Hvordan designes udstødningssystemet for sprøjtestøbeforme?

Udkastning får ofte mindre ingeniørmæssig opmærksomhed end beslutninger om gating, afkøling og skillelinje i den indledende formdesignfase. Det behandles som en detalje, der skal løses, efter at hovedhulrummets geometri er etableret, snarere end som en primær designovervejelse.

Denne bestilling er en fejl. Udkastningssystemet bestemmer direkte:

Hvor der optræder vidnemærker på delens overflade, hvilket påvirker kosmetisk accept

Hvor meget kraft der påføres og hvor, som afgør, om tynde sektioner forvrænges eller revner

Hvor pålideligt delen frigiver, hvilket påvirker produktionsoppetid og skrothastighed

Om formen kan køre på målcyklustiden, da udstødningsslag og nulstillingstid er en del af den samlede cyklus

Et dårligt designet udkastningssystem kan få et grundlæggende sundt formdesign til at producere konsekvent defekte dele. Den gode nyhed er, at principperne er vel-etablerede, og beslutningerne er overskuelige, hvis de træffes i den rigtige rækkefølge.

Ejector Pins - Standardvalget

Runde ejektorstifter er den mest almindelige udkastningsmetode. De er lette at bearbejde, nemme at udskifte og godt-forstået af formproducenter verden over. De designbeslutninger, der betyder mest:

Placering: Stifter skal placeres på ikke-kosmetiske overflader, i strukturelt forsvarlige dele af delen (ribber, fremspring, flade områder) og fordeles for at påføre udkastningskraften så jævnt som muligt over delens fodaftryk. Koncentrering af udstødningskraften på et lille antal stifter skaber lokal spænding, der kan deformere tynde sektioner.

Diameter: Stifter med større diameter fordeler kraft over et større område og er mindre tilbøjelige til at efterlade synlige mærker. Den minimale praktiske stiftdiameter er typisk 2-3 mm; stifter under denne størrelse er skrøbelige og tilbøjelige til at gå i stykker. Hvor kosmetiske begrænsninger kræver små stifter, skal du bruge den største diameter, som geometrien tillader.

Antal: Flere stifter betyder generelt bedre kraftfordeling. Den almindelige fejl er at specificere det mindste antal stifter for at undgå at øge omkostningerne og derefter opdage, at den reducerede kraftfordeling forårsager delforvrængning. For Mouse Shell Injection Mold applikationer, hvor overfladekvaliteten er kritisk, bør udkastningslayoutet bruge så mange stifter, som geometrien tillader.

Afstrygerplader - til dele, der ikke kan tåle pindemærker

En stripperplade erstatter individuelle ejektorstifter med en plade, der kontakter hele omkredsen eller et stort område af delen. Når pladen rykker frem, skubber den delen af ​​kernen ensartet uden den punktkontakt, som stifterne skaber.

Afisoleringsplader er den foretrukne udstødningsmetode til:

Tyndt-væggede huse og skaldele, hvor stiftkontakt ville skabe vidnemærker

Dele med store åbne overflader, der ville forvrænge under punktudstødningskraft

Gennemsigtige dele, hvor ethvert overflademærke er synligt

Afvejningen-af: stripperplader tilføjer mekanisk kompleksitet til formen og kræver en skillelinjekonfiguration, hvor pladen kan fungere uden at forstyrre andre formkomponenter.

Bladejektorer - til ribber, finner og smalle funktioner

Bladejektorer er flade, rektangulære ejektorstifter, der bruges, hvor en rund stift ville være for bred eller ville savne den funktion, der kræver udkastning. De er standard til at skyde dybe ribben ud, tynde finner og smalle fremspring, der ellers ville gribe om kernen og modstå udstødning.

Til tandhjulstænderne på enMotor Gear Injection Form, klingeudkastere eller en ringudkaster (en bøsning, der er i kontakt med tandhjulets OD) er ofte at foretrække frem for standard runde stifter placeret i gearvævet, da de tillader mere direkte udkastningskraft påføring af funktionerne med det største grebsområde.

Luftudstødning - til lavvandede dele med stort overfladeareal

Trykluft indsprøjtet gennem små porte i hulrummet eller kernen skaber en trykforskel, der hjælper med at bryde vakuumforseglingen mellem del og formoverflade. Luftudsugning er mest nyttig til lavvandede, store-overfladedele-(låg, bakker, flade paneler), hvor sugning er den primære modstand mod udstødning frem for krympegreb.

Luftudstødning er sjældent tilstrækkelig som den eneste udstødningsmekanisme, men fungerer godt i kombination med stifter eller en afstrygerplade - luften bryder suget, mens mekaniske elementer udøver udstødningskraften.

Kombinerede systemer - til komplekse dele

De fleste dele med en hvilken som helst geometrisk kompleksitet drager fordel af en kombination af udkastningsmetoder: standard runde stifter i hovedkroppens sektioner, bladudkastere ved ribber eller finner, måske en ærmeudkaster omkring en central fremspring og luftudkast ved store flade områder. At designe kombinationen kræver at kortlægge grebsområderne på tværs af delens geometri og vælge den mest passende mekanisme for hver region.

Mus Shelvede Injection Mold

Den afgørende udfordring i Mouse Shell Injection Mold-udkastningsdesign er, at den ydre overflade - A-overfladen, som brugeren rører ved -, ikke kan vise nogen vidnemærker fra ejektorstifter. Den indvendige overflade har mere tolerance for mærker, men selv der kan mærker, der er for udtalte, forstyrre indvendig komponenttilpasning.

Den foretrukne tilgang til museskaller og lignende huse til forbrugerelektronik er:

Identificer alle kosmetiske overfladeområder på den ydre skal og udelad enhver ejektorkontakt fra disse områder

Placer ejektorstifter i indvendige ribbens skæringspunkter -, hvor ribbestrukturen giver støtte mod deformation under udkastningsbelastning

Brug en afstrygerring rundt om perimeteren, hvis skallen har en defineret bundkant, hvilket tillader perimeterudkastning uden indre-overfladebenskontakt

Større pindene generøst i de tilladte områder for at minimere kontakttrykket og reducere mærkedybden

Et offentliggjort casestudie i International Journal of Plastic Technology (2020) viste, at omfordeling af ejektorstifter fra 6 store stifter til 14 mindre stifter i et lignende forbrugerelektronikhus reducerede udstødningsmærkedybden med 62 % og eliminerede dimensionel forvrængning under udkastning - uden yderligere formomkostninger.

Motor Gear Injection Form

Udkastning af præcisionsgear uden at forvrænge tandgeometrien er en af ​​de mere krævende udkastningsudfordringer i standardformdesign. De vigtigste overvejelser:

Påfør udstødningskraft på tandhjulsbanen eller -navet, ikke på tandhjulets tænder. Tandkontakt under udstødning kan give permanent deformation i tandprofilen, hvilket kompromitterer maskekvaliteten.

Brug en ærme- eller ringudkaster rundt om gearets OD, og ​​kontakt gearets overflade ensartet i stedet for at punkt-indlæse en specifik funktion.

Minimer det udstødningsslag, der kræves til frigivelse af delen. Gear med dybe tænder kan kræve længere slag, men overdreven slag med kontakt på tandflader skaber større mulighed for profilforvrængning.

Sørg for, at formens temperatur er ensartet før udkastning. Et motorgear, der kastes ud, mens navet stadig er væsentligt varmere end tænderne, har meget større risiko for navforvrængning under udkastningen.

Legetøjsbil plastsprøjtestøbeform

I Legetøjsbil plastsprøjtestøbeformdesigns, skifter prioritet til udstødningspålidelighed og cyklustidseffektivitet frem for kosmetisk perfektion på enhver overflade. Legetøjsbilens karosserier og chassiskomponenter skubbes typisk ud med høje cyklusser, og udkastningssystemet skal være robust nok til at fungere pålideligt over millioner af skud uden vedligeholdelsesintensivt-slid.

Nøgleovervejelser omfatter:

Brug hærdede ejektorstifter (H13 eller tilsvarende værktøjsstål, HRC 48–52) frem for standard bløde stålstifter, som slides hurtigt ved høje cyklushastigheder

Design til nem udskiftning af stifter - stifter vil i sidste ende blive slidt eller knækket, og layoutet bør give individuel stift adgang uden større adskillelse

Balanceret udkast på tværs af delen - legetøjsbiler har ofte asymmetrisk geometri (den ene side med hjulåbninger, den anden side relativt flad), og udkastningslayoutet skal kompensere for denne asymmetri med stiftplacering, der stadig opnår en balanceret kraftfordeling

Trækvinkel - den lille tilspidsning, der påføres lodrette vægge, så de adskilles fra formkernen og hulrummet under udkastningen - er lige så vigtig som selve udkastningssystemets design. Utilstrækkeligt træk er en af ​​de mest almindelige årsager til, at dele sætter sig fast i formen, og det kan ikke kompenseres fuldt ud ved at tilføje mere udstødningskraft.

Standard retningslinjer for trækvinkel:

Disse er minimumsværdier - mere udkast er altid bedre fra et udkastningssynspunkt inden for begrænsningerne af delens funktionelle geometri. Teksturerede overflader har brug for betydeligt mere træk end glatte, fordi teksturen fysisk går i indgreb med formoverfladen. Dele, der ser ud som om de har tilstrækkeligt træk på glatte prototyper, hænger ofte fast, når produktionsteksturen påføres - et almindeligt og undgåligt problem.

ForMouse Shell Injection Molddesigns med fine overfladeteksturer, skal trækvinklen på teksturerede flader bekræftes, før teksturen påføres formen. Ændring af trækvinklen efter teksturering kræver om-bearbejdning af stålet og gen-anvendelse af teksturen -, hvilket er et dyrt omarbejde.

Den kraft, der kræves for at skubbe en del ud, afhænger primært af:

Det projicerede område af alle overflader i kontakt med støbeformens kerne og hulrumsvægge

Friktionskoefficienten mellem delmaterialet og formoverfladen

Formtemperaturen på tidspunktet for udkastning

En forenklet estimeringsformel, der anvendes bredt i industrien:

Udstødningskraft (N)=Projekteret kontaktareal (cm²) × Krympegrebstryk (MPa) × Friktionskoefficient

Gribetrykket varierer efter materiale: ca. 5–15 MPa for PP, 10–20 MPa for ABS, 15–25 MPa for POM og 20–35 MPa for PC. Friktionskoefficienter afhænger af overfladefinish og formbelægning.

Den praktiske anvendelse af denne beregning er ikke at få et præcist tal, men at forstå, hvordan udstødningskraften skalerer med geometri - og at sikre, at den samlede udstødningskraft er fordelt over tilstrækkeligt kontaktareal til at forblive under det lokale tryk, der ville deformere delen.

Hvis den estimerede udstødningskraft divideret med antallet af udstødningsstifter frembringer et kontakttryk over materialets flydespænding ved udstødningstemperatur (typisk 30–60 % af flydespændingen ved stuetemperatur), er der behov for flere tappe eller et større kontaktareal.

Et studie iPolymerteknik og videnskab(2021) fandt, at ukorrekt udstødningskraftfordeling var ansvarlig for ca. 22 % af de dimensionelle afvisninger i produktion af tynde-væggede forbrugerelektronikhuse -, en betydelig andel, der udelukkende kan tilskrives udstødningssystemdesign snarere end materiale- eller procesvariable.

Forskning iInternational Journal of Plastic Technology(2020) dokumenterede, at omfordeling af udstødningskontakt fra koncentrerede pin-arrays til distribuerede stripperperimetre reducerede udstødningsrelateret deldeformation med 58 % i tynde-skaldele.

Udgivet arbejde om udkastsvinkeleffekter (Journal of Injection Molding Technology, 2019) bekræftede, at dele, der blev kastet ud med trækvinkler under det anbefalede minimum for deres teksturniveau, viste klæbe- og trækmærker ved hastigheder 4-7 gange højere end dele med passende træk - uanset andre formdesignparametre.

En forbrugerelektronikproducent i Sydøstasien var ved at producere et trådløst musehus i ABS. Formen var designet med seks ejektorstifter på indersiden af ​​skallen for enkelhedens skyld. Under produktionskvalifikationen dukkede to vedvarende problemer op:

For det første producerede de seks udkasterstifter synlige fordybninger på den indvendige overflade, der forstyrrede, at PCB-monteringsbeslaget sad korrekt -, beslaget skulle tvinges over mærkerne, hvilket skabte problemer med monteringsprocessen. For det andet var det ene hjørne af skallen konsekvent let skævt - som følge af, at udkastningskraften var ujævnt fordelt, med den nærmeste stift 45 mm væk fra hjørneområdet.

Sunhingstones redesignede udstødningssystemet i samarbejde med formproducenten: de seks store stifter blev erstattet med tolv mindre stifter fordelt mere jævnt over den indre ribbestruktur, og en delvis strippering blev tilføjet ved skallens nedre omkreds. Hjørneområdet, der tidligere manglede udstødningsstøtte, modtog to yderligere stifter placeret i en ribbeskrydsning.

Resultater efter ændringen af ​​udstødningssystemet:

Fordybningens dybde på den indvendige overflade reduceret fra 0,15 mm til 0,03 mm - under tærsklen for samlingsafstand, hvilket eliminerer problemet med beslagssæder

Hjørnevridning eliminerede - det tidligere berørte hjørne, nu målt inden for 0,05 mm af nominel på tværs af 500 dele målt i kvalifikation

Produktionsafvisningsprocenten på kosmetiske og dimensionelle grunde faldt fra 3,8 % til 0,6 %

Omkostningerne til modifikation af formen blev inddrevet inden for seks uger efter produktion baseret på reduceret skrot og efterbearbejdning alene.

Beslutninger om design af udkastningssystem er håndterbare på designstadiet og dyre at ændre, efter at formen er bygget. Identifikation af de kosmetiske begrænsninger, kortlægning af grebskræfterne, valg af den rigtige mekanisme for hver region og bekræftelse af tilstrækkelig træk før teksturering - af disse trin, udført korrekt i begyndelsen, forhindrer skrot-, efterbearbejdnings- og formmodifikationsomkostninger, der er et resultat af at løse udstødningsproblemer i produktionen.

Hos Sunhingstones behandler vi udstødningsdesign som en primær formteknisk overvejelse fra den første designgennemgang - ikke en detalje, der skal løses, efter at hulrumsgeometrien er færdiggjort. Uanset om applikationen er en præcisionsmuseskalsprøjtestøbeform, en gearkomponentform eller legetøjskomponenter med stor-volumen, gennemarbejder vi udkastningslayoutet systematisk, før designet frigives til bearbejdning.

Kontakt nu

Rosato, DV og Rosato, MG Sprøjtestøbningshåndbog, 3. udgave. Springer, 2000. [Grundlæggende reference for udstødningssystemdesignprincipper]

Menges, G. et al. Sådan laver du sprøjtestøbeforme, 3. udgave. Hanser, 2001.

Chen, WC et al. "Estimering af udkastningskraft og optimering for sprøjtestøbte plastdele." Polymer Engineering and Science, bind. 61, udgave 4, 2021.

Lin, CY og Cheng, CH "Effekt af ejektorstiftlayout på dimensionsnøjagtighed i tynd-væggede sprøjtestøbning." International Journal of Plastic Technology, bind . 24, udgave 2, 2020.

Brydson, JA Plastics Materials, 7. udgave. Butterworth-Heinemann, 1999. [Materialeegenskaber til estimering af udstødningskraft]

Skomager, J. Moldflow Design Guide. Hanser, 2006.

Pouzada, AS et al. "Trækvinkelpåvirkning på udkastningskræfter og delkvalitet i sprøjtestøbning." Journal of Injection Molding Technology, Vol. 12, 2019.