Kokeneet tuotesuunnittelijat tuntevat syvän ruiskuvaluprosessin ja ottavat huomioon useita tekijöitä muoviosien suunnittelussa. Tässä artikkelissa keskitytään muovisten muovattujen osien suunnittelun tärkeimpiin elementteihin, kuten seinämän paksuus, vetokulma, rivat, reiät, ulkonemat, napsautus-sovitukset, puristussovitukset ja toleranssit.
Seinän paksuus muoviosien suunnittelussa
Sopivan seinämän paksuuden määrittäminen on ratkaisevan tärkeää. Muut ominaisuudet, kuten rivat ja säteet, liittyvät seinämän paksuuteen. Muovituotteen seinämän paksuus riippuu useista tekijöistä, kuten ulkoisista voimista, joita sen on kestettävä, muiden komponenttien tuesta, muovimateriaalin ominaisuuksista, painosta, sähköisestä suorituskyvystä, mittatarkkuudesta, stabiilisuudesta ja kokoonpanovaatimuksista.
Tyypillisesti kestomuovimateriaalien seinämän paksuus vaihtelee välillä 1 - 6 mm, ja 2 - 3 mm on yleisin. Suurempien -kokoisten osien seinämän paksuus voi olla yli 6 mm. Taulukossa 1 luetellaan suositellut seinämän paksuusarvot erilaisille termoplastisille materiaaleille.
Seinän paksuuden tasaisuus
Tasainen seinämäpaksuus on avainperiaate muoviosien suunnittelussa. Epätasainen seinämänpaksuus- johtaa epäyhtenäiseen sulavirtaan ja kutistumiseen jäähtyessä, mikä johtaa virheisiin, kuten uppoamisjälkiin, tyhjiin tiloihin, vääntymiseen ja jopa halkeiluihin. Lisäksi se voi aiheuttaa kutistumisjälkiä, sisäisiä jännityksiä, muodonmuutoksia, värieroja tai läpinäkyvyyden vaihteluita. Liian ohuet seinät voivat heikentää osan lujuutta ja jäykkyyttä käytön ja asennuksen aikana. Taloudellisesta näkökulmasta katsottuna liian paksut osat lisäävät materiaalikustannuksia ja tuotantoaikaa. Paksummat muovipinnat jäähtyvät hitaammin ja ovat alttiita uppoamisjälkille. Kuva 1 havainnollistaa tasaisen seinämän paksuuden mallia.
Jos siirtyminen paksummasta osasta ohuempaan on väistämätöntä, sen tulee tapahtua asteittain ja säilyttää maksimi seinämän paksuussuhde 3:1, kuten kuvassa 2 näkyy.
Monissa tapauksissa suunnittelijat voivat käyttää ripoja seinämän paksuuden muuttamiseksi. Tämä ei vain säästä materiaalia, alentaa tuotantokustannuksia, mutta myös lyhentää jäähdytysaikaa. Jäähtymisaika on suunnilleen verrannollinen seinämän paksuuteen.
Lisäksi suunnittelijoiden tulee ottaa huomioon myös virtausreitin pituus, joka on matka, jonka sula aine kulkee portista ontelon eri osiin. Tyypillisesti virtausreitin pituus on verrannollinen seinämän paksuuteen. Mitä suurempi seinämän paksuus, sitä pidempi virtausreitti. Jos virtausreitin pituuden ja seinämän paksuuden suhde on liian suuri, materiaalia voi olla liian vähän tai täyttö on puutteellista kaukana portista. Siksi joissakin tapauksissa seinämän paksuuden lisääminen voi olla tarpeen.
Terävät kulmat
Terävät kulmat johtavat usein osavirheisiin ja jännityksen keskittymiseen. Näille alueille kertyy materiaalia jälkikäsittelyn,{1}}kuten galvanoinnin tai maalauksen aikana. Jännityskeskittymä voi aiheuttaa osan murtumisen kuormituksen tai iskun vaikutuksesta. Siksi teräviä kulmia tulee välttää suunnittelussa. Kuvassa 3 on esimerkki terävän kulman suunnittelusta.
Lähestymiskulmaa ja poistosuuntaa koskevat huomiot
Poistosuunta ja erotusviiva
Injektiotuotteen suunnittelun alussa on ratkaisevan tärkeää määrittää poistosuunta ja erotusviiva. Tämä minimoi sivu-toimimekanismien tarpeen ja vähentää erotusviivan vaikutusta ulkonäköön. Kun irtoamissuunta on määritetty, rakenteet, kuten rivat, napsautus-sovitukset ja ulkonemat, tulee kohdistaa sen kanssa sivuliikkeiden välttämiseksi, neulosviivojen vähentämiseksi ja muotin käyttöiän pidentämiseksi. Tämän jälkeen voidaan valita sopiva jakolinja parantamaan tuotteen ulkonäköä ja suorituskykyä.
Kun osa poistetaan muotista, sen on voitettava poistovoima ja avausvoima. Avautumisvoimalla tarkoitetaan osan irtautumisprosessia ontelosta. Kun osa jäähtyy muotissa, se kutistuu, jolloin reiän seinämät tarttuvat tiukasti ytimeen. Osan ja ytimen välinen kitka, alipainekiinnitys reikien pohjassa ja muut tekijät tekevät poistovoimasta paljon avausvoimaa suuremman. Liiallinen poistovoima voi aiheuttaa osien muodonmuutoksia, valkaisua, rypistymistä ja pinnan kulumista.
Syvyyskulma
Syvyyskulma on kriittinen määritettäessä poistovoiman suuruutta. Koska ruiskuvaletut osat tarttuvat usein ytimeen (urososaan) jäähtymisen ja kutistumisen jälkeen, saman vetokulman käyttäminen sekä ontelossa että ytimessä varmistaa tasaisen seinämän paksuuden ja estää kappaletta tarttumasta kuumempaan onteloon irrotuksen jälkeen. Erikoistapauksissa, jos osan on tarpeen tarttua onteloon työntämisen jälkeen, viereisen ontelon vetokulmaa voidaan pienentää tai onteloon voidaan lisätä tarkoituksellinen alileikkaus.
Syvyyskulmalle ei ole kiinteää arvoa; se määritetään yleensä empiirisesti. Jo 1/8 tai 1/4 asteen vetokulmaa voidaan käyttää erittäin kiillotetuissa ulkoseinissä. Syvemmille tai pintakuvioisille osille vetokulmaa tulee suurentaa vastaavasti. Tyypillisesti jokaista 0,025 mm tekstuurin syvyyttä kohden vetokulmaa on lisättävä 1 astetta.
Lisäksi, vaikka suuremmat vetokulmat yleensä helpottavat osien purkamista, mittatarkkuuden säilyttäminen on ensiarvoisen tärkeää. Syvyyskulmasta aiheutuvat mittavirheet tulee pitää tarkkuustoleranssin sisällä. Osien, joissa on suuri kutistuminen tai monimutkainen muoto, tulee harkita suurempaa vetokulmaa.
Ribbit muoviosien suunnittelussa
Muoviosan lujuus ei riipu pelkästään seinämän paksuuden lisääntymisestä. Itse asiassa seinämän paksuuden lisääminen johtaa suurempaan kutistumiseen, mikä johtaa sisäisiin jännityksiin, jotka itse asiassa vähentävät lujuutta. Avain muoviosan lujuuden parantamiseen on sen jäykkyys. Tämä saavutetaan usein yhdistämällä ohut-seinärakenne strategisesti sijoitettuihin ripoihin leikkausmoduulin lisäämiseksi.
Rib Designin huomioitavaa
Ripojen lisääminen kuitenkin lisää paksuutta pääseinän liitoskohdassa. Tämä paksuus määräytyy tyypillisesti suurimman piirretyn ympyrän halkaisijan mukaan, joka puolestaan määräytyy rivan paksuuden ja juuren säteen mukaan. Kun pohjaseinämän paksuus on 4 mm, rivan paksuuden ja juuren säteen muuttaminen muuttaa suurimman piirretyn ympyrän halkaisijaa. Kuvassa 4 näkyy, kuinka kasvanut paikallinen seinämän paksuus voi johtaa uppoamisjälkiin vastakkaiselle pinnalle, mikä vaikuttaa ulkonäköön. Järkevä suunnittelu voi vähentää pinnan painumisen todennäköisyyttä ja parantaa siten osien laatua.
Analyysi osoittaa, että rivan paksuus tulisi minimoida mahdollisimman paljon tietyllä alueella. Jos ripa on liian ohut, sen korkeutta on nostettava jäykkyyden säilyttämiseksi. Liian ohuet kylkiluut voivat kuitenkin johtaa nurjahdukseen ruiskutuksen aikana, vaikeutumiseen muotin täyttämisessä ja kiinnittymiseen muottiin. Rivan pohjan säde ei saa olla liian pieni jännityksen keskittymisen välttämiseksi.
Tyypillisesti rivan juurisäteen tulee olla vähintään 40 % rivan paksuudesta. Rivan paksuuden tulisi olla 50–75 % pohjaseinämän paksuudesta, ja korkeammat prosenttiosuudet koskevat vain materiaaleja, joilla on alhainen kutistuminen. Rivan korkeuden tulee olla alle viisi kertaa pohjan paksuus. Ripoissa on oltava vetokulma ja niiden suunnan tulee olla linjassa poistosuuntaan tai liikkuvia muottikomponentteja voidaan käyttää. Ripojen välisen etäisyyden tulee olla yli kaksi kertaa pohjan paksuus.
Tasaisen jäykkyyden saavuttamiseksi kaikkiin suuntiin yksinkertaisin tapa on lisätä ripoja sekä pituus- että poikittaissuunnassa siten, että rivat leikkaavat kohtisuorassa. Tämä kuitenkin lisää seinämän paksuutta risteyksessä, mikä johtaa suurempaan kutistumiseen. Yleinen ratkaisu on lisätä pyöreä reikä risteykseen tasaisen seinämän paksuuden muodostamiseksi, kuten kuvassa 5 näkyy.
Muoviosien reikien suunnitteluun liittyviä näkökohtia
1. Reiän sijainti ja vahvuus
On yleinen käytäntö sisällyttää reikiä muoviosiin kokoamisen helpottamiseksi tai toiminnallisiin tarkoituksiin. Ihannetapauksessa näiden reikien koon ja sijainnin ei pitäisi vaarantaa tuotteen lujuutta tai lisätä valmistuksen monimutkaisuutta. Tärkeimmät huomiot:
Vierekkäisten reikien välisen etäisyyden tai etäisyyden reiästä lähimpään reunaan tulee olla vähintään yhtä suuri kuin reiän halkaisija. Tämä on erityisen tärkeää reunojen lähellä olevien reikien kohdalla rikkoutumisen estämiseksi. Kierrerei'issä etäisyys reiästä tuotteen reunaan on tyypillisesti suurempi kuin kolme kertaa reiän halkaisija.
2. Reikien tyypit
Reiät ovat erilaisia, kuten läpimeneviä reikiä, umpireiät ja porrastettuja reikiä. Kokoonpanon näkökulmasta läpimenevät reiät ovat yleisempiä ja helpompia työstää kuin sokeat reiät. Muotin suunnittelussa läpimenevien reikien rakenne on yksinkertaisempi. Ne voidaan muodostaa sijoittamalla hylsyt sekä muotin liikkuviin että kiinteisiin osiin tai käyttämällä yhtä sydäntä vain yhdessä osassa. Edellinen muodostaa kaksi ulokepalkkia sulan muovin vaikutuksesta, mutta lyhyiden palkinpituuksien vuoksi muodonmuutos on minimaalinen. Jälkimmäinen muodostaa tyypillisesti yksinkertaisesti tuetun palkin, jonka muodonmuutos on myös minimaalinen. Kun käytetään kahta hylsyä, niiden halkaisijoiden tulee olla hieman erilaisia, jotta vältetään kohdistusvirhe ja varmistetaan tasainen liitäntäpinta. Ulokeydintappien muodostamat sokeat reiät ovat alttiimpia taipumaan sulan muovin vaikutuksesta, mikä johtaa epäsäännöllisiin reikien muotoihin. Tyypillisesti sokean reiän syvyys ei saa ylittää kaksi kertaa sen halkaisija. Jos umpireikä on halkaisijaltaan 1,5 mm tai vähemmän, syvyys ei saa ylittää halkaisijaa. Umpireiän pohjan seinämän paksuuden tulee olla vähintään -kuudesosa reiän halkaisijasta kutistumisen välttämiseksi.
3. Sivureiät
Sivureiät muodostetaan tyypillisesti käyttämällä sivuytimiä, mikä lisää muotin kustannuksia ja ylläpitoa, varsinkin kun sivuydin on pitkä ja herkkä rikkoutumaan. Jos mahdollista, suunnittelua voidaan parantaa kuvan 6 mukaisesti näiden ongelmien lieventämiseksi.
Pomot muoviosien suunnittelussa
Korot työntyvät tyypillisesti pääseinän paksuudesta ja niitä käytetään tuotteiden kokoamiseen, kohteiden väliin ja muiden komponenttien tukemiseen. Ontoihin ulokkeisiin mahtuu sisäosia tai ruuveja. Nämä sovellukset edellyttävät, että ulkonemilla on riittävä lujuus kestämään painetta halkeilematta. Pohjat ovat yleensä lieriömäisiä, koska tämä muoto on helpompi muovata ja tarjoaa paremmat mekaaniset ominaisuudet.
Integrointi rakenteen kanssa
Ihannetapauksessa ulkonemaa ei tulisi suunnitella eristetyksi sylinteriksi, vaan se tulisi liittää ulkoseinään tai käyttää yhdessä ripojen kanssa. Tämä lähestymistapa parantaa pomon lujuutta ja auttaa muovimateriaalin sujuvaa virtausta. Liitännän ulkoseinään tulee olla ohut-seinämäinen liitos, jotta vältytään pesualtaiden jälkiltä.
Säteen pohjassa, jossa kohouma liittyy alustaan, tulee olla 0,4-0,6 kertaa substraatin paksuus. Pohjan seinämän paksuuden tulee olla 0,5 - 0,75 kertaa alustan paksuus. Pohjan yläosan tulee olla viistetty ruuvin asennuksen helpottamiseksi. Pomoilla on myös oltava syväyskulma. Nämä suunnitteluvaatimukset ovat samanlaisia kuin kylkiluiden vaatimukset, joten uloketta voidaan pitää rivan muunnelmana. Katso nämä suhteet kuvista 7 ja 8.
Kierteitetyt rungot{0}}itsekierteittäviin ruuveihin
Monia ulokkeita käytetään{0}}itsekierteittävien ruuvien liittämiseen. Näiden ulkonemien sisäkierteet muodostetaan kylmäpuristusprosessilla, joka muotoilee muovia muodonmuutoksen eikä leikkaamisen kautta. Kierreulokkeiden mittojen on oltava riittävät kestämään ruuvin sisääntyöntövoimat ja niiden kantamat kuormat. Pohjan reiän halkaisijan tulee varmistaa, että ruuvi pysyy tukevasti paikallaan tietyissä vääntömomentissa ja tärinäolosuhteissa.
Pohjan ulkohalkaisijan tulee kestää ruuvin kiristyksen aikana syntyneet kehävoimat murtumatta. Ruuvin sisäänviennin helpottamiseksi ulokkeen yläosaan on yleensä upotus, jonka halkaisija on hieman suurempi kuin ruuvin nimellishalkaisija. Pomon mittojen laskeminen voi olla monimutkaista.
On suositeltavaa käyttää yksinkertaistettua estimointimenetelmää, jota ehdotetaan ulkomaisilla verkkosivuilla ja joka perustuu ruuvin nimellishalkaisijaan. Määritä ensin ruuvin materiaali, sitten taulukon vastaavan kertoimen perusteella, korvaa kerroin ruuvin nimellishalkaisijalla sopivan koon määrittämiseksi.
Snap{0}}Sovi liitännät muoviosien suunnitteluun
Snap{0}}fit-kokoonpano on kätevä, taloudellinen ja ympäristöystävällinen liitäntätapa. Snap-fit-komponentit valetaan samanaikaisesti tuotteen kanssa, joten lisäkiinnittimiä, kuten ruuveja, ei tarvita. Kokoaminen edellyttää yksinkertaisesti vastaavien osien napsauttamista yhteen.
Snap-fit-liitoksen{0}}periaatteena on, että yhden komponentin ulkoneva osa työnnetään toisen esteen päälle. Tämä prosessi sisältää elastisen muodonmuutoksen; kun este on poistettu, osa napsahtaa takaisin alkuperäiseen muotoonsa ja lukittuu paikoilleen kuvan 9 mukaisesti. Napsautusliitokset voivat olla pysyviä tai irrotettavia.
Rakenteellisesti napsautus{0}}sovitukset voidaan luokitella uloke-, rengas- ja pallomaisiin tyyppeihin kuvan 10 mukaisesti.
Avainkulmat ja laskelmat
Kriittiset kulmat
Kaksi avainkulmaa napsautus{0}}sovitussuunnittelussa ovat paluukulma (tai pidätyskulma) ja etukulma-. Yleensä suurempi palautuskulma suosii varmempaa istuvuutta. Kun paluukulma lähestyy 90 astetta, napsautus{5}}liitos muuttuu pysyväksi, kuten kuvassa 11 näkyy.
