A tapasztalt terméktervezők mélyen ismerik a fröccsöntési folyamatot, és számos tényezőt figyelembe vesznek a műanyag alkatrészek tervezésénél. Ez a cikk a műanyag fröccsöntött alkatrészek tervezésének kulcsfontosságú elemeire összpontosít, mint például a falvastagság, a húzási szög, a bordák, a lyukak, a kiemelkedések, a bepattanó-illesztések, a présillesztések és a tűrések.
Falvastagság műanyag alkatrészek kialakításában
A megfelelő falvastagság meghatározása kulcsfontosságú. Egyéb jellemzők, mint például a bordák és a sugarak, a falvastagsághoz kapcsolódnak. A műanyag termék falvastagsága számos tényezőtől függ, beleértve a külső erőket, amelyeket el kell viselnie, a többi alkatrész megtámasztását, a műanyag tulajdonságait, a súlyt, az elektromos teljesítményt, a méretpontosságot, a stabilitást és az összeszerelési követelményeket.
A hőre lágyuló anyagok falvastagsága jellemzően 1-6 mm, a 2-3 mm a legelterjedtebb. Nagyobb-méretű alkatrészek esetén a falvastagság meghaladhatja a 6 mm-t. Az 1. táblázat különböző hőre lágyuló anyagokhoz ajánlott falvastagság értékeket sorolja fel.
A falvastagság egyenletessége
Az egyenletes falvastagság kulcsfontosságú elv a műanyag alkatrészek tervezésében. Az egyenetlen falvastagság inkonzisztens olvadékáramláshoz és hűtési zsugorodáshoz vezet, ami hibákat, például süllyedésnyomokat, üregeket, vetemedést és akár repedést is eredményez. Ezenkívül zsugorodási nyomokat, belső feszültséget, deformációt, színeltéréseket vagy átlátszósági eltéréseket okozhat. A túl vékony falak csökkenthetik az alkatrész szilárdságát és merevségét használat és összeszerelés során. Gazdasági szempontból a túl vastag alkatrészek növelik az anyagköltségeket és a gyártási időt. A vastagabb műanyag területek lassabban hűlnek le, és hajlamosak a süllyedésnyomokra. Az 1. ábra az egységes falvastagság kialakítását mutatja.
Ha elkerülhetetlen a vastagabbról a vékonyabbra való átmenet, akkor ennek fokozatosnak kell lennie, a maximális falvastagság arány 3:1 megtartásával, a 2. ábrán látható módon.
Sok esetben a tervezők bordákat használhatnak a falvastagság megváltoztatására. Ezzel nem csak anyagmegtakarítás érhető el, a gyártási költségek csökkennek, hanem a hűtési idő is lerövidül. A hűtési idő nagyjából arányos a falvastagsággal.
Ezenkívül a tervezőknek figyelembe kell venniük az áramlási út hosszát is, amely az a távolság, amelyet az olvadt anyag a kaputól az üreg különböző részeiig megtesz. Általában az áramlási út hossza arányos a falvastagsággal. Minél nagyobb a falvastagság, annál hosszabb az áramlási út. Ha az áramlási út hosszának a falvastagsághoz viszonyított aránya túl magas, akkor a kaputól távol előfordulhat elégtelen anyag vagy hiányos töltés. Ezért bizonyos esetekben a falvastagság növelésére lehet szükség.
Éles sarkok
Az éles sarkok gyakran alkatrészhibákhoz és feszültségkoncentrációhoz vezetnek. Ezeken a területeken hajlamosak az anyagok felgyülemlése az utó{1}}feldolgozás során, például galvanizálás vagy festés során. A feszültségkoncentráció az alkatrész törését okozhatja terhelés vagy ütés hatására. Ezért a tervezés során kerülni kell az éles sarkokat. A 3. ábra éles sarokkialakítási példát mutat be.
A megközelítési szög és a kilökési irány szempontjai
Kidobási irány és elválási vonal
Az injekciós termék tervezésének kezdetén döntő fontosságú a kilökési irány és az elválasztási vonal meghatározása. Ez minimálisra csökkenti az oldalsó-működési mechanizmusok szükségességét, és csökkenti az elválási vonal hatását a megjelenésre. A kilökési irány meghatározása után az olyan szerkezeteket, mint a bordák, a bepattanó-illesztések és a kiemelkedések hozzá kell igazítani, hogy elkerüljék az oldalsó-hatásokat, csökkentsék a kötési vonalakat és meghosszabbítsák a forma élettartamát. Ezt követően kiválasztható egy megfelelő elválasztó vonal a termék megjelenésének és teljesítményének javítása érdekében.
Amikor egy alkatrészt eltávolítanak a formából, annak le kell győznie a kilökőerőt és a nyitóerőt. A nyitóerő arra utal, hogy az alkatrész elválik az üregtől. Ahogy az alkatrész lehűl a formában, összezsugorodik, így a lyukfalak szorosan megragadják a magot. Az alkatrész és a mag közötti súrlódás, a vákuumtapadás a lyukak alján és egyéb tényezők miatt a kilökőerő sokkal nagyobb, mint a nyitóerő. A túlzott kilökőerő az alkatrészek deformálódását, kifehéredését, ráncosodását és felületi kopását okozhatja.
Huzatszög
A merülési szög kritikus a kilökőerő nagyságának meghatározásában. Mivel a fröccsöntött részek lehűlés és zsugorodás után gyakran tapadnak a maghoz (anyarész), az üregen és a magon azonos huzatszög alkalmazása biztosítja az egyenletes falvastagságot, és megakadályozza, hogy az alkatrész a kidobás után a forróbb üreghez tapadjon. Speciális esetekben, ha szükséges, hogy az alkatrész a kilökődés után az üreghez tapadjon, a szomszédos üregen csökkenthető a behúzási szög, vagy szándékos alávágást lehet hozzáadni az üreghez.
A merülési szögnek nincs rögzített értéke; általában empirikusan határozzák meg. Az 1/8 vagy 1/4 fokos huzatszög is használható erősen polírozott külső falakon. Mélyebb vagy textúrájú részek esetén a húzási szöget ennek megfelelően növelni kell. Jellemzően minden 0,025 mm-es textúra-mélységhez a huzatszöget 1 fokkal kell növelni.
Továbbá, bár a nagyobb merülési szögek általában megkönnyítik az alkatrészek szétszerelését, a méretpontosság megőrzése a legfontosabb. A merülési szög okozta mérethibákat a pontossági tűréshatáron belül kell tartani. A nagy zsugorodású vagy összetett formájú alkatrészeknél nagyobb behúzási szöget kell figyelembe venni.
Bordák műanyag alkatrész kivitelben
A műanyag alkatrész szilárdsága nem csak a falvastagság növekedésétől függ. Valójában a falvastagság növelése nagyobb zsugorodáshoz vezet, ami belső feszültségeket eredményez, amelyek valójában csökkentik a szilárdságot. A műanyag alkatrész szilárdságának javításának kulcsa a merevségben rejlik. Ezt gyakran úgy érik el, hogy egy vékony-falszerkezetet stratégiailag elhelyezett bordákkal kombinálnak a szakasz modulusának növelése érdekében.
A bordatervezés szempontjai
A bordák hozzáadása azonban növeli a vastagságot a főfallal való találkozásnál. Ezt a vastagságot jellemzően a legnagyobb beírt kör átmérője határozza meg, amit viszont a bordavastagság és a gyökérsugár határoz meg. 4 mm-es alapfalvastagság esetén a bordavastagság és a gyökérsugár változtatása megváltoztatja a legnagyobb beírt kör átmérőjét. A 4. ábra azt mutatja, hogy a megnövekedett helyi falvastagság hogyan vezethet süllyedésnyomokhoz az ellenkező felületen, ami befolyásolja a megjelenést. A racionális tervezés csökkentheti a felületi süllyedés valószínűségét, ezáltal javítva az alkatrész minőségét.
Az elemzés azt mutatja, hogy a borda vastagságát a lehető legkisebbre kell csökkenteni egy bizonyos tartományon belül. Ha a borda túl vékony, növelni kell a magasságát a merevség megőrzése érdekében. A túl vékony bordák azonban kihajlást okozhatnak a befecskendezés során, megnehezíthetik a formázást, és hozzátapadhatnak a formához. A borda tövénél lévő sugár nem lehet túl kicsi a feszültségkoncentráció elkerülése érdekében.
Általában a borda gyökerének sugara a borda vastagságának legalább 40%-a. A bordavastagság az alapfal vastagságának 50-75%-a legyen, a magasabb százalékok csak az alacsony zsugorodású anyagokra vonatkoznak. A borda magassága nem lehet kevesebb, mint az alapvastagság ötszöröse. A bordáknak behúzási szöggel kell rendelkezniük, és tájolásukat a kilökési irányhoz kell igazítani, vagy mozgatható formaelemek használhatók. A bordák közötti távolságnak az alapvastagság kétszeresének kell lennie.
A minden irányban egyenletes merevség eléréséhez a legegyszerűbb módszer, ha hosszirányban és keresztirányban is bordákat adunk hozzá úgy, hogy a bordák merőlegesen metszik egymást. Ez azonban növeli a falvastagságot a kereszteződésben, ami nagyobb zsugorodáshoz vezet. Gyakori megoldás, hogy a kereszteződésben kör alakú lyukat helyeznek el, hogy egyenletes falvastagságot alakítsanak ki, ahogy az 5. ábrán látható.
Tervezési szempontok a műanyag részeken lévő lyukakhoz
1. A furat helye és erőssége
Általános gyakorlat, hogy lyukakat építenek be a műanyag alkatrészekbe az összeszerelés megkönnyítése vagy funkcionális célok érdekében. Ideális esetben a lyukak mérete és elhelyezkedése nem veszélyeztetheti a termék szilárdságát, és nem növelheti a gyártás bonyolultságát. Főbb szempontok:
A szomszédos furatok közötti távolságnak, vagy a furat és a legközelebbi él közötti távolságnak legalább egyenlőnek kell lennie a furat átmérőjével. Ez különösen fontos az élek közelében lévő lyukaknál, hogy elkerülje a törést. Menetes furatok esetén a furat és a termék széle közötti távolság jellemzően nagyobb, mint a furat átmérőjének háromszorosa.
2. A furatok típusai
A lyukak különféle típusúak, például átmenő lyukak, zsákfuratok és lépcsős lyukak. Szerelési szempontból az átmenő furatok gyakoribbak és könnyebben megmunkálhatók, mint a zsákfuratok. A formatervezés szempontjából az átmenő furatok szerkezete egyszerűbb. Kialakíthatók úgy, hogy a forma mozgó és rögzített részein is magokat helyeznek el, vagy egyetlen magot csak az egyik részben alkalmaznak. Az előbbi az olvadt műanyag hatására két konzolos gerendát hoz létre, de a rövid gerendahosszak miatt az alakváltozás minimális. Ez utóbbi jellemzően egyszerűen alátámasztott gerendát alkot, minimális deformációval. Ha két magot használunk, átmérőjüknek kissé eltérőnek kell lennie, hogy elkerüljük az eltolódást és biztosítsuk a sima illeszkedési felületet. A konzolos magcsapok által alkotott zsáklyukak hajlamosabbak az olvadt műanyag becsapódása alatti elhajlásra, ami szabálytalan lyukformákhoz vezet. A zsákfurat mélysége általában nem haladhatja meg az átmérőjének kétszeresét. 1,5 mm vagy annál kisebb átmérőjű zsákfuratok esetén a mélység nem haladhatja meg az átmérőt. A zsákfurat alján a falvastagságnak legalább a lyuk átmérőjének egy{11}}hatodának kell lennie a zsugorodás elkerülése érdekében.
3. Oldalsó lyukak
Az oldalsó lyukakat jellemzően oldalmagok segítségével alakítják ki, ami növeli a penész költségét és a karbantartást, különösen akkor, ha az oldalmag hosszú és hajlamos a törésre. Ha lehetséges, a tervezés javítható a 6. ábrán látható módon, hogy enyhítsék ezeket a problémákat.
Főnökök a műanyag alkatrészek tervezésében
A főfalak jellemzően kinyúlnak a fő falvastagságból, és a termékek összeszerelésére, az objektumok közötti távolságtartásra és más alkatrészek alátámasztására szolgálnak. Az üreges kiemelkedések betéteket vagy csavarokat helyezhetnek el. Ezekhez az alkalmazásokhoz a kiemelkedéseknek kellő szilárdságúaknak kell lenniük ahhoz, hogy repedés nélkül ellenálljanak a nyomásnak. A hengerek általában hengeresek, mivel ez a forma könnyebben formázható és jobb mechanikai tulajdonságokat kínál.
Integráció a szerkezettel
Ideális esetben a kiemelkedést nem izolált hengerként kell kialakítani, hanem a külső falhoz kell csatlakoztatni, vagy bordákkal együtt kell használni. Ez a megközelítés növeli a főnök szilárdságát és elősegíti a műanyag egyenletes áramlását. A külső falhoz való csatlakozásnak vékony-falúnak kell lennie, hogy elkerülje a mosogatónyomokat.
Az aljzatnál, ahol a kiemelkedés csatlakozik az aljzathoz, a kivágás sugarának az aljzat vastagságának 0,4-0,6-szorosának kell lennie. A kiemelkedés falvastagságának az aljzat vastagságának 0,5-0,75-szörösének kell lennie. A kiemelkedés tetejét le kell ferdíteni a csavarozás megkönnyítése érdekében. A főnököknek húzási szöggel is rendelkezniük kell. Ezek a tervezési követelmények hasonlóak a bordákra vonatkozó követelményekhez, így a főnök a borda egy változatának tekinthető. Ezeket az összefüggéseket lásd a 7. és 8. ábrán.
Menetes fejek önmetsző{0}}csavarokhoz
Az önmetsző{0}}csavarok csatlakoztatására sok tömböt használnak. Ezeken a kiemelkedéseken a belső menetek hideg-áramú öntési eljárással jönnek létre, amely a műanyagot deformációval, nem pedig vágással alakítja. A menetes kiemelkedések méreteinek elegendőnek kell lenniük ahhoz, hogy ellenálljanak a csavarbehelyezési erőknek és az általuk viselt terheléseknek. A kiemelkedés furatátmérőjének biztosítania kell, hogy a csavar rögzítve maradjon meghatározott nyomaték- és vibrációs feltételek mellett.
A kiemelkedés külső átmérőjének törés nélkül el kell viselnie a csavarhúzás során fellépő kerületi erőket. A csavar behelyezésének megkönnyítése érdekében a kiemelkedés tetején általában egy süllyesztő található, amelynek átmérője valamivel nagyobb, mint a névleges csavarátmérő. A főnöki méretek kiszámítása bonyolult lehet.
A külföldi honlapokon javasolt egyszerűsített becslési módszer a névleges csavarátmérő alapján javasolt. Először határozza meg a csavar anyagát, majd a táblázatban szereplő megfelelő együttható alapján helyettesítse be az együtthatót a névleges csavarátmérővel a megfelelő méret meghatározásához.
Snap{0}}Fit Connections a műanyag alkatrészek tervezésében
A Snap{0}}fit összeszerelés kényelmes, gazdaságos és környezetbarát csatlakozási mód. A Snap{2}}fit alkatrészeket a termékkel egyidejűleg öntik, így nincs szükség további rögzítőkre, például csavarokra. Az összeszerelés során a megfelelő alkatrészeket egyszerűen össze kell pattintani.
A bepattanó{0}}csatlakozás elve abból áll, hogy az egyik alkatrész kiálló részét a másikon lévő akadály fölé tolják. Ez a folyamat rugalmas deformációval jár; az akadály elhárítása után az alkatrész visszapattan eredeti alakjába, és a helyére rögzül, amint az a 9. ábrán látható. A pattintható-csatlakozások lehetnek állandóak vagy levehetők.
Szerkezetileg a bepattanó{0}}illesztéseket konzolos, gyűrűs és gömb alakú típusokba sorolhatjuk, amint az a 10. ábrán látható.
Kulcsszögek és számítások
Kritikus szögek
A két kulcsszög a snap{0}}illesztés kialakításánál a visszatérési szög (vagy visszatartási szög) és az elõ{1}}szög. Általában a nagyobb visszatérési szög a biztonságosabb illeszkedést részesíti előnyben. Amikor a visszatérési szög megközelíti a 90 fokot, a bepattanó{5}}illesztés állandóvá válik, amint azt a 11. ábra mutatja.
