Eliminazione dei difetti dello stampaggio a iniezione: come lo spessore delle pareti, la posizione del punto di iniezione e lo spiffero prevengono avvallamenti, deformazioni e deformazioni corte

Un stampatore può regolare temperatura, pressione, velocità di iniezione e tempo di raffreddamento, e uno esperto otterrà risultati notevoli da un pezzo difficile. Ciò che nessuna impostazione di processo può fare è far raffreddare un inserto spesso alla stessa velocità della parete sottile accanto ad esso. Quella è geometria, e la geometria viene decisa molto prima della pressa.

Questa guida copre la prevenzione dei difetti in fase di progettazione: le cinque variabili geometriche che causano la maggior parte dei problemi di stampaggio, la causa di progettazione dietro ogni difetto comune, le regole per nervature e inserti, dove la progettazione non può realmente risolvere il problema e una checklist di revisione da eseguire prima di rilasciare un pezzo per la produzione di stampi. Per correggere i difetti su uno stampo già in funzione, la nostra guida alla correzione dei difetti di stampaggio alla pressa copre il lato del processo.

La maggior parte dei difetti di stampaggio sono prima decisioni di progettazione

Ritiiri, deformazioni, vuoti e linee di saldatura sono solitamente descritti come problemi di processo perché è lì che vengono scoperti. In pratica, sono tipicamente il risultato visibile di una decisione geometrica: una parete che cambia spessore bruscamente, un inserto più spesso della parete su cui poggia, un punto di iniezione posizionato dove il flusso deve viaggiare da sottile a spesso, o un angolo senza raggio. La regolazione del processo può ridurre la gravità di questi, e raramente li elimina.

Questo è importante commercialmente perché le correzioni di progettazione sono quasi gratuite prima della produzione di stampi e costose dopo. Una modifica dello spessore della parete in CAD costa un pomeriggio. La stessa modifica dopo che l'acciaio temprato è stato tagliato significa saldatura e ri-lavorazione.

Le cinque variabili di progettazione che causano la maggior parte dei difetti

1. Spessore uniforme della parete

Questa è la regola di maggior leva nella progettazione dei pezzi e quella più frequentemente violata. Le sezioni spesse si raffreddano più lentamente di quelle sottili. Poiché la regione spessa si raffredda per ultima e si restringe, tira materiale dalla superficie, producendo un ritiro, o forma un vuoto interno se la pelle si è già solidificata. Dove le sezioni spesse e sottili si raffreddano a velocità diverse nella stessa parte, il restringimento differenziale deforma l'intera parte.

Mantenere lo spessore nominale costante in tutta la parte ove possibile. Dove un design necessita realmente di massa in una regione, l'approccio corretto è solitamente quello di svuotare la sezione spessa piuttosto che lasciarla piena, in modo che la parete rimanga uniforme e la resistenza provenga dalla geometria invece che dalla massa.

2. Transizioni di spessore della parete

Dove lo spessore deve cambiare, il cambiamento dovrebbe essere graduale piuttosto che brusco. Un gradino nello spessore della parete crea un cambiamento improvviso nella velocità di raffreddamento e una concentrazione di stress nella transizione, che si manifesta come ritiro sulla superficie esterna e come fattore di deformazione nella parte. La fusione della transizione su una distanza piuttosto che a gradini rimuove la maggior parte dell'effetto.

3. Posizione del punto di iniezione

Il punto di iniezione determina la direzione in cui la plastica scorre attraverso la cavità, e la direzione del flusso determina dove si formano le linee di saldatura, dove la parte si riempie per ultima e quanto efficacemente la pressione di mantenimento può riempire le regioni spesse. Il flusso dovrebbe viaggiare dalle sezioni spesse verso quelle sottili, perché un punto di iniezione che alimenta prima una regione sottile lascia la regione spessa incapace di ricevere pressione di mantenimento, il che garantisce ritiiri e vuoti lì.

La posizione del punto di iniezione decide anche dove appaiono le evidenze estetiche. Ogni punto di iniezione lascia una traccia, quindi la posizione dovrebbe essere su una superficie non estetica ove possibile. Le linee di saldatura si formano dove due fronti di flusso si incontrano, tipicamente dietro fori e attorno a inserti, e sono sia un segno estetico che un vero punto debole. La progettazione non può eliminare le linee di saldatura su una parte con fori, ma la progettazione più il posizionamento del punto di iniezione decide se atterrano in un punto strutturalmente non importante.

4. Sformo

Lo sformo è la conicità applicata alle pareti nella direzione in cui si apre lo stampo, in modo che il pezzo si rilasci senza trascinamento. Senza uno sformo sufficiente, l'espulsione raschia la superficie, lasciando segni di trascinamento e, nei casi peggiori, stressa o distorce il pezzo durante il rilascio.

I requisiti di sformo aumentano con la profondità e con la tessitura superficiale. Una caratteristica profonda necessita di più conicità di una bassa, e una superficie tessuta necessita considerevolmente di più di una liscia, perché la tessitura stessa agisce come un sottosquadro. Applicare lo sformo tardi nella progettazione è dirompente perché cambia le dimensioni di accoppiamento, quindi è meglio applicarlo fin dall'inizio.

5. Raggi d'angolo

Gli angoli interni acuti causano tre problemi distinti. Concentrano lo stress, che è dove le parti si rompono in uso. Disturbano il flusso, producendo un'area che si riempie in modo non uniforme. E nell'acciaio forzano o una fresa speciale o un lavoro EDM, il che aumenta il costo dello stampo.

Generosi raggi interni risolvono tutti e tre contemporaneamente. Un raggio d'angolo che mantiene lo spessore della parete attraverso l'angolo approssimativamente uguale alle pareti adiacenti previene il punto spesso locale che un angolo mal proporzionato crea.

Difetto per difetto: la causa di progettazione e la soluzione di progettazione

L'ultima colonna è quella praticamente utile. Dove la causa di progettazione domina, la regolazione delle impostazioni di processo offre un miglioramento temporaneo consumando tempo di produzione, e il difetto ritorna quando le condizioni si discostano. Dove la causa di processo domina, cambiare la geometria è un modo costoso per risolvere qualcosa che un'impostazione della macchina gestisce.

Regole di progettazione per nervature, inserti e rinforzi

Le nervature e gli inserti sono la fonte più comune di ritiiri auto-inflitti, perché entrambi aggiungono massa a una parete che altrimenti sarebbe uniforme.

• Mantenere lo spessore della nervatura una frazione della parete adiacente piuttosto che uguale ad essa. Una nervatura spessa quanto la parete crea una giunzione spessa e un ritiro sulla faccia opposta.
• Aggiungere sformo alle nervature in modo che si rilascino pulitamente, ricordando che una nervatura alta necessita di più conicità di una corta.
• Spaziare adeguatamente le nervature piuttosto che affollarle, poiché le nervature ravvicinate limitano il flusso e complicano il raffreddamento nell'acciaio tra di esse.
• Usare diverse nervature più basse piuttosto che una profonda quando la rigidità è l'obiettivo, poiché la profondità aggiunge difficoltà nel riempimento e nell'espulsione.
• Svuotare gli inserti piuttosto che lasciarli pieni, in modo che lo spessore della parete dell'inserto corrisponda allo spessore nominale.
• Supportare inserti alti con rinforzi piuttosto che aumentando il diametro dell'inserto, il che reintrodurrebbe la sezione spessa.
• Raggiungere la base di ogni nervatura e inserto, il che riduce la concentrazione di stress senza creare una giunzione spessa se le proporzioni sono corrette.

La nostra guida alle linee guida per la progettazione di nervature e rinforzi copre le proporzioni e la spaziatura in dettaglio, incluso come la progettazione delle nervature interagisce con la rigidità effettivamente necessaria al pezzo.

Dove la progettazione non può risolvere

Alcuni problemi non sono veramente geometria, e trattarli come difetti di progettazione spreca tempo.

• Splay e striature superficiali dovute all'umidità in resine igroscopiche come policarbonato e nylon sono un problema di essiccazione alla pressa, non un problema di progettazione.
• Segni di bruciatura nell'ultima area da riempire sono solitamente un problema di ventilazione nello stampo o un problema di velocità di iniezione alla macchina.
• La deriva dimensionale durante una produzione riflette generalmente la variazione del processo o il controllo della temperatura dello stampo piuttosto che la geometria del pezzo.
• Contaminazione e striature di colore sono problemi di manipolazione del materiale.
• Bave su uno stampo che in precedenza funzionava pulito indicano usura dello stampo o forza di chiusura, non una modifica della progettazione.

Esiste anche una categoria in cui il materiale piuttosto che la geometria è il vincolo. Le resine ad alto restringimento si deformano più facilmente e mantengono le tolleranze peggio indipendentemente da quanto attentamente sia progettato il pezzo, motivo per cui materiale e geometria dovrebbero essere decisi insieme. Il nostro confronto dei materiali per lo stampaggio a iniezione copre come il comportamento di restringimento differisce tra le resine comuni e cosa ciò significa per le aspettative di tolleranza.

Una checklist di revisione della progettazione prima del rilascio per la produzione di stampi

Eseguire questa operazione prima che lo stampo venga quotato. Ogni elemento è economico da affrontare in CAD e costoso da affrontare in acciaio.

1. Lo spessore nominale della parete è costante in tutta la parte, e ogni sua deviazione è deliberata e giustificata?
2. Tutte le transizioni di spessore sono fuse piuttosto che a gradini?
3. Le sezioni spesse sono svuotate piuttosto che lasciate piene?
4. Lo spessore della nervatura è proporzionato alla parete adiacente piuttosto che corrispondente ad essa?
5. Gli inserti sono svuotati e supportati da rinforzi piuttosto che da diametro aggiunto?
6. Ogni superficie nella direzione di apertura dello stampo ha uno sformo, con sformo aggiuntivo dove è specificata la tessitura?
7. Gli angoli interni hanno un raggio che mantiene lo spessore della parete approssimativamente costante attraverso l'angolo?
8. È stata concordata una posizione del punto di iniezione, e il flusso scorre da sezioni spesse verso quelle sottili?
9. Dove si formeranno le linee di saldatura, e quella posizione sopporta un carico strutturale o un requisito estetico?
10. Ci sono sottosquadri che richiedono carrelli o estrattori, e il costo aggiuntivo dello stampo è accettato o la caratteristica può essere ridisegnata?
11. La selezione della resina corrisponde alle aspettative di tolleranza sul disegno, dato il suo comportamento di restringimento?
12. Quali superfici sono estetiche, e la linea di divisione è stata tenuta lontana da esse?

Una parte che supera tutti i dodici punti non è garantito che stampi perfettamente, ma rimuove i difetti causati dalla geometria e lascia allo stampatore problemi che il controllo di processo può effettivamente risolvere.

Dimostrare la progettazione prima di impegnare lo stampo

La revisione della progettazione cattura ciò che un revisore sa cercare. La validazione fisica cattura il resto. La costruzione di prototipi prima dell'impegno dello stampo di produzione rivela problemi di adattamento e funzione mentre le modifiche sono ancora economiche, e dove la geometria è incerta, uno stampo a basso volume dimostra la progettazione nel processo reale prima che l'acciaio temprato venga tagliato.

Vale la pena essere chiari su ciò che ogni percorso di validazione dimostra. I prototipi lavorati o stampati verificano l'adattamento, l'assemblaggio e molti requisiti funzionali, ma non riproducono il comportamento di flusso, riempimento e restringimento di una parte stampata. Dove la preoccupazione è il ritiro, la deformazione o la posizione della linea di saldatura, solo un campione stampato risponde, motivo per cui esistono stampi ponte. I nostri servizi di validazione prototipi prima della produzione di stampi coprono entrambi i percorsi.

Elite Mold Tech fornisce feedback sulla progettazione per la produzione durante la quotazione dei suoi servizi di stampaggio a iniezione di plastica , segnalando problemi di spessore della parete, sformo, proporzione delle nervature e posizione del punto di iniezione mentre sono ancora modifiche al disegno. Invia un modello di parte a Elite Mold Tech per una revisione della progettazione prima dell'impegno dello stampo invece di una discussione sui difetti dopo i primi scatti.

Domande frequenti