Hướng dẫn về độ chính xác và hiệu quả chi phí trong đúc phun

Hãy hình dung tình huống này: bộ phận được thiết kế hoàn hảo của bạn bị lỗi ở giai đoạn ép phun do các sai lệch kích thước nhỏ. Làm thế nào để tránh được kết quả đáng thất vọng này? Giải pháp nằm ở việc hiểu và kiểm soát dung sai ép phun. Hướng dẫn toàn diện này khám phá các khía cạnh quan trọng của dung sai trong ép phun nhựa.

Trong ép phun, dung sai thể hiện phạm vi sai lệch có thể chấp nhận được đối với kích thước và các đặc điểm của bộ phận, thường được đo bằng milimet hoặc inch và được biểu thị dưới dạng các giá trị dương/âm (±). Độ lớn của dung sai phụ thuộc vào loại vật liệu và kích thước tổng thể của bộ phận. Các nhà thiết kế chỉ định dung sai trong các tệp CAD để thông báo cho các nhà đúc về các biến thể cho phép, trong khi các nhà sản xuất sử dụng các thông số kỹ thuật này trong quá trình xem xét Thiết kế để Sản xuất (DFM) để hướng dẫn các quyết định về khuôn và quy trình.

Dung sai chặt chẽ hơn đòi hỏi khuôn chất lượng cao hơn và các quy trình chính xác hơn, chắc chắn làm tăng chi phí. Chất lượng khuôn ảnh hưởng đáng kể đến kết quả, cũng như tốc độ điền đầy khoang thích hợp và nhiệt độ làm mát nhất quán. Ngay cả với thiết bị hiện đại nhất, sự thay đổi của quy trình vẫn không thể tránh khỏi. Các nhà đúc có kinh nghiệm có thể tính toán tỷ lệ co ngót cho các loại nhựa khác nhau, nhưng các lựa chọn thiết kế cuối cùng sẽ xác định dung sai có thể đạt được. Vật liệu có tỷ lệ co ngót cao hơn đặt ra những thách thức lớn hơn trong việc kiểm soát dung sai.

Nhiều bộ phận đúc được tích hợp vào các cụm lớn hơn. Xếp chồng dung sai đề cập đến cách tất cả các bộ phận được lắp ráp phải khớp với nhau. Vì mỗi bộ phận có dung sai riêng, các nhà thiết kế phải tính đến các biến thể kích thước tích lũy.

Hãy xem xét ba bộ phận đúc được nối với nhau bằng bu lông, mỗi bộ phận có các lỗ nằm trong dung sai quy định. Mặc dù mỗi lỗ có thể đáp ứng các thông số kỹ thuật riêng lẻ, nhưng cả ba lỗ phải thẳng hàng hoàn hảo để lắp vít. Việc xem xét sớm về việc xếp chồng dung sai là rất quan trọng và phần mềm phân tích chuyên dụng có thể mô phỏng các tình huống lắp ráp để đảm bảo sự phù hợp thích hợp.

1. Dung sai kích thước: Điều chỉnh kích thước tổng thể của bộ phận. Các bộ phận lớn hơn sẽ bị co ngót lớn hơn trong quá trình làm mát, đòi hỏi các phạm vi dung sai cụ thể theo kích thước.
2. Dung sai độ thẳng/độ phẳng: Giải quyết tình trạng cong vênh trên các bề mặt phẳng lớn. Các yếu tố thiết kế khuôn như vị trí cổng và làm mát đồng đều có thể giảm thiểu tình trạng cong vênh.
3. Dung sai đường kính lỗ: Các lỗ lớn hơn yêu cầu phạm vi dung sai rộng hơn do co ngót tăng lên.
4. Dung sai độ sâu lỗ mù: Các tính năng này yêu cầu các yếu tố khuôn đúc. Áp suất phun cao có thể làm cong các chốt lõi, với các lỗ sâu hơn dễ bị tổn thương hơn.
5. Dung sai đồng tâm/hình bầu dục: Các bộ phận hình trụ lớn có thành mỏng có thể co ngót không đều, ảnh hưởng đến hình tròn.

Dung sai cũng được phân loại theo mức độ chính xác:

• Dung sai cấp thương mại cung cấp độ chính xác thấp hơn với chi phí khuôn và bộ phận giảm.
• Dung sai cấp tốt (dung sai chính xác) cung cấp các phạm vi chặt chẽ hơn nhưng làm tăng chi phí.

Dung sai bộ phận phụ thuộc vào dung sai khuôn, phải tính đến kích thước đặc điểm và tính chất vật liệu. Các bảng sau đây trình bày dung sai điển hình cho các vật liệu ép phun phổ biến, như được xác định bởi Hiệp hội Công nghiệp Nhựa (trước đây là SPI).

Các bộ phận được ép phun co lại trong quá trình làm mát, ảnh hưởng đến kích thước cuối cùng. Các nhà thiết kế bù đắp bằng cách điều chỉnh khuôn theo tỷ lệ co ngót dự kiến, được xác định thông qua các thử nghiệm tiêu chuẩn như ASTM D955. Công thức co ngót tính toán sự co lại tuyến tính:

Co ngót = 100% × (Lc - Lp) / Lp

Trong đó Lc biểu thị chiều dài khoang và Lp biểu thị chiều dài bộ phận đã làm mát. Tính toán này đặc biệt quan trọng đối với các vật liệu có tính chất không đối xứng, chẳng hạn như nhựa gia cường sợi dài.

Đối với các bộ phận phức tạp, phần mềm phân tích dòng chảy khuôn mô phỏng các kiểu điền nhựa và xác định các thách thức điền tiềm ẩn. Mô phỏng nâng cao này giúp dự đoán các biến thể co ngót trong toàn bộ bộ phận.

Bảng sau đây trình bày phạm vi co ngót cho các vật liệu đúc phổ biến:

Tuân thủ các nguyên tắc DFM sẽ tối ưu hóa khả năng sản xuất và đạt được dung sai.

Kích thước cắt ngang đường phân khuôn thường thể hiện sự thay đổi lớn hơn so với các đặc điểm không bị gián đoạn.

Các vật liệu khác nhau co lại với tốc độ khác nhau, với các biến thể theo lô và nhà cung cấp có thể xảy ra. Vật liệu gia cường sợi dài thể hiện sự khác biệt về co ngót theo hướng.

Áp suất phun, thời gian giữ, mật độ vật liệu và nhiệt độ khuôn ảnh hưởng đáng kể đến tính nhất quán của co ngót.

Tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế, các thông số kỹ thuật có thể bao gồm dung sai kích thước, độ thẳng/độ phẳng, đường kính lỗ, độ sâu lỗ mù và độ đồng tâm/hình bầu dục.

Các ứng dụng thương mại thường sử dụng dung sai ±0,1mm, trong khi các ứng dụng chính xác như thiết bị y tế có thể yêu cầu ±0,025mm.

Các bộ phận lớn hơn bị co ngót lớn hơn, khiến dung sai chặt chẽ trở nên khó khăn hơn. Độ dày thành đồng đều thúc đẩy sự làm mát nhất quán và ổn định kích thước.

Các loại nhựa và chất phụ gia khác nhau thể hiện các đặc tính co ngót độc đáo phải được tính đến trong thiết kế khuôn.

Khuôn thép được gia công chính xác với hệ thống làm mát thích hợp cung cấp sự ổn định cần thiết để kiểm soát dung sai chặt chẽ. Dung sai gia công khuôn điển hình dao động từ ±0,127mm đối với các công cụ tiêu chuẩn đến ±0,0254mm đối với các ứng dụng có độ chính xác cao.