หลักการทั่วไปสำหรับการออกแบบชิ้นส่วนพลาสติกฉีดขึ้นรูป

นักออกแบบผลิตภัณฑ์ที่มีประสบการณ์มีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับกระบวนการฉีดขึ้นรูป และพิจารณาปัจจัยหลายประการในการออกแบบชิ้นส่วนพลาสติก บทความนี้มุ่งเน้นไปที่องค์ประกอบสำคัญในการออกแบบชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปด้วยพลาสติก เช่น ความหนาของผนัง มุมของร่าง สัน รู บอส สแน็ป-พอดี พอดีกด และพิกัดความเผื่อ

ความหนาของผนังในการออกแบบชิ้นส่วนพลาสติก

การกำหนดความหนาของผนังที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ คุณสมบัติอื่นๆ เช่น โครงและรัศมี สัมพันธ์กับความหนาของผนัง ความหนาของผนังของผลิตภัณฑ์พลาสติกขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ รวมถึงแรงภายนอกที่ต้องทน การรองรับส่วนประกอบอื่นๆ คุณสมบัติของวัสดุพลาสติก น้ำหนัก ประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ความแม่นยำของมิติ ความเสถียร และข้อกำหนดในการประกอบ

โดยทั่วไป ความหนาของผนังสำหรับวัสดุเทอร์โมพลาสติกมีตั้งแต่ 1 ถึง 6 มม. โดยที่ 2 ถึง 3 มม. เป็นความหนาที่พบบ่อยที่สุด สำหรับชิ้นส่วนขนาดใหญ่- ความหนาของผนังต้องเกิน 6 มม. ตารางที่ 1 แสดงค่าความหนาของผนังที่แนะนำสำหรับวัสดุเทอร์โมพลาสติกต่างๆ

ความสม่ำเสมอของความหนาของผนัง

ความหนาของผนังสม่ำเสมอเป็นหลักการสำคัญในการออกแบบชิ้นส่วนพลาสติก ความหนาของผนังที่ไม่สม่ำเสมอ-ทำให้เกิดการไหลของของเหลวที่ไม่สอดคล้องกันและการหดตัวของการระบายความร้อน ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น รอยยุบ ช่องว่าง การบิดงอ และแม้แต่การแตกร้าว นอกจากนี้ ยังอาจทำให้เกิดรอยหดตัว ความเค้นภายใน การเสียรูป ความแตกต่างของสี หรือการแปรผันของความโปร่งใส ผนังที่บางเกินไปอาจลดความแข็งแรงและความแข็งแกร่งของชิ้นส่วนระหว่างการใช้งานและการประกอบ จากมุมมองทางเศรษฐกิจ ชิ้นส่วนที่มีความหนามากเกินไปจะทำให้ต้นทุนวัสดุและเวลาในการผลิตเพิ่มขึ้น บริเวณพลาสติกที่หนาจะเย็นตัวช้ากว่าและมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยจม รูปที่ 1 แสดงการออกแบบความหนาของผนังที่สม่ำเสมอ

หากไม่สามารถหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนจากส่วนที่หนาไปเป็นส่วนที่บางกว่าได้ ควรค่อยเป็นค่อยไป โดยคงอัตราส่วนความหนาของผนังสูงสุดไว้ที่ 3:1 ดังแสดงในรูปที่ 2

ในหลายกรณี นักออกแบบสามารถใช้โครงเพื่อเปลี่ยนความหนาของผนังได้ ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยประหยัดวัสดุ ลดต้นทุนการผลิต แต่ยังช่วยลดระยะเวลาในการทำความเย็นอีกด้วย เวลาในการทำความเย็นเป็นสัดส่วนโดยประมาณกับความหนาของผนัง

นอกจากนี้ นักออกแบบยังต้องพิจารณาความยาวของเส้นทางการไหล ซึ่งเป็นระยะทางที่วัสดุหลอมเหลวเดินทางจากประตูไปยังส่วนต่างๆ ของโพรงด้วย โดยทั่วไปแล้ว ความยาวเส้นทางการไหลจะแปรผันตามความหนาของผนัง ยิ่งความหนาของผนังมากเท่าไร เส้นทางการไหลก็จะยิ่งยาวขึ้นเท่านั้น หากอัตราส่วนของความยาวเส้นทางการไหลต่อความหนาของผนังสูงเกินไป วัสดุที่ไม่เพียงพอหรือการบรรจุที่ไม่สมบูรณ์อาจเกิดขึ้นห่างจากเกต ดังนั้นในบางกรณีอาจจำเป็นต้องเพิ่มความหนาของผนัง

มุมที่คมชัด

มุมที่แหลมคมมักนำไปสู่ข้อบกพร่องของชิ้นส่วนและความเข้มข้นของความเครียด พื้นที่เหล่านี้มีแนวโน้มที่จะเกิดการสะสมของวัสดุในระหว่างขั้นตอนหลัง- เช่น การชุบด้วยไฟฟ้าหรือการทาสี ความเข้มข้นของความเครียดอาจทำให้ชิ้นส่วนแตกหักภายใต้ภาระหรือแรงกระแทก ดังนั้นในการออกแบบควรหลีกเลี่ยงมุมแหลมคม รูปที่ 3 แสดงตัวอย่างการออกแบบมุมที่แหลมคม

ข้อควรพิจารณาสำหรับมุมเข้าใกล้และทิศทางการดีดออก

ทิศทางการดีดออกและเส้นแยก

ในช่วงเริ่มต้นของการออกแบบผลิตภัณฑ์การฉีด การกำหนดทิศทางการดีดออกและแนวการแยกส่วนเป็นสิ่งสำคัญ ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการใช้กลไกการออกฤทธิ์ด้านข้าง- และลดผลกระทบของเส้นแบ่งต่อรูปลักษณ์ เมื่อกำหนดทิศทางการดีดออกแล้ว โครงสร้างต่างๆ เช่น ซี่โครง การล็อคพอดี- และส่วนที่ยื่นออกมาควรอยู่ในแนวเดียวกัน เพื่อหลีกเลี่ยงการกระทำด้านข้าง- ลดเส้นถัก และยืดอายุของแม่พิมพ์ จากนั้นจึงสามารถเลือกสายการผลิตการแยกส่วนที่เหมาะสมเพื่อเพิ่มรูปลักษณ์และประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ได้

เมื่อถอดชิ้นส่วนออกจากแม่พิมพ์ จะต้องเอาชนะแรงดีดออกและแรงเปิด แรงเปิดหมายถึงกระบวนการของส่วนที่แยกออกจากช่อง เมื่อชิ้นส่วนเย็นลงในแม่พิมพ์ มันก็จะหดตัว ทำให้ผนังรูยึดแกนแน่น แรงเสียดทานระหว่างชิ้นส่วนกับแกน การยึดเกาะแบบสุญญากาศที่ด้านล่างของรู และปัจจัยอื่นๆ ทำให้แรงดีดออกมีมากกว่าแรงเปิดมาก แรงดีดออกที่มากเกินไปอาจทำให้ชิ้นส่วนเสียรูป ขาวขึ้น รอยย่น และการสึกหรอของพื้นผิว

มุมร่าง

มุมร่างมีความสำคัญอย่างยิ่งในการกำหนดขนาดของแรงดีดออก เนื่องจากชิ้นส่วนที่ฉีดขึ้นรูปมักจะติดกับแกน (ส่วนตัวผู้) หลังจากเย็นตัวลงและหดตัว การใช้มุมร่างเดียวกันทั้งบนคาวิตี้และแกนทำให้มั่นใจได้ว่าความหนาของผนังสม่ำเสมอ และป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนเกาะติดกับคาวิตี้ที่ร้อนกว่าหลังจากการดีดออก ในกรณีพิเศษ หากจำเป็นสำหรับชิ้นส่วนที่จะติดกับช่องหลังจากการดีดออก มุมของลมบนช่องที่อยู่ติดกันจะลดลง หรือสามารถเพิ่มการตัดด้านล่างโดยเจตนาลงในช่องได้

ไม่มีค่าคงที่สำหรับมุมร่าง มันมักจะถูกกำหนดโดยเชิงประจักษ์ สามารถใช้มุมดูดที่มีขนาดเล็กเพียง 1/8 หรือ 1/4 องศากับผนังด้านนอกที่มีการขัดเงาสูงได้ สำหรับชิ้นส่วนที่ลึกกว่าหรือชิ้นส่วนที่มีพื้นผิว ควรเพิ่มมุมของร่างตามนั้น โดยทั่วไปแล้ว สำหรับความลึกของพื้นผิวทุกๆ 0.025 มม. มุมของร่างจะต้องเพิ่มขึ้น 1 องศา

นอกจากนี้ แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วมุมร่างที่ใหญ่ขึ้นจะช่วยให้สามารถถอดชิ้นส่วนออกได้ แต่การรักษาความถูกต้องของมิติเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง ข้อผิดพลาดด้านมิติที่เกิดจากมุมร่างต้องคงไว้ภายในพิกัดความเผื่อที่แม่นยำ สำหรับชิ้นส่วนที่มีการหดตัวสูงหรือรูปร่างที่ซับซ้อน ควรพิจารณามุมร่างที่ใหญ่ขึ้น

ซี่โครงในการออกแบบชิ้นส่วนพลาสติก

ความแข็งแรงของชิ้นส่วนพลาสติกไม่ได้ขึ้นอยู่กับความหนาของผนังที่เพิ่มขึ้นเท่านั้น ในความเป็นจริง ความหนาของผนังที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดการหดตัวมากขึ้น ส่งผลให้เกิดความเค้นภายในที่ทำให้ความแข็งแรงลดลง กุญแจสำคัญในการปรับปรุงความแข็งแรงของชิ้นส่วนพลาสติกอยู่ที่ความแข็งของมัน ซึ่งมักทำได้โดยการรวมโครงสร้างผนังบาง-เข้ากับโครงที่วางไว้อย่างเหมาะสมเพื่อเพิ่มโมดูลัสของส่วน

ข้อควรพิจารณาสำหรับการออกแบบซี่โครง

อย่างไรก็ตามการเพิ่มซี่โครงจะเพิ่มความหนาบริเวณทางแยกกับผนังหลัก โดยทั่วไปความหนานี้จะถูกกำหนดโดยเส้นผ่านศูนย์กลางของวงกลมที่ใหญ่ที่สุดซึ่งจะถูกกำหนดโดยความหนาของซี่โครงและรัศมีของราก สำหรับความหนาของผนังฐาน 4 มม. ความหนาของซี่โครงและรัศมีรากที่แตกต่างกันจะเปลี่ยนเส้นผ่านศูนย์กลางของวงกลมที่ใหญ่ที่สุด รูปที่ 4 แสดงให้เห็นว่าความหนาของผนังเฉพาะจุดที่เพิ่มขึ้นสามารถทำให้เกิดรอยจมบนพื้นผิวด้านตรงข้ามซึ่งส่งผลต่อรูปลักษณ์ได้อย่างไร การออกแบบที่สมเหตุสมผลสามารถลดโอกาสที่พื้นผิวจะกดทับ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณภาพของชิ้นส่วน

การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าควรลดความหนาของซี่โครงให้เหลือน้อยที่สุดภายในช่วงที่กำหนด หากซี่โครงบางเกินไป จะต้องเพิ่มความสูงเพื่อรักษาความแข็งไว้ อย่างไรก็ตาม ซี่โครงที่บางเกินไปอาจทำให้เกิดการโก่งงอระหว่างการฉีด การบรรจุแม่พิมพ์ได้ยาก และการเกาะติดกับแม่พิมพ์ รัศมีที่ฐานของซี่โครงไม่ควรเล็กเกินไปเพื่อหลีกเลี่ยงการกระจุกตัวของความเครียด

โดยปกติแล้ว รัศมีรากของซี่ควรมีอย่างน้อย 40% ของความหนาของซี่ ความหนาของซี่โครงควรอยู่ที่ 50% ถึง 75% ของความหนาของผนังฐาน โดยมีเปอร์เซ็นต์ที่สูงกว่าใช้ได้กับวัสดุที่มีการหดตัวต่ำเท่านั้น ความสูงของซี่โครงควรน้อยกว่าห้าเท่าของความหนาฐาน ซี่โครงต้องมีมุมร่าง และการวางแนวควรสอดคล้องกับทิศทางการดีดออก มิฉะนั้น สามารถใช้ส่วนประกอบของแม่พิมพ์ที่เคลื่อนย้ายได้ ระยะห่างระหว่างซี่โครงควรมากกว่าสองเท่าของความหนาฐาน

เพื่อให้ได้ความแข็งสม่ำเสมอในทุกทิศทาง วิธีที่ง่ายที่สุดคือการเพิ่มซี่โครงทั้งตามยาวและตามขวาง โดยให้ซี่โครงตัดกันในแนวตั้งฉาก อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้จะเพิ่มความหนาของผนังที่ทางแยก ทำให้เกิดการหดตัวมากขึ้น วิธีแก้ไขทั่วไปคือการเพิ่มรูกลมที่ทางแยกเพื่อสร้างความหนาของผนังที่สม่ำเสมอ ดังแสดงในรูปที่ 5

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบรูในชิ้นส่วนพลาสติก

1. ตำแหน่งของหลุมและความแข็งแกร่ง

เป็นเรื่องปกติที่จะรวมรูในชิ้นส่วนพลาสติกเพื่อความสะดวกในการประกอบหรือใช้งาน ตามหลักการแล้ว ขนาดและตำแหน่งของรูเหล่านี้ไม่ควรกระทบต่อความแข็งแกร่งของผลิตภัณฑ์หรือเพิ่มความซับซ้อนในการผลิต ข้อควรพิจารณาที่สำคัญ:

ระยะห่างระหว่างรูที่อยู่ติดกัน หรือระยะห่างจากรูถึงขอบที่ใกล้ที่สุด ควรมีอย่างน้อยเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของรู นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับรูที่อยู่ใกล้ขอบเพื่อป้องกันการแตกหัก สำหรับรูเกลียว โดยทั่วไประยะห่างจากรูถึงขอบผลิตภัณฑ์จะมากกว่าสามเท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางรู

2. ประเภทของรู

รูมีหลายประเภท เช่น รูทะลุ รูตัน และรูขั้นบันได จากมุมมองของการประกอบ การเจาะรูทะลุนั้นพบได้ทั่วไปและตัดเฉือนได้ง่ายกว่ารูตัน ในแง่ของการออกแบบแม่พิมพ์ โครงสร้างรูทะลุนั้นง่ายกว่า พวกมันสามารถเกิดขึ้นได้โดยการวางแกนบนทั้งส่วนที่เคลื่อนไหวและส่วนที่อยู่กับที่ของแม่พิมพ์ หรือใช้แกนเดียวในชิ้นส่วนเดียวเท่านั้น แบบแรกสร้างคานยื่นออกมาสองคานภายใต้การกระทำของพลาสติกหลอมเหลว แต่เนื่องจากความยาวของลำแสงสั้น การเสียรูปจึงมีน้อยมาก โดยทั่วไปแล้วลำแสงหลังจะสร้างลำแสงที่รองรับโดยมีการเสียรูปน้อยที่สุด เมื่อใช้แกนสองแกน เส้นผ่านศูนย์กลางควรแตกต่างกันเล็กน้อยเพื่อป้องกันการวางแนวที่ไม่ตรงและทำให้พื้นผิวการผสมพันธุ์ราบรื่น รูตันที่เกิดจากหมุดแกนยื่นออกมามีแนวโน้มที่จะโค้งงอได้ง่ายกว่าเมื่อได้รับแรงกระแทกจากพลาสติกหลอมเหลว ส่งผลให้รูมีรูปร่างไม่ปกติ โดยทั่วไปแล้ว ความลึกของรูตันไม่ควรเกินเส้นผ่านศูนย์กลางสองเท่า สำหรับรูตันที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5 มม. หรือน้อยกว่า ความลึกไม่ควรเกินเส้นผ่านศูนย์กลาง ความหนาของผนังที่ด้านล่างของรูตันควรมีอย่างน้อยหนึ่งใน{11}}หนึ่งในหกของเส้นผ่านศูนย์กลางของรูเพื่อหลีกเลี่ยงการหดตัว

3. รูด้านข้าง

โดยทั่วไปรูด้านข้างจะเกิดขึ้นโดยใช้แกนด้านข้าง ซึ่งจะเพิ่มต้นทุนของแม่พิมพ์และการบำรุงรักษา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อแกนด้านข้างยาวและมีแนวโน้มที่จะแตกหัก หากเป็นไปได้ สามารถปรับปรุงการออกแบบได้ดังแสดงในรูปที่ 6 เพื่อลดปัญหาเหล่านี้

ผู้บังคับบัญชาในการออกแบบชิ้นส่วนพลาสติก

โดยทั่วไปแล้ว บอสจะยื่นออกมาจากความหนาของผนังหลัก และใช้สำหรับการประกอบผลิตภัณฑ์ ระยะห่างของวัตถุ และรองรับส่วนประกอบอื่นๆ บอสแบบกลวงสามารถรองรับเม็ดมีดหรือสกรูได้ การใช้งานเหล่านี้ต้องการให้ผู้บังคับบัญชามีความแข็งแรงเพียงพอที่จะทนต่อแรงกดได้โดยไม่แตกร้าว บอสมักจะมีลักษณะเป็นทรงกระบอก เนื่องจากรูปร่างนี้ขึ้นรูปได้ง่ายกว่าและมีคุณสมบัติทางกลที่ดีกว่า

บูรณาการกับโครงสร้าง

ตามหลักการแล้ว บอสไม่ควรได้รับการออกแบบให้เป็นทรงกระบอกแยก แต่ควรเชื่อมต่อกับผนังด้านนอกหรือใช้ร่วมกับโครง วิธีการนี้ช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของเจ้านายและช่วยให้วัสดุพลาสติกไหลได้อย่างราบรื่น การเชื่อมต่อกับผนังด้านนอกควรเป็นการเชื่อมต่อผนังบาง-เพื่อหลีกเลี่ยงรอยจม

รัศมีเนื้อที่ฐานที่เจ้านายเชื่อมต่อกับวัสดุพิมพ์ควรเป็น 0.4 ถึง 0.6 เท่าของความหนาของวัสดุพิมพ์ ความหนาของผนังบอสควรอยู่ที่ 0.5 ถึง 0.75 เท่าของความหนาของพื้นผิว ควรลบมุมด้านบนของบอสเพื่อให้ง่ายต่อการติดตั้งสกรู ผู้บังคับบัญชาจะต้องมีมุมร่างด้วย ข้อกำหนดการออกแบบเหล่านี้คล้ายคลึงกับข้อกำหนดของซี่โครง ดังนั้นเจ้านายจึงถือได้ว่าเป็นรูปแบบของซี่โครง อ้างถึงรูปที่ 7 และ 8 สำหรับความสัมพันธ์เหล่านี้

หมุดเกลียวสำหรับสกรูเกลียวปล่อย-

บอสหลายตัวใช้สำหรับเชื่อมต่อ-สกรูเกลียวปล่อย เกลียวภายในบนปุ่มเหล่านี้เกิดขึ้นจากกระบวนการขึ้นรูปแบบเย็น- ซึ่งสร้างรูปร่างให้กับพลาสติกผ่านการเสียรูปแทนที่จะตัด ขนาดของหัวเกลียวต้องเพียงพอที่จะทนต่อแรงใส่สกรูและน้ำหนักที่รับได้ เส้นผ่านศูนย์กลางของรูบนบอสควรให้แน่ใจว่าสกรูยังคงยึดแน่นภายใต้สภาวะแรงบิดและการสั่นสะเทือนที่ระบุ

เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของบอสต้องทนทานต่อแรงเส้นรอบวงที่เกิดขึ้นระหว่างการขันสกรูให้แน่นโดยไม่ทำให้แตกหัก เพื่อความสะดวกในการใส่สกรู โดยปกติจะมีการจัดเตรียมเคาเตอร์ซิงค์ไว้ที่ด้านบนของบอส โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูเล็กน้อยเล็กน้อย การคำนวณขนาดของบอสอาจซับซ้อน

แนะนำให้ใช้วิธีการประมาณค่าแบบง่ายที่แนะนำบนเว็บไซต์ต่างประเทศและอิงตามเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูที่ระบุ ขั้นแรก ให้กำหนดวัสดุของสกรู จากนั้นจึงเปลี่ยนค่าสัมประสิทธิ์เป็นเส้นผ่านศูนย์กลางระบุของสกรูตามค่าสัมประสิทธิ์ที่สอดคล้องกันในตารางเพื่อกำหนดขนาดที่เหมาะสม

ติด-เชื่อมต่อให้พอดีในการออกแบบชิ้นส่วนพลาสติก

การประกอบแบบติดแน่น-เป็นวิธีการเชื่อมต่อที่สะดวก ประหยัด และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ส่วนประกอบแบบ snap- ได้รับการหล่อขึ้นรูปไปพร้อมๆ กับผลิตภัณฑ์ ทำให้ไม่ต้องใช้ตัวยึดเพิ่มเติม เช่น สกรู การประกอบเกี่ยวข้องกับการหักชิ้นส่วนที่เกี่ยวข้องเข้าด้วยกัน

หลักการของการเชื่อมต่อแบบสแน็ป{0}}นั้นเกี่ยวข้องกับการดันส่วนที่ยื่นออกมาของส่วนประกอบหนึ่งไปทับสิ่งกีดขวางอีกชิ้นหนึ่ง กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการเสียรูปแบบยืดหยุ่น เมื่อขจัดสิ่งกีดขวางออกแล้ว ชิ้นส่วนจะกลับคืนสู่รูปร่างเดิมและล็อคเข้าที่ ดังแสดงในรูปที่ 9 การเชื่อมต่อแบบติดแน่น-อาจเป็นแบบถาวรหรือแบบถอดได้

ในเชิงโครงสร้าง สแน็ปอิน-สามารถจำแนกได้เป็นประเภทคานยื่น วงแหวน และทรงกลม ดังแสดงในรูปที่ 10

มุมสำคัญและการคำนวณ

มุมวิกฤต

มุมหลักสองมุมในการออกแบบที่พอดี-คือมุมกลับ (หรือมุมยึด) และมุมนำ-ในมุม โดยทั่วไป มุมกลับที่มากขึ้นจะช่วยให้สวมใส่ได้พอดียิ่งขึ้น เมื่อมุมกลับเข้าใกล้ 90 องศา การเชื่อมต่อแบบ snap{5}} จะกลายเป็นแบบถาวร ดังแสดงในรูปที่ 11