Cum se proiectează sistemul de ejecție al matrițelor de injecție?

Expulzarea primește adesea mai puțină atenție inginerească decât deciziile privind deschiderea, răcirea și linia de despărțire în faza inițială de proiectare a matriței. Este tratat ca un detaliu care trebuie rezolvat după ce geometria cavității principale este stabilită, mai degrabă decât ca o considerație principală de proiectare.

Această comandă este o greșeală. Sistemul de evacuare determină direct:

Acolo unde apar semne de martori pe suprafața piesei, ceea ce afectează acceptarea cosmetică

Câtă forță este aplicată și unde, ceea ce determină dacă secțiunile subțiri se distorsionează sau se fisurează

Cât de fiabil se eliberează piesa, ceea ce afectează timpul de funcționare a producției și rata deșeurilor

Dacă matrița poate funcționa la timpul ciclului țintă, deoarece cursa de evacuare și timpul de resetare fac parte din ciclul total

Un sistem de evacuare prost proiectat poate face ca un design fundamental al matriței să producă piese defecte în mod constant. Vestea bună este că principiile sunt bine stabilite-și deciziile sunt gestionabile dacă sunt luate în ordinea corectă.

Ştifturi de evacuare - Alegerea standard

Știfturile rotunde de evacuare sunt cea mai comună metodă de ejectare. Sunt ușor de prelucrat, ușor de înlocuit și bine-înțelese de producătorii de matrițe din întreaga lume. Deciziile de proiectare care contează cel mai mult:

Plasare: știfturile trebuie poziționate pe suprafețe ne-cosmetice, în secțiuni structural solide ale piesei (nervuri, bofări, zone plane) și distribuite pentru a aplica forța de ejectare cât mai uniform posibil pe amprenta piesei. Concentrarea forței de ejectare pe un număr mic de pini creează stres local care poate deforma secțiunile subțiri.

Diametru: știfturile cu diametrul mai mare distribuie forța pe o zonă mai mare și sunt mai puțin probabil să lase urme vizibile. Diametrul minim practic al știftului este de obicei de 2–3 mm; ace sub această dimensiune sunt fragile și predispuse la rupere. Acolo unde constrângerile cosmetice necesită știfturi mici, utilizați cel mai mare diametru pe care geometria îl permite.

Număr: mai mulți pini înseamnă, în general, o distribuție mai bună a forței. Greșeala comună este specificarea numărului minim de pini pentru a evita adăugarea de costuri, apoi descoperirea că distribuția redusă a forței cauzează distorsiunea piesei. Pentru Mold pentru injecție pentru șoarece aplicații în care calitatea suprafeței este critică, aspectul de evacuare ar trebui să folosească atât de mulți știfturi cât permite geometria.

Plăci de decuplare - pentru piesele care nu pot tolera semnele de știfturi

O placă de stripare înlocuiește pinii ejectorului individual cu o placă care contactează întregul perimetru sau o zonă mare a piesei. Când placa avansează, împinge piesa de pe miez în mod uniform, fără contactul punctual creat de pini.

Plăcile de stripare sunt metoda de ejectare preferată pentru:

Carcase cu pereți-subțiri și părți ale carcasei în care contactul cu știfturile ar crea urme de martor

Piese cu suprafețe mari deschise care s-ar distorsiona sub forța de ejectare a punctului

Piese transparente unde este vizibilă orice semn de suprafață

Schimb-: plăcile de stripare adaugă complexitate mecanică matriței și necesită o configurație a liniei de despărțire în care placa poate funcționa fără a interfera cu alte componente ale matriței.

Ejectoare cu lame - Pentru nervuri, aripioare și caracteristici înguste

Ejectoarele cu lame sunt știfturi plate, dreptunghiulare, utilizate acolo unde un bol rotund ar fi prea lat sau ar pierde caracteristica care necesită ejectare. Sunt standard pentru ejectarea nervurilor adânci, a aripioarelor subțiri și a proeminențelor înguste care altfel ar prinde miezul și ar rezista la ejectare.

Pentru dinții angrenajului de pe aMatriță de injecție a angrenajului motor, ejectoarele cu lame sau un ejector inel (un manșon care vine în contact cu OD dintele angrenajului) sunt adesea preferabile știfturilor rotunde standard poziționate în banda angrenajului, deoarece permit aplicarea mai directă a forței de ejectare la caracteristicile cu cea mai mare zonă de prindere.

Evacuarea aerului - pentru piese de mică adâncime cu suprafață mare

Aerul comprimat injectat prin porturile mici din cavitate sau miez creează o diferență de presiune care ajută la spargerea etanșării cu vid dintre piesă și suprafața matriței. Evacuarea aerului este cea mai utilă pentru piesele cu suprafață-de suprafață-de mică adâncime (capace, tăvi, panouri plate) unde aspirația este rezistența principală la ejectare, mai degrabă decât aderența la contracție.

Evacuarea aerului este rareori suficientă ca unic mecanism de evacuare, dar funcționează bine în combinație cu știfturi sau cu o placă de stripare - aerul întrerupe aspirația în timp ce elementele mecanice aplică forța de ejectare.

Sisteme combinate - pentru piese complexe

Majoritatea pieselor cu orice complexitate geometrică beneficiază de o combinație de metode de ejectare: știfturi rotunde standard în secțiunile corpului principal, ejectoarele cu lame la nervuri sau aripioare, poate un ejector cu manșon în jurul unui boș central și ejecție de aer în zone mari plane. Proiectarea combinației necesită cartografierea zonelor de prindere de-a lungul geometriei piesei și selectarea celui mai potrivit mecanism pentru fiecare regiune.

Șoarecele Snaiba matriță de injecție

Provocarea definitorie în proiectarea de ejecție a matriței cu injecție a carcasei mouse-ului este aceea că suprafața exterioară - suprafața A-pe care o atinge utilizatorul - nu poate prezenta niciun semn de marcă de la pinii ejectorului. Suprafața interioară are mai multă toleranță la urme, dar chiar și acolo, semnele prea pronunțate pot interfera cu montarea componentelor interne.

Abordarea preferată pentru carcasele mouse-ului și carcasele similare pentru electronice de consum este:

Identificați toate suprafețele cosmetice de pe carcasa exterioară și excludeți orice contact cu ejectorul din aceste regiuni

Plasați știfturile ejectorului în intersecțiile interne ale nervurilor - unde structura nervurii oferă suport împotriva deformării sub sarcina de ejecție

Folosiți un inel de stripare în jurul perimetrului dacă carcasa are o margine inferioară definită, permițând ejectarea perimetrului fără contactul cu știftul de suprafață-interioară

Dimensiune pinii generos în zonele permise pentru a minimiza presiunea de contact și pentru a reduce adâncimea marcajului

Un studiu de caz publicat în Jurnalul Internațional de Tehnologie Plastică (2020) a constatat că redistribuirea știfturilor de ejecție de la 6 pini mari la 14 pini mai mici într-o carcasă similară de electronice de larg consum a redus adâncimea marcajului de evacuare cu 62% și a eliminat distorsiunea dimensională în timpul ejectării - fără costuri suplimentare pentru matriță.

Matriță de injecție a angrenajului motor

Ejectarea angrenajelor de precizie fără a distorsiona geometria dintelui este una dintre cele mai solicitante provocări de evacuare în proiectarea standard a matriței. Considerațiile cheie:

Aplicați forță de ejectare pe banda sau pe butuc, nu pe dinții angrenajului. Contactul cu dinții în timpul ejecției poate produce deformare permanentă a profilului dintelui, compromițând calitatea ochiurilor.

Folosiți un manșon sau un ejector cu inel în jurul diametrului exterior al angrenajului, contactând uniform fața angrenajului, în loc să încărcați punct-o anumită caracteristică.

Minimizați cursa de evacuare necesară pentru eliberarea piesei. Roțile dințate cu dinți adânci pot necesita curse mai lungi, dar cursa excesivă cu contactul pe fețele dinților creează mai multe șanse de distorsiune a profilului.

Asigurați-vă că temperatura matriței este constantă înainte de ejectare. Un angrenaj motor ejectat în timp ce butucul este încă semnificativ mai fierbinte decât dinții prezintă un risc mult mai mare de distorsiune a butucului în timpul ejectării.

Mașină de jucărie Mașină de injecție din plastic

În Mașină de jucărie Mașină de injecție din plasticdesign, prioritatea se schimbă către fiabilitatea ejecției și eficiența timpului de ciclu, mai degrabă decât perfecțiunea cosmetică pe fiecare suprafață. Caroseriile și componentele șasiului mașinilor de jucărie sunt de obicei evacuate la viteze mari de ciclu, iar sistemul de evacuare trebuie să fie suficient de robust pentru a funcționa în mod fiabil peste milioane de fotografii, fără uzură intensă de întreținere-.

Considerațiile cheie includ:

Folosiți știfturi de evacuare întărite (H13 sau oțel pentru scule echivalent, HRC 48–52) în loc de știfturi standard din oțel moale, care se uzează rapid la viteze mari de ciclu

Design pentru înlocuirea ușoară a știfturilor - știfturi se vor uza sau se vor rupe în cele din urmă, iar aspectul ar trebui să permită accesul individual al știfturilor fără dezasamblare majoră

Scoaterea echilibrată pe caroseria mașinilor de jucărie a părții - are adesea o geometrie asimetrică (o parte cu deschideri pentru roți, cealaltă parte relativ plată), iar aspectul de evacuare trebuie să compenseze această asimetrie prin poziționarea știfturilor care realizează totuși o distribuție echilibrată a forței

Unghiul de tragere - ușoară conicitate aplicată pe pereții verticali, astfel încât aceștia să se separe de miezul matriței și cavitatea în timpul ejectării - este la fel de important ca și designul sistemului de evacuare în sine. Tirajul insuficient este una dintre cele mai frecvente cauze de lipire a pieselor în matriță și nu poate fi compensată complet prin adăugarea unei forțe de ejectare mai mari.

Ghid standard pentru unghiul de proiectare:

Acestea sunt valori minime - mai mult tiraj este întotdeauna mai bine din punct de vedere al ejectării, în limitele geometriei funcționale a piesei. Suprafețele texturate au nevoie de mult mai mult curent decât cele netede, deoarece textura se angajează fizic în suprafața matriței. Piesele care arată ca și cum ar avea un proiect adecvat pe prototipuri netede se lipesc adesea atunci când se aplică textura de producție - o problemă comună și care poate fi evitată.

PentruMold pentru injecție pentru șoarecemodele cu texturi de suprafață fine, unghiul de deschidere pe fețele texturate trebuie confirmat înainte ca textura să fie aplicată pe matriță. Schimbarea unghiului de tragere după texturare necesită re-prelucrarea oțelului și re-aplicarea texturii - o reprelucrare costisitoare.

Forța necesară pentru ejectarea unei piese depinde în primul rând de:

Suprafața proiectată a tuturor suprafețelor în contact cu miezul matriței și pereții cavității

Coeficientul de frecare dintre materialul piesei și suprafața matriței

Temperatura matriței în momentul ejectării

O formulă de estimare simplificată utilizată pe scară largă în industrie:

Forța de ejectare (N)=Suprafața de contact proiectată (cm²) × Presiunea prin contracție (MPa) × Coeficient de frecare

Presiunea de prindere variază în funcție de material: aproximativ 5–15 MPa pentru PP, 10–20 MPa pentru ABS, 15–25 MPa pentru POM și 20–35 MPa pentru PC. Coeficienții de frecare depind de finisarea suprafeței și de acoperirea matriței.

Utilizarea practică a acestui calcul nu este de a obține un număr precis, ci de a înțelege modul în care forța de ejecție se scalează cu geometria - și de a se asigura că forța totală de ejectare este distribuită pe o zonă de contact suficientă pentru a rămâne sub presiunea locală care ar deforma piesa.

Dacă forța de ejectare estimată împărțită la numărul de știfturi de ejectare produce o presiune de contact peste limita de curgere a materialului la temperatura de ejectare (de obicei 30-60% din tensiunea de curgere la temperatura camerei), sunt necesari mai mulți știfturi sau o zonă de contact mai mare.

Un studiu înIngineria și știința polimerilor(2021) au descoperit că distribuția incorectă a forței de ejectare a fost responsabilă pentru aproximativ 22% din respingerile dimensionale în producția de carcase de electronice de consum cu pereți subțiri -, o proporție semnificativă atribuită în întregime designului sistemului de ejecție, mai degrabă decât materialelor sau variabilelor de proces.

Cercetarea înJurnalul Internațional de Tehnologie Plastică(2020) au documentat că redistribuirea contactului de ejecție de la rețelele de pini concentrate către perimetrele de stripare distribuite a redus deformarea piesei-de ejecție cu 58% în părțile de înveliș cu pereți-subțiri.

Lucrări publicate privind efectele unghiului de proiect (Jurnalul Tehnologiei de turnare prin injecție, 2019) a confirmat că piesele evacuate cu unghiuri de aspirare sub nivelul minim recomandat pentru nivelul lor de textură au prezentat urme de lipire și tragere la viteze de 4-7 ori mai mari decât piesele cu tiraj adecvat -, indiferent de alți parametri de proiectare a matriței.

Un producător de electronice de larg consum din Asia de Sud-Est producea o carcasă pentru mouse fără fir din ABS. Forma a fost proiectată cu șase știfturi de evacuare pe suprafața interioară a carcasei pentru simplitate. În timpul calificării producției, au apărut două probleme persistente:

În primul rând, cei șase știfturi de evacuare produceau gropițe vizibile pe suprafața interioară care interferau cu așezarea corectă a suportului de montare PCB - suportul a trebuit să fie forțat peste semne, creând probleme în procesul de asamblare. În al doilea rând, un colț al carcasei a fost constant ușor deformat - ca rezultat al forței de ejectare distribuite neuniform, cu cel mai apropiat știft la 45 mm distanță de regiunea colțului.

Sunhingstones a reproiectat sistemul de ejecție în colaborare cu producătorul de matrițe: cei șase știfturi mari au fost înlocuiți cu douăsprezece știfturi mai mici, distribuite mai uniform pe structura nervurii interioare, iar un inel de stripare parțial a fost adăugat la perimetrul inferior al carcasei. Zona de colț lipsită anterior de suport de ejecție a primit doi știfturi suplimentari poziționați într-o intersecție a nervurilor.

Rezultate după modificarea sistemului de evacuare:

Adâncimea gropiței pe suprafața interioară a fost redusă de la 0,15 mm la 0,03 mm - sub pragul de degajare a ansamblului, eliminând problema așezării suportului

Deformarea colțului a eliminat - colțul afectat anterior, măsurat acum cu 0,05 mm față de valoarea nominală pe 500 de părți măsurate în calificare

Rata de respingere a producției din motive cosmetice și dimensionale a scăzut de la 3,8% la 0,6%

Costul de modificare a matriței a fost recuperat în decurs de șase săptămâni de la producție, doar pe baza reducerii deșeurilor și a reprelucrării.

Deciziile de proiectare a sistemului de evacuare sunt ușor de gestionat în faza de proiectare și sunt costisitoare de schimbat după construirea matriței. Identificarea constrângerilor cosmetice, cartografierea forțelor de prindere, selectarea mecanismului potrivit pentru fiecare regiune și confirmarea tirajului adecvat înainte de texturare - acești pași efectuati corect la început previn costurile de deșeuri, reprelucrare și modificarea matriței care rezultă din rezolvarea problemelor de ejectare în producție.

La Sunhingstones, tratăm proiectarea ejecției ca o considerație principală de inginerie a matriței de la prima revizuire a designului - nu un detaliu care trebuie rezolvat după finalizarea geometriei cavității. Indiferent dacă aplicația este o matriță de injecție cu carcasă de mouse de precizie, o matriță pentru componente de angrenaj sau componente de jucărie cu volum mare-, lucrăm sistematic la aspectul de evacuare înainte ca proiectul să fie lansat la prelucrare.

Contactați acum

Rosato, DV și Rosato, MG Manual de turnare prin injecție, ediția a 3-a. Springer, 2000. [Referință fundamentală pentru principiile de proiectare a sistemului de ejecție]

Menges, G. şi colab. Cum să faci matrițe de injecție, ediția a 3-a. Hanser, 2001.

Chen, WC şi colab. „Estimarea și optimizarea forței de ejectare pentru piesele turnate prin injecție din plastic.” Polymer Engineering and Science, Vol. 61, Numărul 4, 2021.

Lin, CY și Cheng, CH „Efectul dispoziției știftului ejectorului asupra preciziei dimensionale în turnarea prin injecție cu pereți subțiri-”. International Journal of Plastic Technology, Vol. 24, Numărul 2, 2020.

Brydson, JA Materiale plastice, ediția a 7-a. Butterworth-Heinemann, 1999. [Proprietăți ale materialului pentru estimarea forței de ejectare]

Shoemaker, J. Moldflow Design Guide. Hanser, 2006.

Pouzada, AS și colab. „Influența unghiului de tiraj asupra forțelor de ejectare și a calității pieselor în turnarea prin injecție.” Journal of Injection Molding Technology, Vol. 12, 2019.