Руководство по проектированию литьевых форм: Избегайте острых углов.

В своей предыдущей статье я затронул следующую тему: Защелкивающееся соединение и толщина стенки детали— два наиболее важных параметра в проектировании изделий, изготовленных методом литья под давлением. В этой статье я рассмотрю распространенную, но часто упускаемую из виду проблему острых углов в пластиковых деталях.

Независимо от того, работаете ли вы с производители деталей из пластмассы, изготовленных методом литья под давлениемПри разработке нового продукта или усовершенствовании существующей конструкции понимание того, как работать с острыми углами, имеет решающее значение для производства деталей, которые не имеют визуальных дефектов и обладают прочной конструкцией.

Почему острые углы создают проблемы при литье под давлением

При проектировании пластиковых деталей конструкторам следует избегать острых углов как на внутренних, так и на внешних поверхностях. Острые углы являются причиной двух основных производственных и конструктивных проблем, которые снижают качество деталей и срок их службы.

Затруднение потока: Расплавленный пластик не может плавно обтекать острые углы во время литья под давлением. Это неравномерное течение материала часто приводит к производственным дефектам, включая неполное заполнение, следы пригорания на поверхности и полосы растекания на готовых деталях.

Концентрация напряжений: острые углы являются структурными слабыми местами в пластиковых деталях. При воздействии ударной силы или повторяющихся усталостных нагрузок вероятность образования трещин или разрушения конструкции в этих угловых местах значительно возрастает.

Решение этих проблем простое: придать всем острым углам закругленные радиусы скругления. Для изделий из пластмассы, изготовленных методом литья под давлением, обработка скруглениями не является дополнительной опцией в конструкции. Напротив, это фундаментальный стандарт проектирования, гарантирующий стабильное качество производства и долговременную прочность деталей.

Напоминание о 3D-проектировании и оснастке: Пресс-формы для литья под давлением изготавливаются непосредственно на основе 3D-файлов CAD-проектирования. Все острые углы, сохраненные в цифровой модели, будут полностью воспроизведены на готовой пресс-форме. Инженерам-конструкторам крайне важно завершить оптимизацию скруглений в 3D-моделях до начала изготовления пресс-форм, чтобы избежать дефектов оснастки и некачественной готовой продукции.

Избегайте острых углов на внешней поверхности детали (за исключением линий разъема).

Как правило, все внешние кромки пластиковой детали следует закруглять с соответствующим радиусом.

Однако есть одно важное исключение: разделительная линияДобавление радиуса на линии разъема усложняет конструкцию пресс-формы, увеличивает стоимость оснастки и может создавать видимый выступ (несоответствие) на поверхности детали, что негативно сказывается на внешнем виде. На линии разъема На самом деле предпочтительнее острый (90°) угол..

Кроме того, если вокруг литниковой и разъемной линий добавить плоскую площадку толщиной приблизительно 1,5 мм, то остатки заусенцев и литниковых каналов можно удалить гораздо чище в процессе постобработки — без повреждения геометрии окружающей детали.

Избегайте острых углов в направлении потока расплава.

Острые углы, обращенные в направлении потока расплава, особенно негативно влияют на качество детали. По мере того, как расплавленный пластик протекает через полость, любой острый угол, с которым он сталкивается, может вызвать:

• Воздушные ловушки (улавливаемые газы)— что приводит к появлению следов пригорания и поверхностных пустот на готовом изделии.
• Локализованный перегрев— вызывая разрушение пластика и изменение цвета в остром углу.
• Остаточное внутреннее напряжение— снижение прочности и стабильности размеров детали в долгосрочной перспективе.

Благодаря преобразованию острых углов в плавные радиусы или конические переходы, выровненные по направлению потока, расплавленный пластик перемещается по полости с минимальным сопротивлением, что позволяет получать детали с лучшей чистотой поверхности и меньшим количеством внутренних дефектов. Это критически важный фактор для высококачественное литье под давлениемпроизводство.

Избегайте острых углов на стыках стен.

Концентрация напряжений является одной из основных причин разрушения пластиковых деталей, и чаще всего она возникает в... стыки стен— в местах соединения основной стенки с боковой стенкой, ребром или выступом. Острые внутренние углы в этих местах соединения значительно усиливают локальное напряжение под нагрузкой.

Взаимосвязь между радиусом внутреннего скругления и коэффициентом концентрации напряжений хорошо изучена:

• Когда R При этом напряжение резко возрастает, и деталь становится крайне подвержена растрескиванию.
• Когда R > 0,8ТКонцентрация стресса практически полностью устраняется.

Рекомендуемые значения углов закругления в местах соединения стенок

В качестве практического руководства для проектирование деталей из пластмассы, изготовленных методом литья под давлением:

• Внутренний радиус (R):5Т (минимум 0,3 Тл, максимум 0,8 Тл)
• Внешний радиус (r):5Т (= R + T, при сохранении равномерной толщины стенки)

где Т— номинальная толщина стенки детали.

Такое сочетание обеспечивает равномерную толщину стенки по всей длине соединения, предотвращая образование усадочных раковин, и эффективно снижает концентрацию напряжений.

Осторожность:Не делайте филе слишком большим. Слишком большой радиус увеличивает локальную толщину стенки, что может привести к образованию усадочных раковин на противоположной поверхности.

Скругления также защищают электрод пресс-формы во время электроэрозионной обработки.

Есть еще одна часто упускаемая из виду причина добавлять скругления при проектировании пластиковых деталей: защита самой плесени.

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) — стандартный процесс в производстве пресс-форм, особенно для сложных геометрических форм полостей. При ЭЭО для эрозии стали пресс-формы используется медный или графитовый электрод. Острые углы, кромки и выступающие кончики электрода изнашиваются значительно быстрее, чем плоские или закругленные поверхности во время разряда.

В результате опытные инженеры-конструкторы пресс-форм часто обращаются к конструкторам деталей с просьбой помочь в этом вопросе. добавлять филе заблаговременно— Потому что, если 3D-модель содержит острые углы, цех по изготовлению пресс-форм в любом случае добавит минимальный радиус R0,2. Включение скруглений в конструкцию с самого начала дает конструктору контроль над геометрией и предотвращает непреднамеренные отклонения во время изготовления оснастки.

Рисунок 7: Острые кромки электрода изнашиваются быстрее во время электроэрозионной обработки — скругления в конструкции детали уменьшают износ электрода и продлевают срок службы пресс-формы.

Это деталь, которая отличает опытных дизайнеров и профессионалов. производители деталей из пластмассы, изготовленных методом литья под давлениемот тех, кто относится к разделке рыбы как к чему-то второстепенному.

Практический алгоритм разделки рыбы в 3D-моделировании

Учитывая, что внешние углы, углы, соответствующие направлению потока, и стыки стенок требуют скругления, вывод очевиден: Каждый край пластиковой модели должен быть закруглен.Края линии разъема могут быть удалены инженером-конструктором пресс-формы позже, если это потребуется.

Рекомендуемое начальное значение для филе: R0.5

Для первого этапа скругления углов на новой модели пластиковой детали, R0,5 — это хорошее начальное значение.для большинства кромок. Затем критически важные кромки (например, стыки стен) можно скорректировать в соответствии с правилом 0,5T, а видимые внешние кромки можно обновить до значений, заданных проектировщиком, таких как R1.0 или R2.0.

Последовательность разделки филе

Скругления следует выполнять поэтапно — не пытайтесь скруглить все рёбра за одну операцию. Рекомендуемый рабочий процесс:

Шаг 1 — Сначала критически важные ребра:Нанесите скругления на структурно важные кромки (стыки стенок, основания ребер, корни выступов) с использованием формулы 0,5T.

Шаг 2 — Вторичные ребра:Примените скругления к некритичным внешним кромкам.

Шаг 3 — Оставшиеся ребра:Для обработки оставшейся геометрии, которую не могут обработать скругления рёбер, используйте скругления граней.

Примечание:Используйте скругления граней экономно — ими сложнее управлять, сложнее модифицировать, и при неосторожном применении они могут создавать неожиданную геометрию.

Разделение процесса скругления углов на несколько отдельных операций позволяет редактировать каждый набор углов независимо. Единая комплексная операция скругления углов затрудняет поиск и устранение неисправностей или внесение изменений при внесении изменений в дизайн.

Финальный этап оптимизации

После применения всех скруглений с радиусом R0,5 по умолчанию, проверьте модель на соответствие рекомендациям, изложенным в этой статье, и скорректируйте значения там, где это необходимо:

• Увеличьте скругления в местах соединения стенок до R = 0,5T при T > 1,0 мм.
• Нанесите более крупные, визуально заметные внешние скругления (R1.0, R2.0 и т. д.) на хорошо видимые кромки.
• Убедитесь, что при разделке куска мяса не образуется локально утолщенный участок, который мог бы вызвать усадку.

Следование этому рабочему процессу — одна из самых эффективных привычек, которые может выработать дизайнер. высококачественное литье под давлениемрезультаты — и это ничего не стоит, кроме нескольких минут тщательного моделирования.

Краткое содержание

Правила проектирования	Требование	Причина
Внешние углы	Добавьте радиус; острый угол только по линии разъема.	Упростите форму; избегайте несоответствия на линии разъема.
Направление потока расплава	Устраните острые углы, обращенные к потоку.	Предотвратите образование воздушных ловушк, следов ожогов и стресса.
Соединения стен	R = 0,5 Т (диапазон: 0,3 Т – 0,8 Т)	Сведите к минимуму концентрацию стресса.
Внешний радиус в месте соединения	r = 1,5 Тл	Обеспечивайте равномерную толщину стенок.
Защита электрода пресс-формы	Скругления уменьшают износ электрода при электроэрозионной обработке.	Продлить срок службы пресс-формы и повысить точность.
Процесс разделки рыбы на филе	R0.5 первый проход; регулировка по функции	Сохраняйте возможность редактирования и управления моделью.

Острые углы создают больше проблем, чем большинство людей ожидают. Как только вы поймете, как они влияют на текучесть, прочность и даже на саму форму, добавление скруглений станет привычным делом в любом вашем проекте. В следующей статье я расскажу об этом подробнее. как повысить прочность пластиковых деталей— охватывает проектирование ребер жесткости и методы структурной оптимизации.

Нужна экспертная поддержка для вашего следующего проекта по изготовлению пластиковых компонентов? Инженерная команда LVMA проводит комплексный анализ DFM (проектирование с учетом технологичности) и тесно сотрудничает с ведущими компаниями. производители деталей из пластмассы, изготовленных методом литья под давлениемдоставить высококачественное литье под давлениемРешения — от концепции до первого образца.