Οι έμπειροι σχεδιαστές προϊόντων κατέχουν βαθιά κατανόηση της διαδικασίας χύτευσης με έγχυση και λαμβάνουν υπόψη πολλούς παράγοντες στο σχεδιασμό πλαστικών εξαρτημάτων. Αυτό το άρθρο εστιάζει σε βασικά στοιχεία για το σχεδιασμό πλαστικών εξαρτημάτων, όπως πάχος τοιχώματος, γωνία βύθισης, νευρώσεις, οπές, προεξοχές, κουμπωτά-προσαρμογές, προσαρμογές πρέσας και ανοχές.
Πάχος τοίχου σε σχεδιασμό πλαστικών εξαρτημάτων
Ο καθορισμός του κατάλληλου πάχους τοιχώματος είναι ζωτικής σημασίας. Άλλα χαρακτηριστικά, όπως νευρώσεις και ακτίνες, σχετίζονται με το πάχος του τοιχώματος. Το πάχος του τοιχώματος ενός πλαστικού προϊόντος εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των εξωτερικών δυνάμεων που πρέπει να αντέχει, της υποστήριξης άλλων εξαρτημάτων, των ιδιοτήτων του πλαστικού υλικού, του βάρους, της ηλεκτρικής απόδοσης, της ακρίβειας διαστάσεων, της σταθερότητας και των απαιτήσεων συναρμολόγησης.
Τυπικά, το πάχος τοιχώματος για θερμοπλαστικά υλικά κυμαίνεται από 1 έως 6 mm, με τα 2 έως 3 mm να είναι τα πιο συνηθισμένα. Για εξαρτήματα μεγαλύτερου-μεγέθους, το πάχος του τοιχώματος μπορεί να υπερβαίνει τα 6 mm. Ο Πίνακας 1 παραθέτει συνιστώμενες τιμές πάχους τοιχώματος για διάφορα θερμοπλαστικά υλικά.
Ομοιομορφία πάχους τοιχώματος
Το ομοιόμορφο πάχος τοιχώματος είναι βασική αρχή στο σχεδιασμό πλαστικών εξαρτημάτων. Το μη{1}}μη ομοιόμορφο πάχος τοιχώματος οδηγεί σε ασυνεπή ροή τήγματος και συρρίκνωση ψύξης, με αποτέλεσμα ελαττώματα όπως σημάδια από νεροχύτες, κενά, παραμόρφωση, ακόμη και ρωγμές. Επιπλέον, μπορεί να προκαλέσει σημάδια συρρίκνωσης, εσωτερική πίεση, παραμόρφωση, χρωματικές διαφορές ή παραλλαγές διαφάνειας. Τα υπερβολικά λεπτά τοιχώματα μπορεί να μειώσουν την αντοχή και την ακαμψία του εξαρτήματος κατά τη χρήση και τη συναρμολόγηση. Από οικονομική άποψη, τα υπερβολικά παχιά εξαρτήματα αυξάνουν το κόστος υλικών και τον χρόνο παραγωγής. Οι πιο παχιές πλαστικές περιοχές ψύχονται πιο αργά και είναι επιρρεπείς σε σημάδια βύθισης. Το σχήμα 1 απεικονίζει σχέδιο ομοιόμορφου πάχους τοιχώματος.
Εάν η μετάβαση από ένα παχύτερο σε ένα λεπτότερο τμήμα είναι αναπόφευκτη, θα πρέπει να είναι σταδιακή, διατηρώντας τη μέγιστη αναλογία πάχους τοιχώματος 3:1, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.
Σε πολλές περιπτώσεις, οι σχεδιαστές μπορούν να χρησιμοποιήσουν νευρώσεις για να αλλάξουν το πάχος του τοίχου. Αυτό όχι μόνο εξοικονομεί υλικό, μειώνει το κόστος παραγωγής, αλλά και συντομεύει τον χρόνο ψύξης. Ο χρόνος ψύξης είναι περίπου ανάλογος με το πάχος του τοιχώματος.
Επιπλέον, οι σχεδιαστές πρέπει επίσης να λάβουν υπόψη το μήκος της διαδρομής ροής, που είναι η απόσταση που διανύει το λιωμένο υλικό από την πύλη σε διάφορα μέρη της κοιλότητας. Τυπικά, το μήκος της διαδρομής ροής είναι ανάλογο με το πάχος του τοιχώματος. Όσο μεγαλύτερο είναι το πάχος του τοιχώματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η διαδρομή ροής. Εάν η αναλογία του μήκους της διαδρομής ροής προς το πάχος του τοιχώματος είναι πολύ υψηλή, μπορεί να προκύψει ανεπαρκές υλικό ή ατελής πλήρωση μακριά από την πύλη. Επομένως, σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορεί να είναι απαραίτητη η αύξηση του πάχους του τοιχώματος.
Αιχμηρές γωνίες
Οι αιχμηρές γωνίες συχνά οδηγούν σε ελαττώματα εξαρτημάτων και συγκέντρωση στρες. Αυτές οι περιοχές είναι επιρρεπείς σε συσσώρευση υλικών κατά τη διάρκεια της μετα{1}επεξεργασίας, όπως η επιμετάλλωση ή η βαφή. Η συγκέντρωση τάσεων μπορεί να προκαλέσει θραύση του εξαρτήματος υπό φορτίο ή πρόσκρουση. Επομένως, οι αιχμηρές γωνίες θα πρέπει να αποφεύγονται στο σχεδιασμό. Το σχήμα 3 δείχνει ένα παράδειγμα σχεδίασης αιχμηρής γωνίας.
Θεωρήσεις για τη γωνία προσέγγισης και την κατεύθυνση εκτίναξης
Κατεύθυνση Εκτίναξης και Γραμμή Χωρισμού
Στην αρχή του σχεδιασμού του προϊόντος έγχυσης, είναι σημαντικό να καθοριστεί η κατεύθυνση εκτίναξης και η γραμμή διαχωρισμού. Αυτό ελαχιστοποιεί την ανάγκη για μηχανισμούς πλευρικής- δράσης και μειώνει τον αντίκτυπο της διαχωριστικής γραμμής στην εμφάνιση. Μόλις προσδιοριστεί η κατεύθυνση εκτίναξης, δομές όπως νευρώσεις, κουμπωτά-εφαρμογές και προεξοχές θα πρέπει να ευθυγραμμιστούν με αυτό για να αποφευχθούν πλευρικές-ενέργειες, να μειωθούν οι γραμμές πλέξης και να παραταθεί η διάρκεια ζωής του καλουπιού. Στη συνέχεια, μπορεί να επιλεγεί μια κατάλληλη γραμμή διαχωρισμού για να βελτιώσει την εμφάνιση και την απόδοση του προϊόντος.
Όταν ένα μέρος αφαιρείται από το καλούπι, πρέπει να υπερνικήσει τη δύναμη εκτίναξης και τη δύναμη ανοίγματος. Η δύναμη ανοίγματος αναφέρεται στη διαδικασία του τμήματος που χωρίζεται από την κοιλότητα. Καθώς το μέρος κρυώνει στο καλούπι, συρρικνώνεται, προκαλώντας τα τοιχώματα των οπών να πιάσουν σφιχτά τον πυρήνα. Η τριβή μεταξύ του εξαρτήματος και του πυρήνα, η πρόσφυση υπό κενό στο κάτω μέρος των οπών και άλλοι παράγοντες κάνουν τη δύναμη εκτίναξης πολύ μεγαλύτερη από τη δύναμη ανοίγματος. Η υπερβολική δύναμη εκτίναξης μπορεί να προκαλέσει παραμόρφωση εξαρτήματος, λεύκανση, ζάρες και φθορά της επιφάνειας.
Γωνία σχεδίου
Η γωνία βύθισης είναι κρίσιμη για τον προσδιορισμό του μεγέθους της δύναμης εκτίναξης. Δεδομένου ότι τα χυτευμένα με έγχυση εξαρτήματα συχνά κολλάνε στον πυρήνα (αρσενικό μέρος) μετά την ψύξη και τη συρρίκνωση, η χρήση της ίδιας γωνίας έλξης τόσο στην κοιλότητα όσο και στον πυρήνα εξασφαλίζει ομοιόμορφο πάχος τοιχώματος και εμποδίζει το εξάρτημα να κολλήσει στην θερμότερη κοιλότητα μετά την εκτίναξη. Σε ειδικές περιπτώσεις, εάν είναι απαραίτητο το εξάρτημα να κολλήσει στην κοιλότητα μετά την εκτίναξη, η γωνία βύθισης στην παρακείμενη κοιλότητα μπορεί να μειωθεί ή να προστεθεί σκόπιμη υποκοπή στην κοιλότητα.
Δεν υπάρχει σταθερή τιμή για τη γωνία βύθισης. συνήθως προσδιορίζεται εμπειρικά. Μια γωνία βύθισης τόσο μικρή όσο 1/8 ή 1/4 μοιρών μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε εξαιρετικά γυαλισμένους εξωτερικούς τοίχους. Για βαθύτερα μέρη ή μέρη με υφή, η γωνία βύθισης θα πρέπει να αυξηθεί ανάλογα. Συνήθως, για κάθε 0,025 mm βάθους υφής, η γωνία βύθισης πρέπει να αυξάνεται κατά 1 βαθμό.
Επιπλέον, αν και οι μεγαλύτερες γωνίες βύθισης γενικά διευκολύνουν το ξεκαλούπωμα τμήματος, η διατήρηση της ακρίβειας των διαστάσεων είναι πρωταρχικής σημασίας. Τα σφάλματα διαστάσεων που προκαλούνται από τη γωνία βύθισης πρέπει να διατηρούνται εντός της ανοχής ακριβείας. Για μέρη με υψηλή συρρίκνωση ή πολύπλοκα σχήματα, θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη μια μεγαλύτερη γωνία βύθισης.
Νευρώσεις σε σχέδιο πλαστικών ανταλλακτικών
Η αντοχή ενός πλαστικού εξαρτήματος δεν εξαρτάται αποκλειστικά από την αύξηση του πάχους του τοιχώματος. Στην πραγματικότητα, η αύξηση του πάχους του τοιχώματος οδηγεί σε μεγαλύτερη συρρίκνωση, με αποτέλεσμα εσωτερικές καταπονήσεις που στην πραγματικότητα μειώνουν την αντοχή. Το κλειδί για τη βελτίωση της αντοχής ενός πλαστικού εξαρτήματος βρίσκεται στην ακαμψία του. Αυτό επιτυγχάνεται συχνά συνδυάζοντας μια δομή λεπτού-τοίχου με στρατηγικά τοποθετημένες νευρώσεις για αύξηση του συντελεστή τομής.
Σκέψεις για Rib Design
Ωστόσο, η προσθήκη νευρώσεων αυξάνει το πάχος στη διασταύρωση με τον κύριο τοίχο. Αυτό το πάχος τυπικά καθορίζεται από τη διάμετρο του μεγαλύτερου εγγεγραμμένου κύκλου, ο οποίος με τη σειρά του καθορίζεται από το πάχος της πλευράς και την ακτίνα της ρίζας. Για πάχος τοιχώματος βάσης 4 mm, η μεταβολή του πάχους της πλευράς και της ακτίνας της ρίζας αλλάζει τη διάμετρο του μεγαλύτερου εγγεγραμμένου κύκλου. Το σχήμα 4 δείχνει πώς το αυξημένο τοπικό πάχος τοιχώματος μπορεί να οδηγήσει σε σημάδια νεροχύτη στην απέναντι επιφάνεια, επηρεάζοντας την εμφάνιση. Ένας ορθολογικός σχεδιασμός μπορεί να μειώσει την πιθανότητα επιφανειακής κατάθλιψης, βελτιώνοντας έτσι την ποιότητα του εξαρτήματος.
Η ανάλυση δείχνει ότι το πάχος μιας νεύρωσης πρέπει να ελαχιστοποιηθεί όσο το δυνατόν περισσότερο μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος. Εάν το νεύρο είναι πολύ λεπτό, το ύψος του πρέπει να αυξηθεί για να διατηρηθεί η ακαμψία. Ωστόσο, οι υπερβολικά λεπτές νευρώσεις μπορεί να οδηγήσουν σε λυγισμό κατά την έγχυση, δυσκολία στο γέμισμα του καλουπιού και προσκόλληση στο καλούπι. Η ακτίνα στη βάση της πλευράς δεν πρέπει να είναι πολύ μικρή για να αποφευχθεί η συγκέντρωση του στρες.
Τυπικά, η ακτίνα της ρίζας μιας νεύρωσης πρέπει να είναι τουλάχιστον 40% του πάχους της πλευράς. Το πάχος νευρώσεων πρέπει να είναι 50% έως 75% του πάχους του τοιχώματος βάσης, με υψηλότερα ποσοστά να ισχύουν μόνο για υλικά με χαμηλή συρρίκνωση. Το ύψος της πλευράς πρέπει να είναι μικρότερο από πέντε φορές το πάχος της βάσης. Οι νευρώσεις πρέπει να έχουν γωνία βύθισης και ο προσανατολισμός τους πρέπει να ευθυγραμμίζεται με την κατεύθυνση εκτίναξης, διαφορετικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν κινητά εξαρτήματα καλουπιού. Η απόσταση μεταξύ των νευρώσεων πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το διπλάσιο του πάχους της βάσης.
Για να επιτευχθεί ομοιόμορφη ακαμψία προς όλες τις κατευθύνσεις, η απλούστερη μέθοδος είναι η προσθήκη νευρώσεων τόσο κατά μήκος όσο και εγκάρσια, με τις νευρώσεις να τέμνονται κάθετα. Ωστόσο, αυτό αυξάνει το πάχος του τοιχώματος στη διασταύρωση, οδηγώντας σε μεγαλύτερη συρρίκνωση. Μια κοινή λύση είναι η προσθήκη μιας κυκλικής οπής στη διασταύρωση για να σχηματιστεί ένα ομοιόμορφο πάχος τοιχώματος, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.
Σχεδιασμοί για τρύπες σε πλαστικά μέρη
1. Θέση και αντοχή τρύπας
Είναι κοινή πρακτική η ενσωμάτωση οπών σε πλαστικά μέρη για ευκολία συναρμολόγησης ή λειτουργικούς σκοπούς. Στην ιδανική περίπτωση, το μέγεθος και η θέση αυτών των οπών δεν θα πρέπει να θέτει σε κίνδυνο την αντοχή του προϊόντος ή να αυξάνει την πολυπλοκότητα της κατασκευής. Βασικές εκτιμήσεις:
Η απόσταση μεταξύ γειτονικών οπών ή η απόσταση από μια τρύπα στο πλησιέστερο άκρο, πρέπει να είναι τουλάχιστον ίση με τη διάμετρο της οπής. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τρύπες κοντά στις άκρες για να αποφευχθεί το σπάσιμο. Για οπές με σπείρωμα, η απόσταση από την οπή μέχρι την άκρη του προϊόντος είναι συνήθως μεγαλύτερη από τρεις φορές τη διάμετρο της οπής.
2. Τύποι οπών
Οι τρύπες έρχονται σε διάφορους τύπους, όπως διαμπερείς οπές, τυφλές οπές και κλιμακωτές. Από την άποψη της συναρμολόγησης, οι διαμπερείς οπές είναι πιο κοινές και ευκολότερες στη μηχανή από τις τυφλές τρύπες. Όσον αφορά τον σχεδιασμό του καλουπιού, η δομή των διαμπερών οπών είναι απλούστερη. Μπορούν να σχηματιστούν με την τοποθέτηση πυρήνων τόσο στα κινούμενα όσο και στα σταθερά μέρη του καλουπιού ή με τη χρήση ενός μόνο πυρήνα σε ένα μόνο μέρος. Το πρώτο δημιουργεί δύο δοκούς προβόλου υπό τη δράση λιωμένου πλαστικού, αλλά λόγω των μικρών μηκών δοκών, η παραμόρφωση είναι ελάχιστη. Η τελευταία τυπικά σχηματίζει μια απλά υποστηριζόμενη δοκό, με επίσης ελάχιστη παραμόρφωση. Όταν χρησιμοποιούνται δύο πυρήνες, οι διάμετροί τους πρέπει να είναι ελαφρώς διαφορετικές για να αποφευχθεί η κακή ευθυγράμμιση και να εξασφαλιστεί μια λεία επιφάνεια ζευγαρώματος. Οι τυφλές οπές που σχηματίζονται από καρφίτσες πυρήνα προβόλου είναι πιο επιρρεπείς στην κάμψη κάτω από την πρόσκρουση του λιωμένου πλαστικού, οδηγώντας σε ακανόνιστα σχήματα οπών. Συνήθως, το βάθος μιας τυφλής τρύπας δεν πρέπει να υπερβαίνει το διπλάσιο της διαμέτρου της. Για τυφλές οπές με διάμετρο 1,5 mm ή μικρότερη, το βάθος δεν πρέπει να υπερβαίνει τη διάμετρο. Το πάχος του τοιχώματος στο κάτω μέρος μιας τυφλής οπής πρέπει να είναι τουλάχιστον ένα{11}}ένα έκτο της διαμέτρου της οπής για να αποφευχθεί η συρρίκνωση.
3. Πλαϊνές οπές
Οι πλευρικές οπές σχηματίζονται συνήθως χρησιμοποιώντας πλευρικούς πυρήνες, γεγονός που αυξάνει το κόστος και τη συντήρηση του καλουπιού, ειδικά όταν ο πλαϊνός πυρήνας είναι μακρύς και επιρρεπής σε θραύση. Εάν είναι εφικτό, ο σχεδιασμός μπορεί να βελτιωθεί όπως φαίνεται στο Σχήμα 6 για να μετριαστούν αυτά τα ζητήματα.
Bosses στο σχεδιασμό πλαστικών ανταλλακτικών
Οι προεξοχές συνήθως προεξέχουν από το πάχος του κύριου τοιχώματος και χρησιμοποιούνται για τη συναρμολόγηση προϊόντων, την απόσταση αντικειμένων και τη στήριξη άλλων εξαρτημάτων. Οι κοίλες κεφαλές μπορούν να χωρέσουν ένθετα ή βίδες. Αυτές οι εφαρμογές απαιτούν από τα αφεντικά να έχουν επαρκή αντοχή για να αντέχουν την πίεση χωρίς ρωγμές. Τα αφεντικά είναι συνήθως κυλινδρικά, καθώς αυτό το σχήμα είναι πιο εύκολο να καλουπωθεί και προσφέρει καλύτερες μηχανικές ιδιότητες.
Ενοποίηση με τη Δομή
Ιδανικά, ένα αφεντικό δεν θα πρέπει να σχεδιάζεται ως απομονωμένος κύλινδρος, αλλά θα πρέπει να συνδέεται με τον εξωτερικό τοίχο ή να χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με νευρώσεις. Αυτή η προσέγγιση ενισχύει τη δύναμη του αφεντικού και βοηθά στην ομαλή ροή του πλαστικού υλικού. Η σύνδεση με τον εξωτερικό τοίχο θα πρέπει να είναι μια σύνδεση λεπτού-του τοίχου για να αποφευχθούν σημάδια από το νεροχύτη.
Η ακτίνα του φιλέτου στη βάση όπου το αφεντικό συνδέεται με το υπόστρωμα πρέπει να είναι 0,4 έως 0,6 φορές το πάχος του υποστρώματος. Το πάχος του τοιχώματος της προεξοχής πρέπει να είναι 0,5 έως 0,75 φορές το πάχος του υποστρώματος. Το πάνω μέρος της λαβής θα πρέπει να είναι λοξότμητο για να διευκολύνεται η τοποθέτηση της βίδας. Τα αφεντικά πρέπει επίσης να έχουν γωνία βύθισης. Αυτές οι απαιτήσεις σχεδίασης είναι παρόμοιες με εκείνες για ραβδώσεις, επομένως ένα αφεντικό μπορεί να θεωρηθεί παραλλαγή ενός νεύρου. Ανατρέξτε στα Σχήματα 7 και 8 για αυτές τις σχέσεις.
Βίδες με σπείρωμα για αυτοκόλλητες-βίδες
Πολλά μπουζόνια χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση-βιδών με αυτοκόλλητο. Τα εσωτερικά σπειρώματα σε αυτές τις προεξοχές σχηματίζονται από μια διαδικασία χύτευσης με ψυχρή-ροή, η οποία διαμορφώνει το πλαστικό μέσω παραμόρφωσης και όχι κοπής. Οι διαστάσεις των κοχλιωτών προεξοχών πρέπει να είναι επαρκείς για να αντέχουν τις δυνάμεις εισαγωγής βιδών και τα φορτία που μεταφέρουν. Η διάμετρος της οπής στην κεφαλή πρέπει να διασφαλίζει ότι η βίδα παραμένει ασφαλής κάτω από καθορισμένες συνθήκες ροπής και δόνησης.
Η εξωτερική διάμετρος της λαβής πρέπει να αντέχει τις περιφερειακές δυνάμεις που δημιουργούνται κατά το σφίξιμο της βίδας χωρίς θραύση. Για τη διευκόλυνση της εισαγωγής της βίδας, συνήθως παρέχεται ένας πάγκος στο επάνω μέρος της προεξοχής, με διάμετρο ελαφρώς μεγαλύτερη από την ονομαστική διάμετρο της βίδας. Ο υπολογισμός των διαστάσεων του αφεντικού μπορεί να είναι περίπλοκος.
Συνιστάται μια απλοποιημένη μέθοδος εκτίμησης, που προτείνεται σε ξένες ιστοσελίδες και βασίζεται στην ονομαστική διάμετρο της βίδας. Αρχικά, προσδιορίστε το υλικό της βίδας και, στη συνέχεια, με βάση τον αντίστοιχο συντελεστή στον πίνακα, αντικαταστήστε τον συντελεστή στην ονομαστική διάμετρο της βίδας για να προσδιορίσετε το κατάλληλο μέγεθος.
Snap-Fit Connections in Plastic Part Design
Η συναρμολόγηση Snap-είναι μια βολική, οικονομική και φιλική προς το περιβάλλον μέθοδος σύνδεσης. Τα εξαρτήματα Snap-προσαρμόζονται σε καλούπι ταυτόχρονα με το προϊόν, εξαλείφοντας την ανάγκη για πρόσθετους συνδετήρες όπως βίδες. Η συναρμολόγηση περιλαμβάνει απλώς το κούμπωμα των αντίστοιχων εξαρτημάτων μεταξύ τους.
Η αρχή μιας σύνδεσης snap-προσαρμογής περιλαμβάνει την ώθηση ενός προεξέχοντος τμήματος ενός στοιχείου πάνω από ένα εμπόδιο σε ένα άλλο. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει ελαστική παραμόρφωση. Μόλις αφαιρεθεί το εμπόδιο, το εξάρτημα ξανακουμπώνει στο αρχικό του σχήμα και ασφαλίζει στη θέση του, όπως φαίνεται στην Εικόνα 9. Οι συνδέσεις κουμπώματος-μπορεί να είναι μόνιμες ή αποσπώμενες.
Δομικά, τα snap-ταιριάσματα μπορούν να ταξινομηθούν σε προβόλου, δακτυλιοειδείς και σφαιρικούς τύπους, όπως φαίνεται στο Σχήμα 10.
Βασικές γωνίες και υπολογισμοί
Κριτικές Γωνίες
Οι δύο βασικές γωνίες στη σχεδίαση snap-προσαρμογής είναι η γωνία επιστροφής (ή η γωνία συγκράτησης) και η γωνία προσαγωγής-στη γωνία. Γενικά, μια μεγαλύτερη γωνία επιστροφής ευνοεί μια πιο ασφαλή εφαρμογή. Όταν η γωνία επιστροφής πλησιάζει τις 90 μοίρες, η σύνδεση snap-προσαρμογής γίνεται μόνιμη, όπως φαίνεται στην Εικόνα 11.
