W tym przewodniku omówiono podstawowe zagadnienia, które powinni znać projektanci, inżynierowie i producenci. Od podstaw dotyczących grubości ścianek po kwestie związane z konkretnymi materiałami.
W tym kompleksowym przewodniku omówiono znaczenie prawidłowej grubości ścianek w procesie formowania wtryskowego. Przedstawiono najlepsze praktyki, typowe wyzwania i rozwiązania umożliwiające optymalizację produkcji części.
Czym jest grubość ścianki w formowaniu wtryskowym?
Grubość ścianki jest krytycznym czynnikiem projektowym w procesie formowania wtryskowego. Oznacza ona grubość przekroju poprzecznego formowanego elementu z tworzywa sztucznego.
Jest to jeden z najważniejszych aspektów projektowania metodą formowania wtryskowego, ponieważ ma on znaczący wpływ na możliwość produkcji, koszt, jakość i wydajność gotowego elementu.
Co wpływa na grubość ścianki
Na grubość ścianek tworzyw sztucznych formowanych wtryskowo oraz strukturę części wpływają dwa kluczowe czynniki.
- Rozmiar i kształt – Większe części zazwyczaj wymagają grubszych ścianek dla zachowania integralności strukturalnej, podczas gdy mniejsze części mogą mieć cieńsze ścianki. Złożone kształty mogą wymagać zmiennej grubości.
- tworzywo sztuczne – – Różne tworzywa sztuczne charakteryzują się różnymi właściwościami płynięcia i szybkością chłodzenia. Materiały o niższej lepkości lub wyższej szybkości płynięcia stopu można zazwyczaj stosować z cieńszymi ściankami.
Poniżej znajduje się tabela, która pomoże Ci sprawdzić optymalną grubość ścianki dla różnych materiałów:
| Materiał | Zalecany zakres grubości ścianki |
| ABS | 0.045 – 0.140 cali (1.14 – 3.56 mm) |
| acetal (POM) | 0.030 – 0.120 cali (0.76 – 3.05 mm) |
| Akrylowy (PMMA) | 0.025 – 0.500 cali (0.64 – 12.7 mm) |
| Nylon (PA) | 0.030 – 0.115 cali (0.76 – 2.92 mm) |
| Poliwęglan (PC) | 0.040 – 0.150 cali (1.02 – 3.81 mm) |
| Polietylen (PE) | 0.030 – 0.200 cali (0.76 – 5.08 mm) |
| Polipropylen (PP) | 0.025 – 0.150 cali (0.64 – 3.81 mm) |
| Polistyren (PS) | 0.035 – 0.150 cali (0.89 – 3.81 mm) |
Jakie są problemy z grubością ścianek?
Nieprawidłowa grubość ścianki w przypadku formowania wtryskowego może prowadzić do szeregu wad w produkcie końcowym:
| Wada | Spowodować | Wynik |
| Warpage | Nierówna grubość ścianki | Różne szybkości chłodzenia prowadzą do naprężeń wewnętrznych, powodujących odkształcenia lub skręcanie. |
| Znaki zlewu | Grubsze sekcje | Powolne chłodzenie powoduje, że powierzchnia zapada się do wewnątrz, tworząc małe zagłębienia |
| Linie przepływu | Zmiany grubości ścianki | Różne szybkości przepływu stopionego plastiku powodują widoczne smugi lub linie na powierzchni |
| Krótkie strzały | Przejścia od cienkich do grubych | Przedwczesne schłodzenie uniemożliwia całkowite wypełnienie grubszych obszarów |
| Puste przestrzenie | Grube sekcje | Uwięzienie powietrza lub kieszenie próżniowe tworzą wewnętrzne puste przestrzenie |
| Natryskiwanie | Zbyt cienkie ściany | Szybki przepływ tworzywa sztucznego powoduje powstawanie na powierzchni części wzorów przypominających węże |
| Słabość strukturalna | Nierównomierna grubość ścianki | Osłabia wytrzymałość i integralność części |
| Niedokładności wymiarowe | Różnice w grubości | Nierównomierne chłodzenie powoduje, że części nie spełniają określonych wymiarów |
| Zwiększone napięcie wewnętrzne | Różne grubości ścianek | Różne szybkości chłodzenia powodują większe naprężenia wewnętrzne |
| Wady powierzchni | Niewłaściwa grubość ścianki | Powoduje niedoskonałości powierzchni, takie jak zmarszczki lub falistość |
Zagadnienia projektowe mające na celu uzyskanie jednorodnej grubości ścianek
Analiza projektowania pod kątem możliwości produkcji (DFM) pomaga określić optymalną, jednorodną grubość w celu zminimalizowania naprężeń wewnętrznych i poprawy spójności.
Wykorzystanie kątów pochylenia w celu poprawy wypełnienia formy
Kąty pochylenia są integralną częścią projektowania elementów formowanych wtryskowo, ułatwiając wyjmowanie gotowego elementu z formy. Uwzględnienie kąta pochylenia to nie tylko dobra praktyka; ma on kluczowe znaczenie dla uzyskania jednolitej grubości ścianek.
Zalecany zewnętrzny kąt pochylenia wynoszący 0.5–1.5 stopnia i wewnętrzny kąt pochylenia wynoszący 0.5 stopnia może znacznie usprawnić proces wypełniania formy.
Te niewielkie kąty pozwalają na bardziej płynny przepływ materiału i zapobiegają powstawaniu nierównomiernej grubości ścianek, która często jest przyczyną różnych wad w danej części.
Rozwiązywanie problemów z naprężeniami wewnętrznymi spowodowanymi nierównomierną grubością ścianek
Różnice w grubości ścianek mogą prowadzić do naprężeń wewnętrznych w elemencie podczas jego chłodzenia i krzepnięcia. Elementy o grubszych ściankach stygną wolniej, co powoduje nierównomierne tempo skurczu, które może powodować odkształcenie lub deformację elementu.
Aby równomiernie rozłożyć naprężenia i zapobiec potencjalnym problemom z jakością, niezwykle ważne jest zachowanie jednakowej grubości całego elementu.
Projektując części, należy wziąć pod uwagę obszary o największym ryzyku i stosować ścianki o stałej grubości, aby ograniczyć powstawanie naprężeń wewnętrznych.
Zalecana grubość – minimalna
Minimalna grubość ścianki zależy od konkretnego rodzaju tworzywa sztucznego oraz rozmiaru/złożoności części.
Ogólnie:
W przypadku małych części i wydajnej produkcji wielkoseryjnej zalecana jest minimalna grubość ścianki wynosząca 0.025–0.030 cala (0.64–0.76 mm).
W przypadku większych części zaleca się grubość co najmniej 0.040–0.050 cala (1.0–1.3 mm).
Praktyczna minimalna grubość ścianki w przypadku konwencjonalnego formowania wtryskowego wynosi od 0.76 do 1.0 mm (0.030–0.040 cala).
Niektóre wyspecjalizowane metody formowania cienkościennego umożliwiają uzyskanie ścianek o grubości nawet 0.010 cala (0.25 mm), ale wymaga to wysokiego ciśnienia i ogranicza wielkość części.
Zalecana grubość – maksymalna
W procesie formowania wtryskowego należy w miarę możliwości unikać stosowania ścianek o zbyt dużej grubości, ponieważ może to prowadzić do wad i nieefektywności.
Ogólne wytyczne są następujące:
Większość części formowanych wtryskowo ma maksymalną grubość ścianki wynoszącą 3.2–6.4 mm (0.125–0.250 cala).
Ściany o grubości większej niż 6.4 mm (0.250 cala) są bardziej narażone na powstawanie zapadnięć, pustych przestrzeni, naprężeń szczątkowych i odkształceń.
W niektórych specjalistycznych zastosowaniach możliwa jest grubość ścianki do 4.5 cala (114 mm), ale wymaga to bardzo długich cykli obróbki.
Aby zapewnić wydajność i jakość, w przypadku większości części zaleca się stosowanie maksymalnej grubości ścianki wynoszącej 3.2–4.0 mm (0.125–0.160 cala).
Jak rozwiązać problemy z grubością ścianek w elementach formowanych
Postępowanie z grubymi przekrojami ścianek w elementach formowanych wtryskowo
Aby temu zaradzić, zaleca się utrzymanie grubości ścianki, która umożliwia szybkie chłodzenie, a jednocześnie zapewnia wystarczającą wytrzymałość. Na przykład, w przypadku materiału PA6 o grubości 8 mm, całkowity cykl formowania wtryskowego wynosi około 93 sekund, a chłodzenie około 70 sekund.
Aby przezwyciężyć problem wydłużonych cykli produkcyjnych spowodowanych grubszymi ściankami, korzystne może okazać się zastosowanie techniki zwanej rdzeniowaniem. Polega ona na tworzeniu pustych sekcji w grubej ściance bez uszczerbku dla integralności i wytrzymałości elementu.
Jak radzić sobie z cienkimi ścianami bez naruszania integralności części
Zaleca się, aby konstruktorzy produktów projektowali części o minimalnej grubości ścianek, bez naruszania integralności części.
Aby zapobiec powstawaniu wad, przy projektowaniu cieńszych ścianek należy dokładnie zrozumieć właściwości przepływu materiału.
Czynniki takie jak ciśnienie wtrysku, temperatura formy i uwzględnienie elementów konstrukcyjnych, takich jak żebra lub wzmocnienia, mogą pomóc w podtrzymywaniu elementów o cienkich ściankach, zwiększając ich podatność na formowanie i redukując ryzyko odkształceń, zapadnięć lub powstawania pęcherzyków.
