Kluczowe zagadnienia dotyczące projektowania form wtryskowych z tworzyw sztucznych do produkcji części o wysokiej precyzji

Projektowanie form wtryskowych z tworzyw sztucznych do produkcji precyzyjnych części wymaga dogłębnej wiedzy na temat zachowania się materiałów, konstrukcji formy i parametrów procesu. Dobrze zaprojektowana forma gwarantuje dokładność wymiarową, powtarzalność i długą żywotność narzędzia, co ma kluczowe znaczenie przy produkcji wysokiej jakości elementów z tworzyw sztucznych.

Wybór materiałów i jego wpływ na projekt formy
Różne tworzywa termoplastyczne zachowują się odmiennie podczas formowania wtryskowego. Na przykład materiały takie jak ABS, poliwęglan (PC) i polipropylen (PP) charakteryzują się unikalnymi właściwościami przepływu, szybkością skurczu i właściwościami termicznymi. Dokładne uwzględnienie tych czynników podczas projektowania formy pozwala uniknąć wad, takich jak odkształcenia, zapadnięcia czy niepełne wypełnienie.

Projektanci muszą wybrać odpowiedni gatunek stali dla formy, biorąc pod uwagę materiał części i wielkość produkcji. Twardsze stale, takie jak H13 lub P20, są powszechnie stosowane do form produkowanych masowo, aby były bardziej odporne na zużycie, natomiast aluminium może być wybierane do prototypów lub produkcji małoseryjnej ze względu na swoją obrabialność.

Projektowanie gniazda i rdzenia formy
Gniazdo formy (część żeńska) i rdzeń (część męska) muszą być zaprojektowane z precyzyjną geometrią, aby uzyskać pożądany kształt końcowy części. Krytyczne znaczenie mają takie cechy, jak kąty pochylenia, promienie i podcięcia:

Kąty pochylenia: zapewniają niewielką stożkowatość, aby ułatwić wysuwanie uformowanej części bez jej uszkodzenia. Zwykle 1-3° w zależności od materiału.

Zaokrąglenia i promienie: zmniejszają koncentrację naprężeń i poprawiają przepływ materiału.

Podcięcia: wymagają dodatkowych mechanizmów, takich jak działania boczne lub podnośniki, co zwiększa złożoność, ale umożliwia wykonywanie złożonych geometrii części.

Typ i lokalizacja bramy
Wlew to miejsce, w którym stopione tworzywo sztuczne dostaje się do wnęki formy. Wybór właściwego typu i położenia bramki ma wpływ na równomierne wypełnienie, czas cyklu i estetykę części. Do powszechnych typów bram należą::

Bramka krawędziowa: Łatwa w obróbce, powszechnie stosowana, ale może pozostawiać widoczne ślady na bramce.

Brama podwodna: automatycznie przycinana podczas wyrzucania, co zmniejsza czas przetwarzania końcowego.

Wlew punktowy lub z gorącą końcówką: Do form wielogniazdowych w celu zapewnienia równomiernego napełniania.

Położenie wlewu dobiera się w taki sposób, aby zminimalizować linie spawania, pułapki powietrzne i koncentracje naprężeń.

Projekt kanału chłodzącego
Skuteczna konstrukcja układu chłodzenia jest kluczowa dla kontroli czasów cykli i jakości części. Kanały chłodzące muszą być umieszczone blisko ścianek gniazda formy, aby odprowadzać ciepło wydajnie i równomiernie.

Do typowych praktyk projektowych należą::

Wykorzystanie konformalnych kanałów chłodzących (stworzonych metodą wytwarzania addytywnego) w celu odwzorowania skomplikowanych geometrii części.

Wyrównywanie przepływów w obiegach chłodzących w celu zapobiegania powstawaniu gorących punktów.

Projektowanie kanałów o odpowiedniej średnicy i odstępach w celu maksymalizacji wymiany ciepła.

System odpowietrzania
Otwory wentylacyjne pozwalają na ucieczkę uwięzionego powietrza podczas wtrysku. Prawidłowa wentylacja zapobiega powstawaniu śladów przypaleń, krótkich strzałów i innych defektów spowodowanych przez uwięzione gazy. Rowki odpowietrzające są zwykle umieszczane w punktach ostatniego napełniania lub w pobliżu linii podziału na głębokości 0.02–0,05 mm.

System wyrzutu
System wyrzutowy usuwa schłodzoną część z formy. Do powszechnie stosowanych mechanizmów zaliczają się sworznie wypychające, tuleje i płyty ściągające. Ich konstrukcja musi zapobiegać uszkodzeniu delikatnych części i umożliwiać równomierne rozłożenie siły wyrzutu.

Analiza przepływu formy
Przed sfinalizowaniem projektu formy inżynierowie korzystają z oprogramowania do symulacji przepływu formy, aby przewidzieć, w jaki sposób stopione tworzywo sztuczne wypełni gniazdo. Analiza ta uwypukla potencjalne problemy, takie jak linie łączenia, pułapki powietrzne lub nierównomierne wypełnienie, co pozwala na modyfikacje projektu przed rozpoczęciem kosztownego oprzyrządowania.

Tolerancje i wykończenie powierzchni
Części o wysokiej precyzji wymagają ścisłych tolerancji wymiarowych, często mieszczących się w granicach ±0,05 mm lub mniej. Producenci form osiągają to dzięki precyzyjnej obróbce, materiałom wysokiej jakości i kontrolowanym parametrom procesu. Wymagania dotyczące wykończenia powierzchni determinują również poziom polerowania formy – od wykończenia zgrubnego (w przypadku części konstrukcyjnych) do wykończenia lustrzanego (w zastosowaniach kosmetycznych).