo greitis

Kai vartai per siauri ir įpurškimo greičiai padidinami iki maksimumo, susidaro netvarkinga situacija, vadinama čiurkšle. Iš esmės, lydymas tiesiog sproga į formos ertmę, tarsi vanduo, trykštantys iš žarnos antgalio. Pagal tas reologijos schemas, į kurias visi remiasi, bėdos prasideda, kai lydalas juda greičiau nei apie pusę metro per sekundę per vartus, kurių skersmuo mažesnis nei 1,5 milimetro. Norėdami išspręsti šias problemas, dauguma gamyklų nustato, kad vartų kanalo zonos pailginimas stebuklingai padeda – tarp 30 % iki net 50 % ilgesnio kanalo atrodo tinkamas sprendimas. Kai kurie taip pat pereina prie trumpos formos vartų, kurie geriau kontroliuoja tekėjimą. Ir nepamirškite pradžioje ženkliai sumažinti pradinio įpurškimo greičio.

Minimali vartų liekanų palikimo užtikrinimas optimaliai parinkus vartų tipą ir vietą

Požeminiai liukai, tokie kaip tuneliniai ir ančiužiniai tipai, palieka minimalius matomus ženklus lyginant su įprastais kraštiniais liukais. Perkeliant liukus iš apkrovą nešančių paviršių į vidinius rėmus, aukštos tikslumo detalių atmetimai dėl likučių sumažėjo 73 %, kaip parodyta praktinis pavyzdys .

Suvirinimo linijų mažinimas pagerinant medžiagos tekėjimo susiliejimą prie liukų

Kai suvirinimo linijos susidaro, kai srautų frontai susitinka po daugiau nei 120 laipsnių kampu, detalės žymiai susilpnėja. Formuotojai nustatė, kad naudojant daugiapolių sistemų su tinkamais srauto laidininkais ir sinchronizuojant lydymo temperatūras per visus liukus galima padidinti suvirinimo linijų stiprumą apie 40 procentų, remiantis tais ASTM D638 testais, į kuriuos visi remiasi. Šiuolaikinės pažangios dirbtuvės vis dažniau pasitelkia dirbtinio intelekto valdomas kompiuterines imitacijas, kad nustatytų, kur srautų frontai gali susidurti dar prieš montuojant liukus. Programinė įranga padeda jiems koreguoti liukų pozicijas, siekiant sumažinti šias problemiškas zonas gamybos ciklo metu.

Veiksmingų aušinimo sistemų projektavimas matmenų tikslumui užtikrinti

Iškraipymas dėl nevienodo aušinimo: blogo kanalų išdėstymo poveikis

Blogai suprojektuoti aušinimo išdėstymai gali sukelti temperatūros skirtumus, viršijančius 25 Farenheito laipsnius (apie 14 Celsijaus laipsnių). Pagal 2023 metų „Plastics Today“ tyrimą, toks šiluminis disbalansas iš tiesų susijęs su maždaug dviem trečdaliais visų techninių detalių deformacijos problemų. Problema dar labiau pablogėja, kai reikia dirbti su sudėtingomis formomis ir detalėmis, turinčiomis sienelių skirtingo storio. Tradiciniai tiesūs išgręžti kanalai dažnai palieka karštus taškus būtent ten, kur jų nereikia. Tačiau kompiuteriniai modeliavimai atskleidžia kažką įdomaus: tie patobulinti formos atitinkantys aušinimo kanalai, spausdinami trimatėje erdvėje pagal faktinę detalės formą, gali sumažinti temperatūros svyravimus nuo 40 iki 60 procentų, palyginti su senaisiais metodais. Be to, yra ir kitas pranašumas. Šios pažangios aušinimo sistemos padeda gamintojams taip pat sutaupyti laiko, trumpindamos gamybos ciklą maždaug 30 procentų automobilių gamybos ir elektronikos komponentų gamybos pramonės šakose, paprasčiausiai užtikrindamos, kad formos paviršius nuolat išlaikytų siaurą temperatūros diapazoną – plius arba minus penkis Farenheito laipsnius (arba apie 2,8 Celsijaus laipsnių).

Pasiekiant tolygų aušinimą strategiškai nustatant aušalo srautą ir kanalų išdėstymą

Pagrindinės strategijos apima:

• Kanalų išdėstymas per 15–20 mm nuo formos paviršiaus optimaliam šilumos perdavimui
• Daugiasluoksnių sistemų naudojimas, kurių srauto greitis pritaikytas detalės geometrijai
• Berilio vario įterpų montavimas aukštos temperatūros zonose, kad būtų pagreitintas aušinimas 25–35 %

Termoparai kritiniuose mazguose leidžia atlikti realaus laiko koregavimus, sumažinant detalės deformaciją po formavimo 18 % buitinėje elektronikoje.

Duomenų analizė: simuliacijos rezultatai, rodantys 40 % trumpesnį ciklo laiką su optimizuotu aušinimu

2024 metais medicinos prietaisų korpusams atlikta simuliacija parodė 40 % trumpesnį ciklo laiką bei ±0,02 mm matmenų stabilumą, naudojant formą pakartojantį aušinimą kartu su vario lydinio įterpais. Optimizuota išdėstymo schema užtikrino formos temperatūros stabilumą ±2,8 °C ribose gaminant 72 valandas.

Užtikrinamas tinkamas vėdinimas, kad būtų pašalinti oro spąstai ir tekėjimo defektai

Vakuumo ertmės ir oro kišenės, sukeltos užstrigusio oro sudėtingose formose

Kai gamybos metu injekciniuose formose užstrėra oras, susidaro erdvės be turinio, dėl kurių tampa matomi paviršiaus defektai – apie 24 % tikslumo detalių, kaip nurodyta žurnale „Material Science Today“ pernai. Problema ypač ryškėja sudėtingos formos dalyse, kurių nepatogūs kampai ar persidengiantys ribai, kur tiesiog susidaro mažos erdvės, kuriose orui labai patinka kaupiatiesi. O dirbant su įprastais plastikais, tokiiais kaip ABS ar polikarbonatas, situacija dar labiau komplikuojasi. Kai injekcijos greitis viršija apie 120 mm per sekundę, gamintojai pradeda susidurti su rimtomis problemomis dėl užstrėrusio oro. Dažniausiai tai reiškia papildomų ventiliacijos kanalų pridėjimą prie formos konstrukcijos, kas padidina tiek laiko, tiek gamybos išlaidas, tačiau būtina užtikrinti kokybę.

Neužpildytos formos dėl nepakankamos ventiliacijos ir formos sudėtingumo

Kai nėra pakankamai ventiliacijos, įkaitęs plastikas yra priverstas patekti į suspaustus oro kišenes formos ertmėje, dėl ko atsiranda erzinantys nepilno užpildymo defektai, vadinami trūkstamaisiais liejimais. Praeito metų tyrimai parodė kažką įdomaus ir apie formos projektavimą. Formos, kurių sienelių storio santykis viršija 5 į 1, turi apie 37 procentais daugiau trūkstamųjų liejimų problemų, jei ventiliai yra seilesni nei 0,03 milimetrų gylio. Situacija dar labiau susunksta su aukštos klampumo medžiagomis, tokiomis kaip nylonas 6/6. Šios medžiagos daro problemą dar rimtesnę, nes užstrigęs oras iš tikrųjų sukuria papildomą atgalinį slėgį nuo 19 iki 22 svarų kvadratiniame coliuje. Toks slėgis dažnai viršija tai, ką gali išlaikyti dauguma standartinių injekcinių įrenginių formos įvarto zonoje.

Rekomenduojamas ventiliacijos gylis ir išdėstymas pagal medžiagos tipą

Optimalūs ventiliacijos matmenys kinta priklausomai nuo polimero tekėjimo charakteristikų:

Polimerų perdirbimo draugijos 2024 m. rekomendacijos siūlo ventiliacijos kanalus suapvalinti 3° kampu, kad būtų išlaikytas pusiausvyra tarp oro išleidimo ir užtikrinant, jog nebūtų susidarytų liejinių. Daugiakamerių formų atveju skaitmeninės skysčių dinamikos (CFD) simuliacijos sumažina bandymų kartojimą 63 %, optimizuojant ventiliacijos išdėstymą prieš gamybą.

Vengiant dalijimosi linijos ir konstrukcinių bruožų projektavimo klaidų

Problemos, atsirandančios dėl netinkamo dalijimosi linijos išdėstymo injekcinio formavimo formos projektavime

Netinkamai pasirinktos atskyrimo linijos sukelia erzinančias matomas siūles, blykstes ir problemas dėl dalių ištraukimo iš formų. Jei šios linijos eina per svarbias zonas, pvz., kur yra tarpikliai ar įsikabintuvai, viskas nebesutampa tinkamai, o visa detalė struktūriškai susilpnėja. Pagal kai kurias neseniai atliktas kompiuterines simuliacijas, apie dvi trečiosios visų estetinių defektų iš tiesų kyla dėl to, kad atskyrimo linijos kerta svarbias geometrines savybes. Protingi konstruktoriai deda šias linijas pagal detalės natūralias kreives ir laiko jas atokiai nuo zonų, kur tenka apkrova ar įtampa. Tai sumažina reikalaujamą apdailos darbų apimtį po gamybos, sutaupant apie 30 %, kaip nurodyta pramonės ataskaitose dėl įrankių efektyvumo patobulinimų praėjusiais metais.

Guzdų ir įtarių projektavimo gairės, skirtos užkirsti kelią įtempimo koncentracijai ir įduboms

Šonkauliai, viršijantys 60 % gretimos sienelės storio, dažnai sukelia įdubimus, o staigūs perėjimai ant atraminių elementų pagrindo sukelia įtempimo koncentraciją. Rekomenduojamos praktikos apima:

• Apriboti šonkaulio aukštį iki mažiau kaip 3 kartų nominalus sienelės storis
• Taikyti 1–2° ištraukos kampus vertikaliems elementams
• Jungti atramines kolonas su sienomis palaipsniui einančiais užapvalinimais (ne mažesniais kaip 25 % atraminės kolonos skersmens)

Spindulinių papildomų pertvarų konstrukcijos aplink atramines kolonas sumažina išlinkimą 41 %, lyginant su nepalaikytomis konfigūracijomis, tai rodo pramonės tyrimai. Šie principai padeda užtikrinti tinkamą medžiagos tekėjimą ir minimaliai padidinti svorį liejimo formų projektavime.