Pagrindiniai plastikinių formų liejimo formų komponentai ir jų funkcijos

Korpusas ir šerdis: pagrindinės detalės geometrijos formavimas

Korpuso funkcija: nustato detalės išorinį paviršių

Korpuso blokas iš esmės nulemia to, kaip atrodys plastikinės detalės išorė, formą, įskaitant svarbius estetinius niuansus, kuriuos pastebi klientai. Kai į formą patenka karštas plastikas, šis rūpestingai apdirbtas elementas kontroliuoja paviršiaus glodumą, išlaiko tikslų formą ir užtikrina nuoseklias matmenų charakteristikas viso gamybos proceso metu. Gerai suprojektuotas korpusas padeda išvengti problemų, tokių kaip įdubimai, kur medžiaga įsitraukia į vidų, deformacijos, kai detalės išsilenkia, arba liekanos, sukuriančios nereikalingą papildomą medžiagą kraštų zonose. Slegio tolygus pasiskirstymas ir šilumos valdymas čia daro lemiamą skirtumą. Medžiagos parinkimas priklauso nuo to, kokia medžiaga gali atlaikyti dilimą ir kartu gerai poliruotis. Dauguma gamyklų šiuolaikiniais laikais renkasi sukietintas įrankių plieno rūšis. Vidutinėms gamybos partijoms pakankamai tinka P20 plienas. Tačiau jei reikia tvirtesnio sprendimo labai sudėtingoms sąlygoms ar dideliam ciklų skaičiui, standartine pasirinkimo tampa H13. Kai kuriems specialiems atvejams reikalingos nerūdijančio plieno versijos, ypač dirbant su sudėtingomis dervomis, pvz., PVC arba turinčiomis halogenus degimą slopinančias priemaišas, kurios ilgainiui gali pažeisti įprastą plieną.

Kaip branduolys formuoja vidinę geometriją

Brandingas yra priešingame pusėje nei ertmė ir sukuria visas vidines detales, tokius kaip skylės, rėbiniai, atbuliniai ir grioveliai, kurie tikrai lemia, kiek gerai detalė veikia ir tinka viena prie kitos surinkimo metu. Ypač svarbu tinkamai subalansuoti brandingą ir ertmę, kad būtų išvengta nenorimo pleišto atsiradimo ir išlaikytas detalės sienelių vientisas storis. Sprendžiant sudėtingus dizainus, moduliniai branduoliai palengvina techninio aptarnavimo darbus ir leidžia konstruktoriams keisti savo idėjas be būtinybės visiškai perstatyti visos formos. Ši lankstumas suteikia gamintojams tikrą pranašumą dirbant pritaikytus plastikinių detalių liejimo formavimo projektus, kai dažnai reikia keisti sprendimus.

Medžiagos parinkimas ir kietinimas ertmės bei branduolio blokams

Įrankių plienas vis dar yra lyderis, kai kalba eina apie formos kamerų ir branduolių gamybą, nes šios medžiagos pasiekia tinkamą pusiausvyrą tarp apdirbimo lengvumo, jų kietumo diapazono apie 48–54 HRC ir atsparumo karščiui. Renkantis tinkamą plieną, gamintojams reikia įvertinti keletą susijusių dalykų. Pirma, tai naudojamo polimero tipas – kai kurie iš jų yra labai abrazyvūs, o kiti chemiškai puola metalą. Tada vertinama, kiek detalių bus pagaminta, kol forma nusidėvės. Paimkime, pavyzdžiui, H13 plieną – jis gali išlaikyti daugiau nei pusę milijono gamybos ciklų. Svarbūs taip pat ir terminiai parametrai, kadangi skirtingi plastikai reikalauja skirtingo aušinimo greičio gamybos metu. Norint padidinti formų ilgaamžiškumą, paviršiaus apdorojimas tampa būtinas. Tokios technikos kaip azoto difuzija arba plono titano nitrido sluoksnio dengimas padeda apsaugoti nuo nemalonių problemų, kai medžiaga klijuojasi prie formos paviršiaus arba dėvi dėl tokių dalykų kaip stiklo pluoštas, sumaišytas su plastiku.

Tikslūs tarpiniai matmenys ertmės ir šerdies atžvilgiu

Submikroninis ertmės ir šerdies tarpusavio išlyginimas yra būtinas aukšto tikslumo formoms. Netinkamas išlyginimas, viršijantis 0,005 mm, kelia pavojų susidurti su netolygiomis sandūromis, nestabiliu sienelių storiu bei ankstyvu formos nusidėvėjimu. Pripažinti pramonės standartai apima:

Šios sistemos išlaiko pozicinį vientisumą esant termoinercijai ir mechaninėms apkrovoms – tai būtina ilgalaikiam matmeniniam tikslumui serijinės gamybos metu.

Kanalų ir įtekėjimo angų sistemos: medžiagos srauto ir patekimo valdymas

Išleidimo vamzdelis, kanalai ir įtekėjimo anga: keliai, kuriais teka lydžiava plastmasė

Kanalų sistema, į kurią įeina išleidimo vamzdelis, kanalai ir įtekėjimo angos, iš esmės veikia kaip automagistralė, per kurią lydžiava plastmasė patenka į formos ertmę. Kai kanalai yra visiškai apvalūs ir turi sklandžius nuolydžius, jie padeda sukurti geresnį sluoksniavimosi srautą. Tai sumažina problemas, kurias sukelia šlyties jėgos ir užstrigęs oras, dėl kurių atsiranda erzinančios suvirinimo linijos arba nepilnas užpildymas, vadinamas trūkstamu užpildymu. Gerai suprojektuotos šios sistemos pašalina erzinančias mirtingąsias vietas, kur plastmasė tiesiog ilgai stovi. Trumpesnis buvimo laikas reiškia mažesnę tikimybę, kad medžiaga laikui bėgant susiskaidys. Kai kurie gamintojai praneša apie atliekų kiekio sumažėjimą beveik iki visiško panaikinimo, lyginant optimizuotas sistemas su senoviškomis konstrukcijomis, kurios nebuvo tinkamai subalansuotos.

Šaltos ir karštos kanalų sistemos: efektyvumas ir atliekų kiekio mažinimas

Karšto bėgiklio sistemos palaiko plastiką ištirpintą naudodamos įkaitintas kolektorines plokštes ir sriegius, todėl nereikia tvarkyti likusio sustingusio bėgiklio medžiagų. Šios sistemos sutrumpina ciklo trukmę nuo apie 12 iki galbūt 30 procentų, nes praleidžiamas aušinimo etapas, reikalingas įprastiems šaltiems bėgikliams. Dėl to karšti bėgikliai yra puikus pasirinkimas didelės apimties gamybai arba dirbant su specialiomis inžinerinėmis plastikinėmis medžiagomis, kurios ilgainiui blogai reaguoja į temperatūros pokyčius. Kita vertus, šalti bėgikliai yra žymiai paprastesni ir pradiniu atžvilgiu pigesni, tačiau kiekviename formavimo cikle sukuria apie 15–40 procentų atliekų ir bendrai trunka ilgiau. Vis dėlto daugelis gamintojų laikosi šaltų bėgiklių greitam prototipų darbui ar mažoms partijoms, kur didelių išlaidų specializuotiems įrankiams ekonomiškai neturi prasmės.

Formos vartų tipai: adatiniai, kraštiniai, poforminiai ir ventiliatoriaus vartai

Vartų tipo pasirinkimas labai stipriai veikia galutinio gaminio išvaizdą, funkcionalumą ir ilgaamžiškumą. Panagrinėkime tai išsamiau. Adatinės vartos puikiai tinka mažiems komponentams, kuriems reikia tikslumo. Kraštinės vartos yra gana patikimos užtikrinant tinkamą medžiagos tekėjimą palei detalių kraštus ir palengvina apdailos darbus po gamybos. Požeminės vartos turi privalumą – jos praktiškai automatiškai atsiskiria išstūmimo metu, todėl beveik nepalieka žymių ant svarbiausių paviršių. Ventiliacinės vartos efektyviai paskirsto medžiagą per tas sudėtingas plonas sienas, nors kartais tenka atlikti papildomą tvarkymo darbą. Ir štai kas svarbu: visada būtina atminti, kad kiekvienos rūšies vartų konstrukcija turi atitikti tam tikrus ribojimus, priklausomai nuo naudojamos plastiko rūšies. Per daug apkraunant medžiagas, tokias kaip polikarbonatas ar PEEK, galima susidurti su problemomis, pvz., spalvos pokyčiais ar net pačios polimerinės struktūros cheminio pažeidimo rizika.

Įvoros vietos ir estetinių bei konstrukcinių kompromisų pasirinkimas

Teisingai parinkus įvoros vietą, pasiekiamas optimalus pusiausvyros taškas tarp konstrukcinės stiprybės ir detalės išvaizdos. Konstrukcinės įvoros talpinamos vietose, kurios padengia storesnes sritis, kad būtų išvengta įdubimų žymių ir užtikrintas tolygus medžiagos pripildymas. Estetinės įvoros talpinamos nepastebimose vietose – po paviršiais, apie tvirtinimo taškus ar paslėptos už kitų detalių elementų, nesutrikdydamos medžiagos tekėjimo. Skaičiai tai patvirtina: pagal ASM International, apie 68 % paviršiaus defektų atsiranda dėl netinkamo įvoros vietos pasirinkimo. Dėl šios priežasties daugelis gamintojų dabar naudoja pažangias 3D tekėjimo simuliacijas. Šios priemonės anksti aptinka problemas, rodydamos galimas sujungimo linijas, apkrovos taškus ir traukimosi klausimus dar prieš pradedant gaminti formos rėmus serijinei gamybai.

Vestiginių įvoros žymių sumažinimas individualioje plastiko liejimo formavimo gamyboje

Kad būtų sumažinti erzinantys vartų žymės, kurios gadina formuotų detalių išvaizdą, gamintojams reikia derinti protingą procesų valdymą su geru įrankių dizainu. Palaikant stabilias temperatūras aplink vartų zoną, pageidautina neviršijant apie 2 laipsnių Celsijaus, pavyksta išvengti problemų, tokių kaip ankstyvas užsolidėjimas ar pernelyg didelės šlyties jėgos. Keičiant vartų formą į labiau susiaurėjusią ar kūginę, juos tampa lengviau pašalinti po formavimo. Taip pat geriau veikia ir didesni vartai, jei tik jie lieka saugių šlyties ribų viduje, nes tai sumažina įtempimų balinimo problemas dirbant su tam tikromis jautriomis medžiagomis. Detales, kur svarbiausia išvaizda, galima papildomai poliruoti, kad likusios žymės būtų sumažintos iki mažiau nei 0,05 milimetro gylio, kas plika akimi yra praktiškai nematomas. Toks dėmesys detalėms yra būtinas produktams, kurie pateks vartotojų rankas. Šioje srityje didelį indėlį taip pat įnešė lazerio technologija, kuri daugeliu atvejų sumažino rankinį apdorojimą beveik dvigubai, ypač tada, kai kalba eina apie mikroskopiškus vartus tikslumo komponentuose, kuriuose tradicinės metodikos tiesiog nepasiteisina.

Aušinimas ir išstūmimas: ciklo trukmės ir detalių atlaisvinimo optimizavimas

Plastikinių liejimo formų aušinimo kanalų projektavimo principai

Aušinimo kanalų išdėstymas tikriausiai daro didžiausią įtaką, siekiant sutrumpinti ciklo trukmę ir pagerinti gaminio kokybę. Geriausia praktika reiškia, kad šie kanalai turėtų būti nutiesti arti paties gaminio formos, ypač storesnių sričių aplinkui, tačiau kartu reikia atsargiai elgtis, kad nebūtų sukeltos problemos su išstūmimo adatomis, slydimosi mechanizmais ar kitomis svarbiomis formos konstrukcijos dalimis. Kai šiluma vienodai ištraukiama per visą formą, tai padeda išvengti nevienodo susitraukimo ir deformacijos, galinčios sugadinti galutinius produktus. Kai kurie gamintojai vietoj įprastinės įrankinės plieno keičia vario pagrindu pagamintas medžiagas, nes jos geriau laiduoja šilumą. Šios vario lydalys, tokios kaip Glidcop ar AMPCO, gali perduoti šilumą apie 40 % greičiau nei standartinės alternatyvos. Tai tikrai turi reikšmės tam tikriems sunkiems plastikams, pvz., PPS ar skysto kristalo polimerams, kuriems gamybos metu reikia tikslaus temperatūros valdymo.

Konformalus aušinimas naudojant pridedamąją gamybą

Metalo 3D spausdinimas suteikia galimybę sukurti atitikusį aušinimo kanalą, kuris atitiktų faktinę detalės formą, o ne tik išgręžtų tiesus skyrius. Tai reiškia, kad gamybos metu daugiau karštų taškų nepasidarė, o aušinimo laikas sumažėjo nuo 25% iki maždaug 70% palyginti su tradiciniais metodais. Šie kanalai yra sukurti taip, kad būtų užtikrinta geresnė matmenų tikslumas ir sklandesnės paviršiaus formos, ypač kai dirbamos nereguliarios formos arba sudėtingos geometrijos dalys. Žinoma, pradinės investicijos mažoms serijoms vis dar yra gana didelės, bet viskas labai greitai keičiasi, kai gamintojai pradeda didesnius kiekius, kur tikslumas yra svarbiausias. Kai kiekviena sekundė yra svarbi ir kiekviena gera dalis yra svarbi, ta sutaupoma suma tikrai pradeda didėti.

Duomenų žvalgyba: 60% ciklo laiko sudaro aušinimas

Šilumos sklaida lemia liejimo į formas ciklą – ji sudaro apie 60 % viso laiko. Kadangi užkietėjimas vyksta pagal gerai žinomas fizikos taisykles (nustatomas detalės storio ir šiluminės sklidumo koeficiento), aušinti negalima greičiau nei leidžia medžiagos ribos. Todėl protinga kanalų konstrukcija, o ne greitesni įrenginiai, yra veiksmingiausias būdas optimizuoti ciklą.

Išstūmimo kaiščiai, įmovos ir stumikliai veiksmo metu

Teisingai parinkus išstūmimo sistemas, taikoma tik tokia jėga, kuri išstumia dalis, nespalvindama ar nežeidžiant. Išstūmimo adatos veikia geriausiai, kai nukreipiamos į tas sritis, kur išvaizda nėra tokia svarbi. Sudėtingoms vietoms formose specialios apsauginės vamzdelinės įvorės padeda apsaugoti trapias branduolio dalis, leisdamos dalims su ilgomis siaurų kanalų išeiti švariai. Išstūmimo plokštės yra kitas svarbus komponentas, ypač plonoms plastikinėms plokštėms ar didelėms plokščioms detalėms, kurioms išėmimo metu reikia švelnaus elgesio. Kai šie komponentai veikia sekoje, paprastai sinchronizuojami su formos atsidarymu, tai neleidžia susidaryti oro kišenėms ir užtikrina, kad viskas išeitų tiesiai, nesikreivindama. Tinkama seka lemia skirtumą tarp beklaidžio gamybos proceso ir strigusių detalių, kurių pašalinimui reikia papildomo darbo.

Pažeidimų prevencija išstūmimo metu su tinkamu nuolydžiu

Tarp 0,5 ir 3 laipsnių esančių ištraukos kampų tinkamas parinkimas daro didžiulį skirtumą, kai reikia, kad detalės švariai išeitų iš formos. Jei vertikalios paviršiaus sienelės neturi tinkamos ištraukos, išstūmimo jėgos gali padidėti apie tris kartus, dėl ko atsiranda tikros problemos ateityje – paviršiaus pažeidimai, įtrūkimai ar net lūžę formos kietieji branduoliai. Tai ypač svarbu su sudėtingomis medžiagomis, kurios arba greitai dyla, arba stipriai traukiasi aušdamos, pavyzdžiui, stiklu armuotas nilonas ar tam tikros polietileno rūšys. Tiems, kas dirba su individualiais plastikinėmis liejimo formomis, ištrauka nėra tai, ką galima pridėti paskutinę akimirką. Geri inžinieriai ją integruoja į vertikalias konstrukcijos savybes jau nuo pat pradžių. Jie taip pat atlieka simuliacijas, tikrindami, kaip viskas veikia kartu su išstūmimo sistema ir kaip elgiasi skirtingi plastikai, aušdami ir kristalizuodamiesi.

Šoniniai veiksmai, slydimai ir formavimo sunkumai

Kada naudoti slydiklius vietoj tiesioginių ištraukiamųjų branduolių

Slankikliai yra būtini, kai detalės geometrija apima elementus, statmenus formos atvėrimo krypčiai – šonines skyles, segtukus, įsikabintuvus ar šoninius griovelius – kurių negalima pagaminti tiesioginiais branduoliais. Jie juda šonine kryptimi ankstesnis formos atvėrimo metu suformuoja elementą, tada atsitraukia, kad būtų galima išstumti detalę. Slankikliai naudojami, kai:

• Vienoje dalyje egzistuoja daugkryptės savybės
• Nuolydis negali išspręsti geometrijos (pvz., tikrieji 90° grioveliai)
• Gamybos apimtys pateisina sudėtingesnę įrankių konstrukciją ir techninę priežiūrą

Gibbs, Pabarstukai ir Ragų kaiščiai: Šoninių veiksmų palaikymas

Trys pagrindiniai komponentai užtikrina slankiklių patikimumą ir ilgą tarnavimo laiką:

• Gibbs : Kietintų plieno guolių plokštelės, kurios užtikrina tinkamą išdėstymą ir atsparumą dilimui
• Pabarstukai : Užrakinimo blokai, sukurti atlaikyti injekcijos slėgį iki 15 000 PSI
• Ragų brokas : Kampiniai aktuatoriai, kurie vertikalų formos judesį paverčia tiksliu horizontaliu slydymo judesiu

Tinkamai sukietinti (48–52 HRC) ir tepami, šie komponentai išlaiko daugiau nei 500 tūkst. ciklų, išlaikydami mikronų tikslumą

Diskusija: Slydimo patikimumas prieš formos sudėtingumą

Slydėjimo elementai suteikia dizaineriams daugiau laisvės, tačiau kartu atneša ir potencialių problemų. Pagal pramonės duomenis apie 35 procentai netikėtos formos sustojimo laiko kyla dėl slydėjimo elementų problemų, tokių kaip ustrigimas, nusidėvėjimas arba susidėvėjimas. Keli dizaineriai siūlo supaprastinti dalis, kad visai nebūtų reikalingi slydėjimo elementai. Jie nurodo į tyrimus, kuriuose sumažinus formos sudėtingumą apie 20 procentų, gedimų skaičius sumažėjo maždaug 42 procentais. Tačiau kalbant apie tikrai tikslų įrangą, tokį kaip medicinos priemonės, fotoaparatų objektyvai ar lėktuvų detalės, slydėjimo elementų pakeisti negalima. Svarbiausia ne tai, kad jų visiškai vengtume, bet tai, kad jie būtų tinkamai suprojektuoti nuo pat pradžių, naudojant tvirtas medžiagas, bei reguliariai tikrinami ir prižiūrimi visą savo gyvavimo ciklą.

Ventiliacija ir ištrauka: būtinos aukštos kokybės ir išformavimui

Mikroventiliacija, kad būtų išvengta degimo žymių ir oro spąstų

Mikro ventiliacijos angos yra maži kanalėliai, paprastai nuo 0,015 iki 0,025 mm gylio, esantys palei atskyrimo linijas, šerdies vietose ar šalia išstūmimo adatų. Šios mažos detalės padeda pašalinti užstrigusį orą, kai formos ertmė pripildoma. Kai šių ventiliacijos angų nėra, suspaustas oras gali labai įkaisti, kartais net virš 400 laipsnių Celsijaus, dėl ko dega polimerinė medžiaga. Tai sukelia negražius degimo žymes, tuštumas detalių viduje arba vietes, kur medžiaga nepilnai užpildė formą. Taip pat labai svarbu tinkamai parinkti ventiliacijos angų vietą, kad būtų išvengta nemalonių dujų kišenių susidarymo. Šios dujų kišenės gali sumažinti detalės konstrukcinį stiprumą ir sugadinti paviršiaus išvaizdą. Dar labiau tai aktualu plonų sienelių detalėms, reikalaujančioms tikslaus toleravimo, kadangi bet kokie defektai tampa dar pastebimesni ir problematiškesni.

Projektavimo nuolydžiai ir jų vaidmuo sklandžiam išformavimui

Kampai ant detalių, paprastai apie 1–3 laipsnius, tačiau kartais siekiantys iki 5 laipsnių tokioms medžiagoms kaip polietilenas ar polipropilenas, kurie gerokai traukiasi, padeda pasvirti vertikalias puses, kad būtų mažesnis trinties jėga išstumiant detalę iš formos. Kai šie ištraukimo kampai yra nepakankami, mašinai reikia keturis kartus didesnės jėgos, kad išstumtų detalę, o gamybos ciklai trunka 15–25 % ilgiau. Be to, formos greičiau susidėvi, o detalės dažniau pažeidžiamos. Daugelis žmonių suvokia ištraukimo kampus tik kaip kažką, kas padeda atsikratyti detalių, tačiau iš tikrųjų tai vienas pagrindinių gerų formų konstrukcijos principų, kurį reikėtų įvertinti jau produkto kūrimo proceso pradžioje.

Pramonės paradoksas: nepakankamai suprojektuota ventiliacija aukštos tikslumo formose

Ventiliacija dažnai nepaisoma net tiksliuose formose, nes žmonės bijo, kad tai apsunkins procesą ar sugadins paviršiaus išvaizdą. Tačiau štai kas: užstrigęs oras sukelia maždaug trečdalį visų estetinių defektų ir laikui bėgant „suėda“ plieną, dėl ko reikia dažniau remontuoti bei ilgainiui padidėja išlaidos. Kai dirbama su specialiais plastikiniais gaminiais, kurių tikslumas turi būti mažesnis nei 0,1 milimetro, tinkama ventiliacija jau nėra tiesiog pageidautina. Tai tampa būtina, kad visas procesas vyktų sklandžiai, detalės būtų gaminamos teisingai ir būtų pailginta brangios formos tarnavimo trukmė.

DUK

Kokie medžiagų tipai dažniausiai naudojami formų kameroms ir branduoliams?

Pritvirtinti įrankių plienai, tokie kaip P20 ir H13, dažnai naudojami kameroms ir branduoliams dėl jų ilgaamžiškumo ir gebėjimo atlaikyti aukštą temperatūrą. Nerūdijantis plienas naudojamas dirbant su koroziją sukeliančiomis dervomis.

Kuomi skiriasi šaltųjų ir karštųjų kanalų sistemos?

Šaltos kanalizacijos sistemos yra paprastesnės ir pigesnės, tačiau sukuria daugiau atliekų. Karštos kanalizacijos sistemos sumažina ciklo trukmę ir atliekas, tačiau iš pradžių yra brangesnės.

Kaip formos atitinkantys aušinimo kanalai pagerina injekcinio formavimo procesą?

Formos atitinkantys aušinimo kanalai pagerina aušinimo efektyvumą, nes kartojasi detalės formą, mažindami karštus taškus ir ciklo trukmę.

Kokie yra pagrindiniai iššūkiai naudojant slydiklius formos konstrukcijoje?

Slydikliai prideda sudėtingumo ir potencialių patikimumo problemų dėl lygiavimo ir dėvėjimosi, tačiau jie būtini detalėms su sudėtinga geometrija.