Większość wyrobów z tworzyw sztucznych wytwarzana jest metodą formowania wtryskowego.Wynika to głównie z wysokiej wydajności i wyjątkowo niskiego kosztu jednostkowego procesu.Podobnie jak w przypadku każdego produkowanego komponentu, tolerancja ma kluczowe znaczenie.Jeśli nie zostanie to określone lub kontrolowane prawidłowo, końcowe części nie będą pasować do siebie podczas montażu.Tego rodzaju błędu należy unikać, zwłaszcza, że początkowy koszt formy jest bardzo wysoki.W tym artykule opisano, jak kontrolować tolerancję formowania wtryskowego i zapewnić wysoką jakość dzięki zasadom DFM (Projektowanie produkcji), doborowi materiałów, projektowaniu narzędzi i kontroli procesu.
Dlaczego tolerancja jest tak ważna?
Na przykład, jeśli dwie płaskie części muszą być ze sobą skręcone, tolerancja położenia otworów w każdej części musi uwzględniać wszystkie możliwe przypadki.Nawet jeśli jedna część ma tolerancję minimalną, a druga ma tolerancję maksymalną, muszą one nadal pasować podczas montażu.W tym przypadku wydaje się to proste, ale gdy trzeba złożyć wiele części, jedna część może spowodować, że cały zespół nie będzie działał poprawnie.Analiza tolerancji, taka jak metoda najgorszego przypadku, stos tolerancji i analiza statystyczna, może być wykorzystana do optymalizacji tolerancji wtrysku komponentów wieloczęściowych.
Czynniki wpływające na tolerancję formowania wtryskowego:
1. Projekt części
Jednym z najważniejszych sposobów ograniczania wypaczeń, nadmiernego skurczu i niewspółosiowości części jest stosowanie zasad DFM podczas projektowania części.Najlepiej jest to osiągnąć, współpracując z usługami formowania wtryskowego na wczesnym etapie procesu projektowania, aby zapobiec kosztownym przeprojektowaniu w późniejszej fazie projektowania.
grubość ścianki - części o zmiennej grubości ścianki mogą mieć nierównomierny skurcz.Gdy nie można uniknąć grubych obszarów, należy użyć rdzenia w celu utrzymania jednolitej grubości ścianki.Nierówna grubość ścianki doprowadzi do deformacji części, co wpłynie na tolerancję i montaż.Grubsze ściany nie zawsze są najlepszym wyborem dla zwiększenia wytrzymałości;Tam, gdzie to możliwe, najlepiej jest używać usztywnień i wstawek, aby poprawić wytrzymałość części.
kąt pochylenia - kąt pochylenia ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia łatwego wyrzucania z narzędzia.Jeśli najlepszy stan nie zostanie osiągnięty, części mogą utknąć podczas wyrzucania, skrobania i wypaczania gotowego produktu.Kąt pochylenia może wahać się od 0,5° do 3°, w zależności od projektu części i wykończenia powierzchni.
elementy kominka — podczas montażu wielu części z tworzywa sztucznego, kominki są zwykle używane do umieszczania elementów złącznych.Jeśli występ jest zbyt gruby, na części może pozostać wgniecenie.Jeśli nie są połączone ze ścianami bocznymi żebrami, mogą ulec znacznej deformacji.To sprawi, że montaż tych części będzie prawie niemożliwy.
2. Wybór materiału
Tworzywa sztuczne do formowania wtryskowego mogą być wykonane z różnych żywic.Wybór tych materiałów zależy głównie od zastosowania produktu końcowego.Każda żywica ma inny skurcz.Skurcz ten należy wziąć pod uwagę podczas projektowania formy, a rozmiar formy jest zwykle dostosowywany przez procent skurczu materiału.Jeśli wymaganych jest wiele składników materiału, należy zaprojektować różne szybkości skurczu.Jeśli tolerancja projektowa nie jest odpowiednia, części mogą nie zostać ze sobą połączone, co jest kosztownym błędem przy formowaniu wtryskowym.
Tolerancja formowania wtryskowego zależy głównie od skurczu materiału i geometrii części.Wybór materiału musi zostać sfinalizowany przed zaprojektowaniem i wyprodukowaniem narzędzi.Konstrukcja narzędzia w dużym stopniu zależy od wybranego materiału.
3. Projektowanie narzędzi
Po wybraniu materiału narzędzie jest zwykle przewymiarowane, aby uwzględnić skurcz odpowiedniego materiału.Skurcz nie jest jednak równomierny we wszystkich wymiarach.Na przykład grubsze części mają inną szybkość chłodzenia niż części cieńsze.Dlatego złożona część z mieszaniną cienkich i grubych ścianek będzie miała zmienną szybkość chłodzenia.Powstałe wypaczenie lub osiadanie może poważnie wpłynąć na tolerancję wtrysku i montaż.Aby ograniczyć te efekty, producenci narzędzi biorą pod uwagę następujące czynniki podczas projektowania funkcji formy.
chłodzenie narzędzia - kontrolowane chłodzenie jest niezbędne do utrzymania równomiernego skurczu.Słabe chłodzenie narzędzia doprowadzi do niekontrolowanego skurczu, co doprowadzi do poważnego odchylenia części od ich wymagań dotyczących tolerancji.Inteligentne rozmieszczenie kanałów chłodzących może znacznie poprawić spójność części.
tolerancja narzędzia - narzędzia przekraczające tolerancję będą prowadzić do wszystkich kolejnych części formowanych wtryskowo, a błąd zostanie dodany oprócz każdego błędu spowodowanego skurczem.Jednak w procesie obróbki CNC tolerancja narzędzia jest zwykle ściśle kontrolowana i monitorowana, więc poza tolerancją narzędzie rzadko jest przyczyną braku tolerancji części.Ponadto narzędzia te są zwykle „bezpieczne dla stali”.Oznacza to, że kluczowe wymiary lub cechy można dostosować przez dodatkowe frezowanie podczas wytwarzania narzędzi.Jeśli gotowy wymiar niektórych części nie mieści się w zakresie tolerancji, dodatkowy materiał umożliwia dokładną regulację narzędzia poprzez obróbkę.Na przykład funkcja otworu o wąskiej tolerancji na części może mieć narzędzie zaprojektowane z kołkiem rdzeniowym po szerszej stronie tolerancji.Jeśli otwór wymaga regulacji, zostanie przetworzony cieńszy, aby otwór był cieńszy.
pozycja gilzy - gilza wypycha ją z formy, gdy forma jest otwarta;Należy to zrobić jak najszybciej, aby zminimalizować czas cyklu.Jeśli kołek wypychacza zostanie umieszczony w niepożądanej pozycji, części mogą ulec uszkodzeniu.Niektóre materiały nie są całkowicie sztywne po opuszczeniu narzędzia, a nierównomierne wyrzucanie może prowadzić do poważnych wypaczeń i niespójności wymiarowych.
pozycja zasuwy - zasuwa jest częścią narzędzia do dopływu żywicy.Jeśli zostanie umieszczony w niepożądanej pozycji, spowoduje to zły wygląd.Ponadto nierównomierna szybkość napełniania może również prowadzić do wypaczenia i nieregularnego skurczu.Złożone części często wymagają wielu bramek, aby uzyskać jednolite wypełnienie i złagodzić te wyzwania.
4. Kontrola procesu
Pomimo wszystkich wcześniejszych prac projektowych i rozważań materiałowych mających na celu optymalizację tolerancji wtrysku części, części mogą nadal przekraczać tolerancję, gdy dostarczana jest pierwsza partia próbek.Po połączeniu wszystkich powyższych metod następnym krokiem w celu poprawy zgodności tolerancji jest dostosowanie procesu.Kontrolowanie temperatury, ciśnienia i czasu utrzymania to jedne z najczęstszych metod poprawy jakości części.Po określeniu idealnego zestawu warunków forma może tworzyć spójne części z bardzo małymi zmianami wymiarów między częściami.
W przypadku złożonych części o wielu cechach korzystne może być osadzenie czujników ciśnienia i temperatury w narzędziach do pomiaru tych parametrów w procesie produkcyjnym w celu uzyskania informacji zwrotnej w czasie rzeczywistym i kontroli procesu.Utrzymywanie ciśnienia i temperatury w narzędziu przez cały czas pomaga zapewnić spójne tolerancje.
W złożonych częściach o wielu cechach korzystne może być osadzenie czujników ciśnienia i temperatury w narzędziach do pomiaru tych parametrów w procesie produkcyjnym, aby uzyskać informacje zwrotne w czasie rzeczywistym i kontrolę procesu.Utrzymywanie ciśnienia i temperatury w narzędziu przez cały czas może w dużej mierze zapewnić stałe tolerancje.