Проектиране на здрава пластмасова част, която може да бъде последователно и рентабилно произведена - процес, известен като Дизайн за производителност (DFM)— изисква холистичен поглед, който интегрира науката за материалите, инструментална екипировка, и производствени ограничения. Успешният DFM се фокусира върху изпълнението на функционалното предназначение на частта, като същевременно проактивно елиминира рисковете, свързани с материални дефекти, структурни слабости, и сложни цикли на формоване.
Ето едно задълбочено изследване на осем основни фактора, които трябва да имате предвид, за да осигурите успешен производствен процес.
Дизайн на пластмасови части за технологичност
1. Материални съображения
Изборът на смола е може би най-въздействащото решение в дизайна на пластмасови части. Простото избиране на позната оценка е недостатъчно; материалът трябва да бъде оптимизиран за крайната среда и производствения процес.
| Разглеждане | Детайл за технологичност |
| температура | Определете температурата на топлинна деформация (HDT) и точка на омекване по Вика. Висок термичен стрес (напр., продължително излагане или бързи температурни промени) изисква материали с висока термична стабилност, за да се предотврати омекване или повреда при пълзене. |
| Химическа устойчивост | Оценете потенциалния контакт с разтворители, масла, и почистващи препарати. Химическата несъвместимост може да доведе до напукване под напрежение, подуване, или деградация, компрометиране на дългосрочната цялост на частта. |
| Одобрения от агенции | Проверете съответствието със специфични регулаторни стандарти (напр., UL оценки за запалимост, Стандарти на FDA/ISO за медицински или хранителни контакти). Несъответствието изисква по-късно скъпи материални промени. |
| Сглобяване | Материалът трябва да е съвместим с методи за сглобяване като ултразвуково заваряване, свързване с разтворител, функции за щракване, или механични крепежни елементи. Ниско триене материали като ацетал (POM) са предпочитани за движещи се части. |
| Завършете | Присъщите свойства на смолата и консистенцията на цвета трябва да отговарят на козметичните изисквания (напр., ниво на гланц, текстурни стандарти като MT или SPI покрития) като отлят, минимизиране на вторичните операции. |
| цена & Наличност | Отвъд цената на смолата, вземете предвид въздействието на материала върху Време за цикъл (по-бавно охлаждащите се материали увеличават разходите). Уверете се, че необходимият обем е постоянно наличен от доставчиците, за да намалите риска по веригата на доставки. |
2. Радиусни и ъглови преходи
Острите вътрешни ъгли са основни места за структурна повреда поради концентрация на стрес. Когато се приложи натоварване, силата е фокусирана върху върха на остър ъгъл, което води до преждевременно напукване.
Вътрешен радиус (Филета): Радиусите трябва да бъдат включени във всички вътрешни ъгли. Вътрешният радиус $(Р)$ в идеалния случай трябва да бъде равно на или по-голямо от $50\%$ от номиналната дебелина на стената $(Т)$ за минимизиране на стреса, т.е., $R \ge 0.5T$.
Правило за дебелина на ъглите: За да избегнете образуването на дебели, склонни към охлаждане зони в ъглите, дебелината на ъгъла трябва да се поддържа в тесен диапазон. Обща насока е да запазите получената дебелина на ъгъла между тях $0.9 \пъти T$ и $1.2 \пъти T$ от номиналната дебелина на стената. Това осигурява равномерно охлаждане.
3. Консистенция на дебелината на стената
Поддържането на еднаква дебелина на стената по цялата част е най-критичното правило в DFM. Непостоянната дебелина води до множество дефекти по време на формоването:
Непоследователен поток: Разтопената пластмаса следва пътя на най-малкото съпротивление. Ако дебел участък предхожда тънък участък, по-дебелата област може да се запълни първа, причиняване срязващо нагряване в тънката област или не успява да я запълни напълно (къси кадри).
Несъответствие в скоростта на охлаждане: По-дебелите зони изискват значително повече време за охлаждане от по-тънките. Това несъответствие във времето за охлаждане създава топлинно напрежение между секциите.
Дефекти: Неравномерното охлаждане причинява различно свиване, което се проявява като:
Марки от мивка: Вдлъбнатина на повърхността срещу дебел участък, дължаща се на издърпване на материала навътре, докато ядрото се охлажда.
Празнини: Затворен газ или вакуумни мехурчета дълбоко в дебел участък.
Изкривяване: Изкривяване на детайла, тъй като вътрешните напрежения се освобождават при изхвърляне.
4. Местоположение на вратата
Портата - малкият отвор, свързващ системата на плъзгача с кухината на частта - е мястото, където произтичат предаването на налягане и контролът на потока на материала. Неговото разположение диктува модела на пълнене и крайното качество.
Идеално разположение: Портите в идеалния случай трябва да бъдат поставени на най-дебелия участък на частта, за да се гарантира, че материалът може да бъде опакован ефективно в по-тънките секции надолу по веригата.
Естетика: Местоположението на портата също определя местоположението на следа от порта (следата, останала при отстраняване на плъзгача). Поставянето трябва да минимизира козметичното въздействие.
Видове порти: Различни типове вентили контролират потока и срязването:
Pin Gates: Използва се за форми с множество кухини; предлагат автоматично намаляване, но създават високо срязване.
Подводни врати: Позволете автоматично деактивиране под повърхността на детайла; изискват малък радиус в областта на вратата.
Горещ съвет Гейтс: Използва се в системи с горещ канал; предлагат ефективно пълнене и минимални отпадъци.
5. Чернова
Напрежението е основната конусност, приложена към вертикалните стени на пластмасова част, за да се улесни освобождаването й от сърцевината на формата или кухината.
Механизъм: Без течение, триенето между втвърдената част и повърхността на формата, комбиниран с вакуума, създаден при разделянето, може да предотврати изхвърлянето или да причини белези от влачене.
Стандартно изискване: A minimum draft angle of $1^\circ$ да се $2^\circ$ is typically required for smooth vertical walls.
Текстурирани повърхности: Ако повърхността на формата има текстура (which creates more friction), the draft angle must be increased, often to $3^\circ$ or $5^\circ$ per side, depending on the depth of the texture.
Ejection Failure: Insufficient draft can result in excessive stress on the ejector pins, leading to pin push marks or damaging the mold steel.
6. Включване на ребра
Ребрата са тънки, wall-like projections used to increase the bending stiffness and structural strength of a plastic part without substantially increasing the overall wall mass, thereby maintaining a shorter cycle time.
Reinforcement: Ribs effectively channel stresses and prevent flexing in parts designed with minimal nominal wall thickness.
Sink Mark Prevention: The thickness of the rib must be carefully managed to prevent the formation of sink marks on the opposite, visible surface of the part.
Rib-to-Wall Ratio: To avoid creating a hot spot that cools slowly and pulls the surface inward, the rib thickness should be limited to between $50\%$ и $70\%$ (commonly $60\%$) of the adjoining nominal wall thickness $(Т)$. If a thicker rib is required for strength, the designer must core out the base material to reduce the mass and promote uniform cooling.
7. Свиване на мухъл
All plastics shrink as they cool from the melt temperature to the ambient temperature. This volumetric reduction must be accounted for in the mold design, not the part design itself.
Crystalline vs. Аморфен:
Crystalline/Semi-Crystalline Materials (напр., ПП, PE): Exhibit higher and more variable shrinkage (до $20\%$ by volume). They are prone to anisotropic shrinkage (shrinking more in the direction of flow).
Amorphous Materials (напр., коремни мускули, PS): Exhibit lower and more predictable shrinkage (isotropic).
Shrinkage Compensation Strategies:
Tool Design Adjustment: The most common solution is applying a shrinkage allowance factor when machining the mold cavity.
Processing Optimization: Adjusting the packing pressure и hold time allows more material to be crammed into the cavity, compensating for shrinkage and minimizing voids.
Formulation Adjustment: Adding fillers (such as glass fibers or minerals) can significantly reduce the material’s thermal shrinkage rate.
8. Специални функции (Подрязвания и странични действия)
Features that prohibit the part from being stripped perpendicular to the mold’s opening direction are known as undercuts (напр., side holes, latching features, and external threads). They require moving mold components.
Requirement for Side Actions: When an undercut exists, side actions (also called slides, moving cores, or hydraulic pulls) must be integrated into the tooling.
Механизъм: Side actions move in a direction lateral to the mold opening axis. They form the undercut feature and must retract before the mold begins to separate, clearing the interference.
Cost and Complexity: Incorporating side actions adds substantial cost, as they require dedicated hydraulic or mechanical activation, precision guiding components, and increase mold maintenance and setup complexity. Working closely with an experienced molder is vital to determine if the cost of the side action is justified by the functional necessity of the feature.
Заключение
A successful plastic injection molding project is forged in the design phase. By rigorously applying these eight DFM factors—from selecting the optimal resin based on thermal and chemical demands to correctly managing thickness transitions, radius, and draft—designers can mitigate common production risks. Partnering with a knowledgeable plastics engineer ensures that the functional requirements of the part are met while simultaneously achieving the highest possible quality at the lowest manufacturing cost, accelerating the product’s journey to market. Свържете се с нас за повече информация.
