Come progettare stampi per iniezione di plastica?

Il processo di stampaggio a iniezione in plastica è uno dei processi più comunemente utilizzati per la produzione in serie di parti di plastica. Questo processo è fortemente utilizzato da industrie come automobili, elettronica di consumo, dispositivi medici e imballaggi a causa della sua consegna ad alta velocità e coerente di parti dettagliate. Tuttavia, la performance, la vita e l'efficacia in termini di costi delle parti modellate con iniezione dipendono in gran parte da quanto bene è progettato lo stampo.

La creazione di uno stampo per iniezione di plastica non funziona semplicemente su una formazione di cavità. Include molte decisioni correlate riguardanti il ​​materiale, la funzione delle parti, il volume di produzione e la configurazione dello stampo. Questi aspetti ti aiuteranno a rendere stampi migliori ed efficienti, indipendentemente dal fatto che tu’Ri un ingegnere, progettista del prodotto o produttore.

Guida passo-passo alla progettazione di uno stampo per iniezione in plastica

Se sei nuovo nel campo del design dello stampo, questi passaggi ti aiuteranno a capire senza essere sopraffatto.

Il design del prodotto viene prima

Quando si avvia il processo di progettazione dello stampo, dovresti avere familiarità con i dettagli fisici e funzionali della parte da modellare. Migliore è il design delle parti, più semplice sarebbe creare uno stampo che garantisce precisione e qualità.

Considerazioni sulla progettazione del prodotto

• Dimensioni e tolleranze: le parti ad alta precisione necessitano di tolleranze strette. Le dimensioni della muffa dovrebbero tenere conto del restringimento della plastica e le tolleranze dovrebbero essere chiaramente definite per evitare problemi a valle.

• Scelta del materiale: il comportamento della plastica durante lo stampaggio è diverso per semi-cristallini (nylon) e amorfo (ABS). Diverse materie plastiche fluiscono e raffreddare in modo diverso, e questo influisce sia sulla temperatura e il design dello stampo.

• Spessore della parete: lo spessore uniforme del muro è molto importante per ridurre gli effetti di deformazione, segni di lavandino e vuoti. Nei casi in cui non è possibile evitare aree spesse, l'aggiunta di costole o nuclei può essere di aiuto per distribuire il materiale equamente e migliorare il raffreddamento.

• Finitura superficiale: lo stampo avrà il suo trattamento superficiale influenzato dalla finitura desiderata (lucido, opaco, strutturato). Le parti estetiche possono avere superfici lucidate o possono aver bisogno di processi di texture speciali.

Rafforzando presto questi dettagli della parte, ci sono meno alterazioni del design dello stampo in seguito e il tempo e il costo possono essere controllati.

Scegliere la giusta configurazione dello stampo

La decisione del layout dello stampo si basa in gran parte sulla complessità della parte e sul numero di parti da produrre.

Tipi di stampo comuni

• Stampo a due piastre: questo è il tipo di stampo più semplice e utilizzato. Ha una linea singola parte ed è adatto per la produzione in lotti piccoli e medi di parti semplici.

• Stampo a tre piastre: è comunemente usato per componenti più complicati che hanno caratteristiche complesse o per situazioni in cui sono necessarie più porte.

• Hot Runner Stampo: mantiene calda la plastica nel sistema runner ed elimina la necessità di tagliare i corridori. Riduce al minimo i rifiuti e accelera il ciclo di produzione, in particolare vantaggioso per i casi ad alto volume.

• Stampo per famiglie: può produrre componenti diversi in un singolo ciclo. Ciò è conveniente per assiemi o parti simili, ma richiede un rigoroso controllo del flusso per riempire uniformemente le cavità.

Ogni tipo viene fornito con compromessi tra il costo, la facilità di manutenzione e l'efficienza della produzione. Strumenti di simulazione come l'analisi del flusso di stampo possono aiutare a scegliere la migliore configurazione delle tue esigenze di produzione.

Considerazioni su base e cavità

Al centro di qualsiasi stampo di iniezione ci sono il nucleo e la cavità – Le parti che formano il prodotto finale. Questi devono essere progettati con cura per renderli forti, accurati e ripetibili.

Elementi di progettazione importanti

• Linea di separazione: è qui che le due metà dello stampo si uniscono. Dovrebbe essere posizionato per ridurre al minimo i segni visibili e un'espulsione della parte facile. Tali parti complesse possono richiedere sollevatori o azioni collaterali per agire su sottosquadri tra le altre caratteristiche.

• Angoli di bozza: angoli piccoli (circa 1°-2°) Su superfici verticali aiutano a rimuovere la parte dallo stampo. Potrebbe essere necessaria una maggiore quantità di bozza per superfici strutturate o materiali soggetti a restringimento.

• Undercuts: queste sono caratteristiche che bloccano la parte nello stampo e richiedono ulteriori meccanismi come scivoli o sollevatori. Aggiungono costi e complessità, quindi eliminarli quando possibile.

Il tipo di acciaio per il nucleo e la cavità dipende dal volume di produzione. Per gli stampi ad alto volume che funzionano a lungo, viene utilizzato acciaio temprato come H13, mentre l'alluminio o un acciaio più morbido possono essere utilizzati per la prototipazione o la produzione a basso volume.

Progettazione del sistema di espulsione

Una volta che la plastica è raffreddata e indurita, deve essere tolta dallo stampo senza causare danni. Il sistema di espulsione si occupa di questo passaggio.

Metodi di eiezione

• Pin di espulsione: questi spingono la parte da dietro. Per evitare segni, dovrebbero essere collocati in sezioni spesse e forti della parte.

• Espulsori a manica: ideali per le parti circolari, poiché forniscono una pressione uniforme intorno alla parte.

• Piatti di spogliarellista ed espulsione dell'aria: usate quando i perni potrebbero lasciare imperfezioni o per parti più grandi con superfici complesse.

Un sistema di eiezione mal progettato può provocare parti graffiate, deformate o bloccate. La pianificazione di questo sistema aiuta correttamente a garantire una rimozione della parte regolare e coerente ed evita ritardi di produzione.

Sistemi di gate e corridori

Il sistema Gate e Runner esegue la plastica fusa dall'ugello di iniezione alla cavità dello stampo. Il loro design influenza il flusso di plastica, il riempimento della cavità e il suo raffreddamento.

Elementi di design del cancello chiave

• Tipi di gate: gli stili di gate comuni includono bordo, perno, sottomarino e porte della ventola. La scelta dipende dalla forma e dalle esigenze funzionali della parte. Ad esempio, le porte sottomarine consentono un taglio automatico, che consente di risparmiare tempo nella produzione ad alto volume.

• Posizionamento del cancello: posizionare il cancello in un'area equilibrata e non visibile aiuta a prevenire i difetti cosmetici e garantisce un flusso uniforme. Lo scarso posizionamento può portare a linee di saldatura o punti deboli.

• Design del corridore: i corridori dovrebbero essere brevi ed equilibrati per ridurre la perdita di pressione e ridurre al minimo i rifiuti di materiale. Negli stampi multi-cavità, il bilanciamento dei corridori garantisce che tutte le cavità si riempiano alla stessa velocità.

Le porte di dimensioni corrette e posizionate aiutano a ridurre la pressione di iniezione e migliorare la qualità complessiva della parte.

Ottimizzazione del sistema di raffreddamento

Il raffreddamento costituisce la fase più lunga del ciclo di iniezione, quindi un sistema di raffreddamento ben progettato influisce direttamente sulla produttività e sulla qualità delle parti.

Elementi di raffreddamento efficiente

• Layout del canale di raffreddamento: i canali di raffreddamento dovrebbero seguire la geometria della parte il più da vicino possibile per i tempi di ciclo di raffreddamento e ridotti.

• Perfarni e gorgoglianti: applicati in luoghi in cui i canali convenzionali non possono raggiungere, cioè tasche profonde o strette.

• Raffreddamento conforme: ora è possibile progettare canali di raffreddamento che imitano la forma della parte usando la moderna stampa 3D. Dà un raffreddamento più efficiente e uniforme.

Il corretto raffreddamento riduce al minimo le parti, fornisce stabilità dimensionale e migliora la vita dello stampo.

Sfogazione della muffa

Durante l'iniezione, l'aria e il gas dovranno essere sfiatati dalla cavità per evitare problemi come segni di ustioni o riempimenti incompleti.

Best practice per lo sfiato

• Profondità dello sfiato: di solito varia da 0,02 a 0,05 mm; Abbastanza poco profondo da prevenire la plastica, ma abbastanza in profondità da far uscire l'aria. Potrebbe essere necessario regolare la profondità in base al materiale utilizzato.

• Posizionamento dello sfiato: le prese d'aria devono essere posizionate alle estremità dei percorsi di flusso, negli angoli o negli elementi quasi sottili, in cui l'aria ha un'alta possibilità di essere intrappolata.

Uno sfiato adeguato migliora la qualità delle parti, allevia lo stampo di stress e aiuta a prevenire i difetti.

Flusso di muffe e analisi strutturale

Utilizzando strumenti digitali, è possibile simulare come la plastica si muoverà attraverso lo stampo prima che qualsiasi acciaio venga tagliato. Questi strumenti sono importanti nell'identificazione dei problemi e affrontanoli prima che diventino costosi.

Perché le simulazioni contano

• Analisi del flusso dello stampo: aiuta a rilevare trappole d'aria, linee di saldatura e aree in cui il flusso potrebbe bloccare. Aiuta anche a scegliere la migliore posizione del gate e le dimensioni del corridore.

• Analisi strutturale (FEA): garantisce che la struttura dello stampo possa gestire le forze di bloccaggio e iniezione senza deformarsi.

La simulazione anticipata risparmia tempo, riduce i costi e aumenta la probabilità di ottenere parti di qualità a un colpo.

Test di prototipi prima della piena produzione

La creazione di uno stampo di prova per lo stampaggio o l'utilizzo di prototipazione rapida, come la stampa 3D, può garantire il design prima di investire in costosi strumenti in acciaio.

Vantaggi della prototipazione

• Assicura che le parti si adattino e funzionino correttamente.

• Identifica questioni come la deformazione o il povero flusso presto.

• Consente alle parti interessate di rivedere e approvare il design.

È più facile e meno rischioso passare da un prototipo a uno stampo di produzione dopo la convalida.

Progettazione per manutenibilità

Lo stampo meglio progettato richiede anche manutenzione. Se lo prevedi all'inizio, minimizzerai i tempi di inattività ed estenderai la durata di servizio dello stampo.

Caratteristiche per la manutenzione

• Inserti modulari: questi rendono facile la sostituzione di aree usurate senza raschiare l'intero stampo.

• Materiali resistenti: applicati a luoghi come scivoli e sollevatori che sono sottoposti a attrito continuo.

• Accesso all'ispezione: funzionalità dello stampo come porte e fori di accesso aiutano con i controlli di pulizia e visiva.

• Sistemi di allineamento: tasselli e pin guida assicurano che tutto si allinea correttamente durante l'assemblaggio.

Clear Documentation come file CAD, disegni e procedure di manutenzione aiutano anche i tecnici dello stampo a gestire le riparazioni rapidamente.

Conclusione

Il design dello stampo per iniezione in plastica non è il lavoro semplicemente per un tecnico – È un attento studio sulla scienza materiale, ingegneristica ed esperienza pratica. Qualunque cosa, dal modo in cui la plastica scorre, attraverso il modo in cui la parte è raffreddata ed espulsa, influenza i risultati.

Se eseguita correttamente, un buon stampaggio produce parti di alta qualità, meno rifiuti e cicli abbreviati mentre risparmia a lungo termine. Conoscendo gli aspetti importanti che sono stati discussi, vale a dire la selezione dei materiali, il tipo di stampo, il raffreddamento e l'espulsione, è possibile progettare stampi in grado di fornire prestazioni affidabili e risultati coerenti.