Nerovnaká hrúbka steny patrí medzi najčastejšie problémy pri návrhu vstrekovacích foriem, ktoré často spôsobujú skrútenie, otravné dierky (sink marks) a nepríjemné dutiny. Keď majú diely hrubšie časti, chladnú pomalšie v porovnaní s tenkými oblasťami, čo spôsobuje vnútorné napätie materiálu. Toto napätie vedie ku skrúteniu, pri ktorom sa deformujú rozmery počas tuhnutia. Dierky sa objavujú ako malé vydutiny na povrchu, pretože hrubšie miesta príliš smršťujú počas chladenia. Dutiny vznikajú, keď sa vzduch uviazne v týchto hrubších oblastiach. Všetky tieto problémy negatívne ovplyvňujú pevnosť dielu aj jeho vzhľad, čo vedie k vyššiemu množstvu odmietnutých výrobkov a vyšším výrobným nákladom. Podľa správ odborníkov z oblasti približne 45 % estetických problémov vo vstrekovaných výrobkoch možno pripísať nekonzistentnej hrúbke stien v rôznych častiach formy.
Správna hrúbka steny je veľmi dôležitá pri procesoch lisovania do foriem. Keď sú steny rovnomerne hrubé, plast sa chladí rovnomernejšie a hladko prúdi formou. To pomáha predchádzať problémom ako skrútenie alebo tie otravné stopy napätia, ktoré sa objavia po výrobe. Navyše sa forma lepšie zapĺňa, keď je hrúbka konzistentná vo všetkých oblastiach, takže sa vyhnete problémom s tokom, ktoré by mohli vytvoriť slabé miesta. Väčšina výrobcov si klade za cieľ hrúbku stien približne od 1,2 do 3 milimetrov, pričom nikto nechce, aby sa jednotlivé časti líšili viac než zhruba o štvrtinu. Tento rozdiel má reálny vplyv na priebeh výroby na výrobnej linke. Súčiastky s rovnomernou hrúbkou stien zvyčajne skracujú dobu cyklu približne o 30 percent a výrazne tiež znižujú výskyt chýb, niekedy až o polovicu v porovnaní so súčiastkami so silne kolísajúcou hrúbkou stien.
Spoločnosť vyrábajúca spotrebnú elektroniku mala veľké problémy so závalmi a skreslením na plastových krytoch, pretože hrúbka stien sa veľmi líšila – od len 1,5 mm až po 4,2 mm. Toto nerovnomerné chladenie spôsobovalo rôzne problémy vo výrobe, vrátane vysokého počtu vyraďovaných súčiastok a predlžených výrobných cyklov. Inžiniersky tím problém vyriešil prenávrhnutím dielu s rovnomernou hrúbkou stien 2 mm po celom obvode a pridaním stratégií vykorenenia, ktoré zvýšili pevnosť bez toho, aby zvýšili hmotnosť celého dielu. Po týchto úpravách úplne zmizli otravné závaly, skreslenie kleslo približne o 85 % a podarilo sa skrátiť výrobný cyklus takmer o štvrtinu. Spätným pohľadom bolo jasné, že správna hrúbka stien naraz vyriešila viaceré problémy s kvalitou a urobila celý výrobný proces hladší.
Dizajnéri často používajú vybrania a postupné prechody, keď sa rovnomerná hrúbka z rôznych dôvodov nedá dosiahnuť. Vybrania v podstate odstraňujú nadbytočný materiál z hrubších miest, ale namiesto toho, aby boli diely duté, zosilňujú ich žebrovím, aby zostali pevné. Výsledkom sú ľahšie diely, ktoré sa lepšie chladia a menej pravdepodobne vzniknú tie neprijemné dierky, ktoré všetci nesnášame. Pri prechodoch medzi rôznymi hrúbkami väčšina inžinierov uprednostňuje pomer skosenia 3:1, pretože zabezpečuje hladšie prechody bez náhlych skokov, ktoré by mohli zachytiť vzduchové bubliny alebo spôsobiť koncentrácie napätia v kritických oblastiach. Tieto metódy pomáhajú udržať výrobné procesy v plynulom chode aj pri zložitých tvaroch a podľa odborných údajov firmy zvyčajne dosahujú zníženie spotreby materiálu o 15 až 25 percent s celkovo výrazne lepšou kvalitou dielov.
Softvér pre simuláciu vstrekovacieho lisovania skutočne zmenil spôsob, akým pristupujeme k optimalizácii hrúbky stien pri výrobe. Najnovšie systémy dokážu predpovedať, ako sa materiály budú pohybovať, sledovať rýchlosť chladenia a včas odhaliť potenciálne chyby ešte pred začatím výroby formy, čo umožňuje inžinierom virtuálne testovať rôzne konfigurácie stien. Pri porovnávaní viacerých návrhových možností vedľa seba odborníci často nachádzajú riešenia, ktoré spĺňajú požiadavky na pevnosť aj výrobné obmedzenia. Podľa odborných správ spoločnosti, ktoré používajú tieto simulácie, znížili problémy s hrúbkou stien približne o 70 percent a uvádzajú výrobky na trh asi o 40 % rýchlejšie než pri tradičných metódach. Väčšina progresívnych výrobcov dnes považuje simulácie za nevyhnutnú súčasť celého vývojového procesu, hoci stále existuje priestor na zlepšenie, keďže v tomto dynamickejšie sa rozvíjajúcom odvetví sa objavujú nové technológie.
Keď sa diely zaseknú vo formách alebo pri vysúvaní prasknú, je to zvyčajne spôsobené nesprávnym uhlom vytiahnutia. Problém sa zhoršuje, ak nie je dostatočný sklon, pretože diel sa príliš trenie o steny formy, čo je obzvlášť viditeľné na hlbších úsekoch alebo tých s texturovaným povrchom. Podľa pozorovaní z tovární po celom odvetví približne 15 zo 100 zamietnutých vstrekovo formovaných dielov má problém s vysúvaním, pričom asi dve tretiny týchto chýb sú spôsobené chybným návrhom sklonu. Tento problém je ešte zložitejší pri texturovaných povrchoch, ktoré vyžadujú sklon približne 3 až 5 stupňov oproti len 1 alebo 2 stupňom pre hladké povrchy. Pre výrobcov je veľmi dôležité tento aspekt dodržať, aby sa vyhli nákladným výrobným prestojom a problémom s kontrolou kvality.
Čelové uhly, tieto úmyselné skosenia, ktoré aplikujeme na zvislé steny, výrazne uľahčujú vyberanie dielov z formy bez problémov s trením, keďže sa tak znižuje plocha styku. Väčšina odborníkov v odvetví odporúča začať s približne 1 stupňom uhla na každý palec hĺbky, do ktorej diel vstupuje do formy, hoci niektoré oblasti vyžadujú väčšie uhly, napríklad 3 stupne alebo viac, najmä pri problematických miestach alebo texturovaných povrchoch. Zaoblenia rohov alebo rádiusy pôsobia podobne, ale pôsobia na hrany namiesto strán. Ostré rohy sú v podstate problém čakajúci na to, kým sa prejaví, pretože vytvárajú miesta koncentrácie napätia a bránia materiálu voľne prúdiť dutinou formy. Keď sú rohy zaoblené, diely sa ľahko vysunú bez toho, aby sa zasekli alebo poškodili počas vyberania. Navyše tieto zaoblené hrany pomáhajú lepšiemu zaplneniu celého priestoru formy a zároveň zvyšujú celkovú pevnosť finálneho výrobku.
Jeden výrobca automobilových súčiastok neustále narážal na problémy so svojimi komponentmi interiéru. Počas výroby sa im neustále vyskytovalo poškriabanie povrchu a veľa neplánovaných výpadkov, čo im stálo peniaze. Pri pohľade na pôvodný návrh formy bolo jasné, prečo veci tak dobre nefungovali. Konštruktéri uviedli len 0,5° vyklonenie na týchto hlboko texturovaných plochách, navyše celý diel obsahoval množstvo ostrých vnútorných rohov. Keď sa vrátili k návrhu a zmenili to tak, aby všetky plochy mali konzistentné vyklonenie 3° a rohy zaoblené s polomerom 1,5 mm, udialo sa niečo zaujímavé. Sila vysúvania sa náhle znížila približne o 40 percent, čo znamenalo menšie opotrebovanie zariadení. Aj podiel chýb prudko klesol, z približne 12 % na menej ako 2 %. Okrem riešenia okamžitých problémov táto nová geometria skutočne vylepšila tok plastu formou. Už sa neobjavovali ošklivé čiary toku na hotových dieloch a najlepšie na tom bolo, že mohli vynechať dodatočné úpravné kroky, ktoré predtým navyšovali čas i náklady výroby.
Použitie štandardných vysúvacieh uhlov v závislosti od druhu materiálu, s ktorým pracujeme, a od toho, ako hladký alebo drsný má byť povrch, môže zabrániť tým neprijemným problémom s vysúvaním ešte predtým, než sa stanú bolestivou hlavovou bolesťou počas výroby. Hladké povrchy zvyčajne vyžadujú približne 1 stupeň sklonu na každý palec hĺbky, no ak je povrch texturovaný, potrebujeme uhol medzi 3 až 5 stupňami, v závislosti od intenzity danej textúry. Najbežnejšie konštrukčné plasty, ako napríklad ABS a polykarbonát, zvyčajne dobre fungujú s uhlami sklonu medzi 1 a 2 stupňami. Pružné materiály často potrebujú trochu viac miesta, preto dodatočná medzera pomáha, aby sa výrobok vysunul bez zaseknutia. Uistite sa, že všetky tieto uhly sú rovnobežné so spojom formy – to zabezpečí rovnomerné vysunutie a zabráni zaseknutiu na jednej strane. Stojí tiež za zmienku, že vnútorné rohy by mali byť zaoblené s polomerom približne pol milimetra až jeden milimeter, čo výrazne zníži miesta namáhania a zlepší tok roztaveného materiálu dutinou formy.
Zle navrhnuté žebra často spôsobujú tie známe stopy od zmršťovania, ktoré vidíme na plastových súčiastkach, a navyše oslabujú štruktúru. Ak je žebra hrubšia než približne polovica hrúbky steny, chladne pomalšie ako zvyšok súčiastky. Tento rozdiel spôsobuje, že materiál sa počas chladenia stiahne dovnútra a vytvorí tak na povrchu nepriestranné vydutiny. Krátke žebra, príliš veľmi rozmiestnené alebo nedostatočne podopreté jednoducho nenapĺňajú svoju funkciu. Súčiastky vyrobené týmto spôsobom sa ľahko ohýbajú alebo dokonca lámu pri zaťažení. U výrobkov, kde záleží na vzhľade a kde je rozhodujúca funkčnosť, môžu tieto problémy predstavovať vážne ťažkosti pre výrobcov, ktorí sa snažia dosiahnuť kvalitné normy.
Správny návrh žebrovania znamená dodržiavanie určitých geometrických pravidiel. Pre väčšinu aplikácií fungujú žebra najlepšie, keď majú hrúbku približne 40 až 60 percent hrúbky hlavnej steny. Ak pracujete s lesklými povrchmi, odporúča sa priblížiť k hodnote 40 %, čo pomáha skryť neprijemné dierky po chladení. Pokiaľ ide o výšku, neodporúča sa prekračovať 2,5 až 3-násobok hrúbky steny, inak môže byť problematické zaplnenie dutiny a diely sa môžu počas výroby krútiť. Pridanie malého zaoblenia v oblasti základne (približne štvrtina až polovica hrúbky steny) zásadne pomáha pri rovnomernom rozložení napätia a predchádza vzniku trhlín. Nezabudnite tiež pridať vytiahnutie – uhol medzi polovicou stupňa a jedným a pol stupňa je vhodný na to, aby sa diely čistou mierou vysústružili z formy. Všetky tieto rozmery sú dôležité, pretože ovplyvňujú rovnomernosť ochladzovania, tok materiálu vo forme a nakoniec umožňujú dosiahnuť optimálny kompromis medzi pevnosťou a hmotnostnou účinnosťou.
Namiesto jednoduchého zhrubenia žebier pre väčšiu pevnosť skúsení návrhári často odporúčajú použiť niekoľko tenších žebier umiestnených približne vo vzdialenosti 2 až 3-násobku hrúbky steny. Tento prístup lepšie rozkladá zaťaženie po celom diely, pričom udržiava rovnomerné rýchlosti chladenia počas celého výrobného procesu. Pri práci s výstupkami väčšina odborníkov navrhuje steny s hrúbkou okolo 60 až 80 % štandardnej hrúbky a potom pridáva vyztuženie pomocou nárožníkov alebo spojovacích žebier tam, kde je to potrebné. Vytváranie dutín je ďalšou rozumnou technikou, ktorá zníži množstvo nadbytočného materiálu v týchto hrubších oblastiach, čím nielen skráti dobu cyklu, ale tiež minimalizuje riziko vzniku dôlkov na povrchu. Než sa definitívne uzaviaznu návrhové rozhodnutia, spustenie simulácií prostredníctvom špecializovaného softvéru sa dnes stalo bežnou praxou. Tieto programy dokážu vopred odhaliť potenciálne problémy ešte pred výrobou skutočnej formy a umožnia inžinierom odstrániť chyby pomocou virtuálnych testov lisovania. Výsledok? Diely, ktoré vyzerajú na povrchu výborne a zároveň dlhodobo vyhovujú aj štrukturálne.
Keď niekto nepreplánuje podrezávanie správne, vážne to komplikuje formu a výrazne zvyšuje náklady. Väčšinou každé podrezávanie vyžaduje pridanie nejakého druhu bočného mechanizmu do nástroja. A tieto dodatočné súčasti môžu zvýšiť náklady približne o 15 % až dokonca aj o 30 % pre každú jednotlivú potrebnú časť. Navyše tieto mechanizmy trvajú dlhšie pri inštalácii, vyžadujú viac údržby v priebehu času a všeobecne robia celý systém náchylnejší k poruchám. Preto skúsení konštruktéri snažia už v počiatočných fázach navrhovania identifikovať potenciálne problémy s podrezávaním. Vyriešenie týchto otázok včas pomáha udržať výrobu dlhodobo cenovo dostupnou a spoľahlivou.
Poloha rozdelovacej roviny je pri výrobe foriem veľmi dôležitá, pretože ide v podstate o miesto, kde sa obe polovice formy od seba oddelia. Keď navrhári umiestnia túto čiaru pozdĺž prirodzených kriviek daného dielu, často sa tak zbavia obtiažnych podrezov, ktoré spôsobujú veľa problémov počas výroby. To znamená, že je potrebných menej bočných mechanizmov, čo šetrí čas a náklady na výrobu nástrojov. Správne zarovnanie rovnako prispieva k mnohým výhodám: brány fungujú efektívnejšie, chladiace systémy lepšie plnia svoju funkciu a výrobky sa hladko vysúvajú z formy. Všetky tieto faktory prispievajú k stabilnejšiemu výrobnému procesu a nakoniec vedú k vysokej kvalite komponentov, ktoré konzistentne spĺňajú špecifikácie.
Jedna firma vyrábajúca spotrebnú elektroniku nedávno rekonštruovala kryt výrobku, ktorý potreboval niekoľko bočných mechanizmov len pre správne fungovanie západkov. Keď inžiniersky tím presunul miesto rozdelenia súčiastky a upravil skutočný tvar týchto západkov, podarilo sa mu úplne odstrániť všetky problémy s podrezmi. Čo to znamenalo? Náklady na nástroje klesli približne o 40 percent, výrobky sa počas výrobných sérií vysúvali omnoho konzistentnejšie a každý výrobný cyklus trval dokonca o približne 12 percent menej času. Najlepšie na tom je, že žiadna z týchto vylepšení nebrala nič pre produkčné funkcie výrobku. Tento druh redesignu presne ukazuje, prečo môžu múdre zmeny vo výrobkovom dizajne tak veľmi pomôcť pri efektívnej výrobe bez obeti po kvalite.
Ak nie sú brány počas formovania umiestnené správne, pravidelne vznikajú rôzne problémy, vrátane otravných stehov, efektu tryskania a dielov, ktoré sa nepodarí úplne zaplniť. Stehy vznikajú tam, kde sa stretávajú rôzne prúdy roztaveného materiálu po obídení prekážky na ich dráhe, čo vytvára miesta slabšie ako by mali byť a náchylnejšie na praskanie pri zaťažení. Efekt tryskania je ďalšou bolestou hlavy. Vyskytuje sa, keď horúci plast narazí do dutiny formy vysokou rýchlosťou namiesto toho, aby sa rovnomerne rozlial, čo spôsobuje viditeľné nedostatky na hotových výrobkoch. Takéto výrobné chyby zvyčajne vedú k odpadu alebo drahému dodatočnému opracovaniu, čo negatívne ovplyvňuje výrobné rozpočty a časové plány.
Voľba medzi rôznymi typmi vstrekovacích kanálikov, ako sú okrajové, ponorné alebo bodové, závisí predovšetkým od vzhľadu dielu a dôležitosti estetiky pre hotový výrobok. Horúce vstreky sa stali obľúbenými, pretože udržiavajú konštantnú teplotu počas celého procesu a znižujú odpad materiálu, keďže vstrekovacie kanáliky zostávajú roztavené. Pri umiestňovaní vstrekov musia výrobcovia zohľadniť rovnomerné naplnenie formy, čo najkratšiu dráhu toku plastu a vyhnutie sa oblastiam, kde je najdôležitejšia štrukturálna pevnosť. Správne nastavenie má veľký vplyv na to, ako dobre sa plast dostane do všetkých rohov formy, čo vedie k menšiemu hromadeniu napätia v hotovom diely a k lepšej celkovej kvalite, ktorá spĺňa špecifikácie.
Ak chceme minimalizovať tieto otravné stopy od vtokov, je najlepšie umiestniť vtoky do oblastí, kde nebudú viditeľné. Tunelové alebo podvlečené vtoky tu fungujú výborne, pretože takmer nezanechávajú žiadne stopy a po vysunutí dielu z formy sa čisto odlomia. Pri dieloch, ktoré musia mať vysokú estetickú hodnotu, sú najvhodnejšie šoupňové vtoky, pretože ponúkajú omnoho lepšiu kontrolu nad uzatváraním vtoku a zabezpečujú čistejší konečný vzhľad stopy. Dôležitá je aj voľba plastu. Niektoré materiály sa od vtokov oddeľujú jednoduchšie ako iné. Preto môže konzultácia s dodávateľmi materiálov už v počiatočnej fáze návrhu ušetriť problémy neskôr. Nikto nechce zistiť v poslednej chvíli, že vybraný polymér zanecháva ošklivé stopy od vtokov napriek všetkému starostlivému plánovaniu.
Nedostatočné vetranie spôsobuje neúplné plnenie a zachytávanie vzduchu, pri ktorom uzatvorený plyn bráni úplnému zaplneniu dutiny alebo vytvára bubliny a spálené stopy. Podľa interného štúdia z roku 2023 jedného z veľkých výrobcov bolo 65 % kosmetických chýb spôsobených zlým vetraním, čo zdôrazňuje jeho dôležitosť pri dosahovaní úplného a kvalitného plnenia.
Dosiahnutie dobrých výsledkov pri používaní výpustí závisí predovšetkým od správnej hĺbky a umiestnenia, kde budú najúčinnejšie. Väčšina užívateľov zistí, že pre bežné termoplasty je vhodná hĺbka približne 0,015 až 0,025 milimetra, hoci niektoré hrubšie materiály, ako je polykarbonát, vyžadujú mierne hlbšie výpusti. Dôležité je aj umiestnenie. Odborníci odporúčajú umiestniť výpusti tam, kde materiál dorazí ako posledný, zvyčajne na koncoch plniacich dráh alebo vo vnútri tých problematických malých priestorov v forme. Nezabudnite ani na úseky s prísavou (land sections). Ich dĺžka by mala byť medzi 1,5 a 2 milimetrami – to zabráni nežiaducej tvorbe preplnenia (flash), ale stále umožní správne vylúčenie vzduchu počas vstrekovania. Táto malá podrobnosť má veľký vplyv na kvalitu finálneho výrobku.
Pri práci so zložitými alebo citlivými tvarmi veľmi dobre fungujú mikroventily s hĺbkou približne 0,005 až 0,010 mm, ktoré umožňujú uniknúť vzduchu bez vzniku netesností. Prebytkové komory zachytia materiál pri jeho pohybe vpred predtým, ako dosiahne hlavnú tokovú zónu, čím pomáhajú vytlačiť uzatvorený vzduch smerom k hlavným výfukovým bodom. Štúdie toku formy ukazujú, že tieto metódy spoločne môžu znížiť výskyt neprijemných spálenín a neúplného plnenia približne o 40 percent. Väčšina výrobcov foriem, ktorí riešia náročné projekty, zistila, že tento prístup v praxi funguje oveľa lepšie ako pokusy o iné alternatívy.
Prispôsobenie správania sa zmršťovania materiálu požiadavkám na tolerancie je významnou konštrukčnou výzvou. Polokryštalické materiály, ako je nylon, sa môžu zmrštiť až o 2,5 % v dôsledku molekulárnej preusporiadania počas chladenia, zatiaľ čo amorfné živice, ako je ABS, sa zvyčajne zmršťujú menej ako o 0,6 %. Tieto rozdiely vyžadujú starostlivú analýzu súčtov tolerancií, aby sa zabezpečil správny tesnenie v zostavených výrobkoch.
Úzka spolupráca s dodávateľmi materiálov poskytuje výrobcov zásadné poznatky o správaní materiálov počas spracovania. Veci ako miera smršťovania, tepelné vlastnosti a odporúčané nastavenia foriem sa stanú dostupnými, ak existuje dobrá komunikácia medzi zúčastnenými stranami. V kombinácii s vhodnými kontrolnými zoznamami návrhu pre výrobnosť (DFM) môžu spoločnosti systematicky preskúmať každý aspekt procesu návrhu. Hovoríme o veciach ako sklonové uhly, umiestnenie žrieb, polohy ventilov a špecifikácie tolerancií. Čísla tiež hovoria zaujímavý príbeh. Podľa priemyselných správ produkty, ktoré prejdú formálnymi DFM recenziami, zvyčajne potrebujú približne o 30 percent menej inžinierskych úprav neskôr. A približne v 85 zo 100 prípadov tieto produkty úspešne prejdú počiatočným testovaním foriem bez potreby väčších úprav.
Horúce správy2024-04-25
2024-03-06
2024-03-06
2024-03-06
2024-03-06
2024-08-09