Całościowy przewodnik po tolerancjach formowania wtryskowego

Tolerancje formowania wtryskowego określają dopuszczalne granice odchyleń wymiarowych formowanych części. Zrozumienie i zarządzanie tymi tolerancjami jest kluczowe dla zapewnienia, że części spełniają specyfikacje projektowe i działają zgodnie z przeznaczeniem.

W tym kompleksowym przewodniku przyjrzymy się czynnikom wpływającym na tolerancje, znaczeniu zachowania precyzyjnych tolerancji oraz strategiom ich optymalizacji w celu uzyskania doskonałych komponentów z tworzyw sztucznych.

Niezależnie od tego, czy jesteś projektantem, inżynierem czy producentem, ten artykuł wyposaży Cię w wiedzę potrzebną do poruszania się po skomplikowanych procesach formowania wtryskowego oraz poprawy jakości i niezawodności Twoich produktów.

Czym są tolerancje formowania wtryskowego?

Tolerancje formowania wtryskowego tworzyw sztucznych są wyrażane jako wartości plus lub minus (±) w milimetrach lub calach, które określają dopuszczalne odchylenie od wymiarów nominalnych części. Są one kluczowe dla zapewnienia prawidłowego dopasowania i działania części, zwłaszcza podczas montażu wielu komponentów.

Istnieją dwa rodzaje tolerancji: tolerancja obróbki I tolerancja żywicy.

Tolerancja obróbki odnosi się do tolerancji wbudowanej w samo narzędzie formy. Zazwyczaj formy wtryskowe są obrabiane CNC z tolerancją +/- 0,003 cala (0,076 mm). Przedstawia dokładność wymiarów gniazda formy.

Tolerancja żywicy odnosi się do tolerancji gotowej formowanej części, na którą wpływają właściwości materiału i proces formowania. Tolerancja żywicy jest zazwyczaj większa lub równa do +/- 0,002 cala na cal (0,051 mm na mm).

Łącznie te dwa typy tolerancji określają ogólną dokładność wymiarową możliwą do uzyskania w przypadku części formowanych wtryskowo.

Rzeczywiste osiągalne tolerancje mogą się różnić w zależności od różnych czynników. Jednak ogólnie rzecz biorąc, w przypadku zastosowań niekrytycznych, typowa tolerancja wynosi ±0,1 mm; w przypadku zastosowań wymagających mniejszych tolerancji (np. części medycznych) ±0,025 lub lepiej.

Dlaczego tolerancje formowania wtryskowego są ważne?

W wielu branżach, np. motoryzacyjnej, lotniczej i sprzętu medycznego, obowiązują surowe wymagania dotyczące bezpieczeństwa i zgodności z przepisami.

Tolerancje określają, czy części będą pasować do siebie prawidłowo podczas montażu i będą działać zgodnie z przeznaczeniem. Nawet niewielkie odchylenia mogą powodować problemy z dopasowaniem, wyrównaniem i wydajnością, szczególnie w przypadku złożonych zespołów.

Co wpływa na tolerancje formowania wtryskowego?

Tolerancje formowania wtryskowego zależą od kilku czynników, które mogą wpływać na dokładność wymiarową i spójność formowanych części. Oto główne czynniki oparte na:

• Kurczenie się: Różne materiały mają różne współczynniki skurczu, które wpływają na zdolność do osiągnięcia ścisłych tolerancji. Materiały krystaliczne mają na ogół wyższe współczynniki skurczu w porównaniu do materiałów amorficznych ze względu na zmiany fazowe podczas chłodzenia. Wpływa to na objętość i wymiary końcowej części.
• Wypaczenie:W miarę jak żywica stygnie w formie, wszystkie części kurczą się. Części o jednolitej grubości ścianek kurczą się równomiernie, co pomaga zapobiegać odkształcaniu i zapadnięciom. Natomiast części o niejednolitej grubości ścianek stygną i kurczą się w różnym tempie, co zwiększa prawdopodobieństwo odkształcania się ze względu na konstrukcję.
• Rozszerzalność cieplna: Tworzywa sztuczne na ogół wykazują wysokie współczynniki rozszerzalności cieplnej, co może powodować zmiany wymiarów przy wahaniach temperatury. Jest to szczególnie istotne, gdy części są używane w środowiskach o wahaniach temperatury lub są łączone z materiałami takimi jak metale.
• Projekt części: Geometria, rozmiar i grubość ścianki części znacząco wpływają na kontrolę tolerancji. Większe części lub te z grubymi sekcjami mogą mieć różne współczynniki kurczenia, co utrudnia utrzymanie ścisłych tolerancji. Jednolita grubość ścianki i strategiczne cechy konstrukcyjne mogą pomóc w zarządzaniu tymi problemami.
• Złożoność części: Złożone części mogą wpływać na przepływ materiału i projekt oprzyrządowania, co wpływa na możliwość utrzymania ścisłych tolerancji. Prawidłowe zarządzanie ciśnieniem wtrysku, lepkością żywicy i czasem napełniania formy jest niezbędne do zapewnienia spójnej jakości części.
• Obróbka: Konstrukcja i materiał formy, a także liczba gniazd, wpływają na możliwość uzyskania pożądanych tolerancji. Stałe chłodzenie i ogrzewanie są kluczowe dla utrzymania ścisłych tolerancji. Narzędzia wielogniazdowe lub rodzinne wymagają starannego projektowania i wsparcia, aby uniknąć błędów spowodowanych zmianami ciśnienia lub temperatury.

Jak zmniejszyć wpływ czynników wpływających na tolerancje formowania wtryskowego

Aby ograniczyć wpływ czynników wpływających na tolerancje formowania wtryskowego, można zastosować kilka strategii:

1. Projektowanie pod kątem wykonalności (DFM):
   1. Wdrażaj praktyki DFM na wczesnym etapie procesu projektowania formy, aby przewidzieć potencjalne odchylenia i uniknąć kosztownych przeprojektowań. Obejmuje to projektowanie części o spójnych grubościach ścianek i odpowiednich kątach pochylenia oraz uwzględnienie rozmieszczenia elementów, takich jak występy i żebra, aby zminimalizować odkształcenia i kurczenie się.
2. Wybór materiału:
   1. Wybierz materiały o odpowiednich współczynnikach skurczu dla danego zastosowania. Weź pod uwagę właściwości rozszerzalności cieplnej i to, jak różne materiały mogą na siebie oddziaływać, zwłaszcza w zespołach wielomateriałowych. Zwiększ wymiary formy, aby uwzględnić skurcz materiału.
3. Rozważania dotyczące narzędzi:
   1. Projektuj formy z precyzyjnym oprzyrządowaniem, aby zapewnić spójne wymiary części z tworzyw sztucznych. Obejmuje to optymalizację lokalizacji wlewów w celu równomiernego przepływu materiału, stosowanie kanałów chłodzących w celu równomiernego chłodzenia i umieszczanie sworzni wyrzutnika w celu zminimalizowania odkształceń i wad powierzchni.
4. Kontrola procesu:
   1. Wdrażaj skuteczne kontrole procesu, aby zarządzać zmiennymi, takimi jak temperatura, ciśnienie i czas chłodzenia. Używaj czujników do monitorowania tych parametrów w czasie rzeczywistym, co pozwala na szybkie dostosowania w celu utrzymania spójnych tolerancji.
5. Szybkie prototypowanie i testowanie:
   1. Wykorzystaj szybkie prototypowanie do testowania i udoskonalania projektów przed pełnoskalową produkcją. Pozwala to na wprowadzanie zmian w projekcie lub procesie w celu poprawy tolerancji i jakości części.

Normy tolerancji formowania wtryskowego

Poniżej znajduje się tabela obrazująca tolerancje wymiarowe w milimetrach (mm):

Materiał	Zakres wymiarów	Tolerancja handlowa	Tolerancja precyzji
ABS	od 1 do 20	±0,100	±0,050
	21 do 100	±0,150	±0,100
	101 do 160	±0,325	±0,100
Mieszanka ABS/PC	od 1 do 20	±0,100	±0,050
	21 do 100	±0,150	±0,100
GPS	od 1 do 20	±0,075	±0,050
	21 do 100	±0,150	±0,080
HDPE	od 1 do 20	±0,125	±0,075
	21 do 100	±0,170	±0,110
LDPE	od 1 do 20	±0,125	±0,075
	21 do 100	±0,170	±0,110
Moduł PPO/PPE	od 1 do 20	±0,100	±0,050
	21 do 100	±0,150	±0,100
ROCZNIE	od 1 do 20	±0,075	±0,030
	21 do 100	±0,160	±0,130
PA 30% GF	od 1 do 20	±0,060	±0,030
	21 do 100	±0,120	±0,100
PBT 30% GF	od 1 do 20	±0,060	±0,030
	21 do 100	±0,120	±0,100
komputer	od 1 do 20	±0,060	±0,030
	21 do 100	±0,120	±0,100
Szkło PC 20%	od 1 do 20	±0,050	±0,030
	21 do 100	±0,100	±0,080
PMMA	od 1 do 20	±0,075	±0,050
	21 do 100	±0,120	±0,070
POM	od 1 do 20	±0,075	±0,030
	21 do 100	±0,160	±0,130
PP, 20% Talk	od 1 do 20	±0,100	±0,050
	21 do 100	±0,120	±0,100
PPO/ŚOI	od 1 do 20	±0,080	±0,050
	21 do 100	±0,100	±0,080
PPS, 30% GF	od 1 do 20	±0,050	±0,050
	21 do 100	±0,080	±0,080
SAN	od 1 do 20	±0,080	±0,050
	21 do 100	±0,100	±0,080

Poniższa tabela przedstawia wizualizację wymiarów Tolerancje koncentryczności/owalności (w mm)

Materiał	Zakres wymiarów	Tolerancja handlowa	Tolerancja precyzji
ABS	do 100	±0,230	±0,130
Mieszanka ABS/PC	do 100	±0,230	±0,130
GPS	do 100	±0,250	±0,150
HDPE	do 100	±0,250	±0,150
LDPE	do 100	±0,250	±0,150
ROCZNIE	do 100	±0,250	±0,150
PA, 30% GF	do 100	±0,150	±0,100
PBT, 30% GF	do 100	±0,150	±0,100
komputer	do 100	±0,130	±0,080
Komputer, 20% GF	do 100	±0,130	±0,080
PMMA	do 100	±0,250	±0,150
POM	do 100	±0,250	±0,150
PP	do 100	±0,250	±0,150
PP, 20% Talk	do 100	±0,250	±0,150
PPO/ŚOI	do 100	±0,230	±0,130
PPS, 30% GF	do 100	±0,130	±0,080
SAN	do 100	±0,230	±0,130

Tolerancje prostoliniowości/płaskości (mm)

Materiał	Rozmiar funkcji	Tolerancja handlowa	Dokładna tolerancja
ABS	0–100 mm	±0,380	±0,250
	101–160 mm	±0,800	±0,500
Mieszanka ABS/PC	0–100 mm	±0,380	±0,250
	101–160 mm	±0,800	±0,500
ROCZNIE	0–100 mm	±0,300	±0,150
	101–160 mm	±0,500	±0,250
PAGF 30%	0–100 mm	±0,150	±0,080
	101–160 mm	±0,200	±0,100
POM	0–100 mm	±0,300	±0,150
	101–160 mm	±0,500	±0,250
PP	0–100 mm	±0,850	±0,500
	101–160 mm	±1,500	±0,850
SAN	0–100 mm	±0,380	±0,250
	101–160 mm	±0,800	±0,500

Tolerancje głębokości otworów nieprzelotowych (mm)

Materiał	Zakres głębokości	Tolerancja handlowa	Dokładna tolerancja
ABS	do 100 mm	±0,200	±0,100
Mieszanka ABS/PC	do 100 mm	±0,200	±0,100
ROCZNIE	do 100 mm	±0,150	±0,080
PAGF 30%	do 100 mm	±0,100	±0,050
POM	do 100 mm	±0,150	±0,080
PP	do 100 mm	±0,250	±0,150
SAN	do 100 mm	±0,200	±0,100

Tolerancje średnicy otworu (mm)

Materiał	Zakres średnic	Tolerancja handlowa	Dokładna tolerancja
ABS	do 100 mm	±0,100	±0,050
Mieszanka ABS/PC	do 100 mm	±0,100	±0,050
ROCZNIE	do 100 mm	±0,080	±0,040
PAGF 30%	do 100 mm	±0,050	±0,025
POM	do 100 mm	±0,080	±0,040
PP	do 100 mm	±0,120	±0,060
SAN	do 100 mm	±0,100	±0,050