Руководство по точности и экономичности литья под давлением

Представьте себе ситуацию: ваша идеально спроектированная деталь выходит из строя на этапе литья под давлением из-за незначительных отклонений в размерах. Как можно избежать этого разочаровывающего результата? Решение заключается в понимании и контроле допусков при литье пластмасс под давлением. Это всеобъемлющее руководство рассматривает критические аспекты допусков при литье пластмасс под давлением.

В литье под давлением допуски представляют собой допустимый диапазон отклонений для размеров и характеристик детали, обычно измеряемый в миллиметрах или дюймах и выражаемый как положительные/отрицательные значения (±). Величина допуска зависит от типа материала и общих размеров детали. Конструкторы указывают допуски в CAD-файлах, чтобы информировать формовщиков о допустимых отклонениях, в то время как производители используют эти спецификации при обзорах проектирования для производства (DFM), чтобы направлять решения по пресс-формам и процессам.

Более жесткие допуски требуют более качественных пресс-форм и более точных процессов, что неизбежно увеличивает затраты. Качество пресс-формы существенно влияет на результаты, как и правильные скорости заполнения полости и постоянные температуры охлаждения. Даже при самом современном оборудовании изменчивость процесса остается неизбежной. Опытные формовщики могут рассчитать коэффициенты усадки для различных пластмасс, но выбор конструкции в конечном итоге определяет достижимые допуски. Материалы с более высокими коэффициентами усадки создают большие проблемы с контролем допусков.

Многие формованные компоненты интегрируются в более крупные сборки. Суммирование допусков относится к тому, как все собранные детали должны подходить друг к другу. Поскольку каждый компонент имеет свои собственные допуски, конструкторы должны учитывать совокупные изменения размеров.

Рассмотрим три формованные детали, соединенные болтами, каждая из которых имеет отверстия в пределах заданных допусков. Хотя каждое отверстие может соответствовать индивидуальным спецификациям, все три должны идеально выровняться для вставки крепежа. Раннее рассмотрение суммирования допусков имеет решающее значение, и специализированное программное обеспечение для анализа может моделировать сценарии сборки для обеспечения надлежащей посадки.

1. Допуски по размерам: Определяют общий размер детали. Большие детали испытывают большую усадку во время охлаждения, что требует диапазонов допусков, зависящих от размера.
2. Допуски на прямолинейность/плоскостность: Учитывают коробление на больших плоских поверхностях. Элементы конструкции пресс-формы, такие как расположение литника и равномерное охлаждение, могут минимизировать коробление.
3. Допуски на диаметр отверстия: Большие отверстия требуют более широких диапазонов допусков из-за увеличения усадки.
4. Допуски на глубину глухих отверстий: Эти элементы требуют консольных элементов пресс-формы. Высокое давление впрыска может изгибать сердечники, причем более глубокие отверстия более восприимчивы.
5. Допуски на концентричность/овальность: Большие цилиндрические детали с тонкими стенками могут сжиматься неравномерно, нарушая круглость.

Допуски также классифицируются по уровню точности:

• Допуски коммерческого класса обеспечивают меньшую точность с уменьшенными затратами на пресс-формы и детали.
• Допуски точного класса (прецизионные допуски) обеспечивают более узкие диапазоны, но увеличивают расходы.

Допуски деталей зависят от допусков пресс-форм, которые должны учитывать размеры элементов и свойства материала. В следующих таблицах представлены типичные допуски для распространенных материалов для литья под давлением, как определено Ассоциацией индустрии пластмасс (ранее SPI).

Детали, отлитые под давлением, сжимаются во время охлаждения, влияя на окончательные размеры. Конструкторы компенсируют это, масштабируя пресс-формы в соответствии с ожидаемыми коэффициентами усадки, определяемыми посредством стандартизированных испытаний, таких как ASTM D955. Формула усадки вычисляет линейное сжатие:

Усадка = 100% × (Lc - Lp) / Lp

Где Lc представляет длину полости, а Lp обозначает длину охлажденной детали. Этот расчет оказывается особенно важным для материалов с асимметричными свойствами, таких как смолы, армированные длинными волокнами.

Для сложных деталей программное обеспечение для анализа течения расплава моделирует схемы заполнения смолой и выявляет потенциальные проблемы с заполнением. Эта расширенная симуляция помогает предсказать изменения усадки по всей детали.

В следующей таблице представлены диапазоны усадки для распространенных материалов для формования:

Соблюдение принципов DFM оптимизирует технологичность и достижение допусков.

Размеры, пересекающие линии разъема, обычно демонстрируют большую вариацию, чем непрерывные элементы.

Разные материалы сжимаются с разной скоростью, возможны изменения от партии к партии и от поставщика к поставщику. Материалы, армированные длинными волокнами, демонстрируют различия в направленной усадке.

Давление впрыска, время выдержки, плотность материала и температура пресс-формы существенно влияют на согласованность усадки.

В зависимости от требований к конструкции спецификации могут включать допуски по размерам, прямолинейности/плоскостности, диаметру отверстия, глубине глухих отверстий и концентричности/овальности.

Коммерческие приложения обычно используют допуски ±0,1 мм, в то время как прецизионные приложения, такие как медицинские устройства, могут требовать ±0,025 мм.

Большие детали испытывают большую усадку, что делает жесткие допуски более сложными. Равномерная толщина стенок способствует стабильному охлаждению и стабильности размеров.

Различные пластмассы и добавки демонстрируют уникальные характеристики усадки, которые необходимо учитывать при проектировании пресс-формы.

Прецизионно обработанные стальные пресс-формы с надлежащими системами охлаждения обеспечивают стабильность, необходимую для жесткого контроля допусков. Типичные допуски механической обработки пресс-форм варьируются от ±0,127 мм для стандартных инструментов до ±0,0254 мм для высокоточных приложений.