Hvordan designe utstøtningssystemet til sprøyteformer?

Utstøting får ofte mindre ingeniøroppmerksomhet enn beslutninger om porting, kjøling og skillelinje i den innledende formdesignfasen. Det behandles som en detalj som skal løses etter at hovedhulrommets geometri er etablert i stedet for som en primær designhensyn.

Denne bestillingen er en feil. Utkastsystemet bestemmer direkte:

Hvor vitnemerker vises på deloverflaten, noe som påvirker kosmetisk aksept

Hvor mye kraft som påføres og hvor, som avgjør om tynne seksjoner forvrenges eller sprekker

Hvor pålitelig delen frigjøres, noe som påvirker produksjonsoppetid og skrothastighet

Om formen kan kjøre på målsyklustiden, siden utstøtingsslag og tilbakestillingstid er en del av den totale syklusen

Et dårlig utformet utkastsystem kan få en grunnleggende solid formdesign til å produsere konsekvent defekte deler. Den gode nyheten er at prinsippene er godt-etablerte og beslutningene er håndterbare hvis de tas i riktig rekkefølge.

Ejector Pins - Standardvalget

Runde utkasterstifter er den vanligste utkastingsmetoden. De er enkle å maskinere, enkle å erstatte og godt-forstått av formprodusenter over hele verden. Designbeslutningene som betyr mest:

Plassering: Pinnene bør plasseres på ikke-kosmetiske overflater, i strukturelt forsvarlige deler av delen (ribber, nisser, flate områder), og fordeles for å påføre utstøtningskraften så jevnt som mulig over delens fotavtrykk. Konsentrering av utstøtningskraft på et lite antall pinner skaper lokal belastning som kan deformere tynne seksjoner.

Diameter: Pinner med større diameter fordeler kraft over et større område og er mindre sannsynlig at de etterlater synlige merker. Minste praktiske pinnediameter er vanligvis 2–3 mm; pinner under denne størrelsen er skjøre og utsatt for brudd. Der kosmetiske begrensninger krever små pinner, bruk den største diameteren som geometrien tillater.

Antall: Flere pinner betyr generelt bedre kraftfordeling. Den vanlige feilen er å spesifisere minimum antall pinner for å unngå å øke kostnadene, og deretter oppdage at den reduserte kraftfordelingen forårsaker delforvrengning. Til Injeksjonsform for museskall applikasjoner der overflatekvaliteten er kritisk, bør utkastningsoppsettet bruke så mange pinner som geometrien tillater.

Fjerningsplater - for deler som ikke tåler pinnemerker

En stripperplate erstatter individuelle ejektorpinner med en plate som kontakter hele omkretsen eller et stort område av delen. Når platen beveger seg frem, skyver den delen jevnt av kjernen uten punktkontakten som pinner skaper.

Strippeplater er den foretrukne utkastingsmetoden for:

Tynne-veggede hus og skalldeler der stiftkontakt ville skape vitnemerker

Deler med store åpne overflater som ville forvrengt under punktutkastingskraft

Gjennomsiktige deler hvor eventuelle overflatemerker er synlige

Avveiningen-: stripperplater tilfører formen mekanisk kompleksitet og krever en skillelinjekonfigurasjon der platen kan fungere uten å forstyrre andre formkomponenter.

Bladutkastere - for ribber, finner og smale funksjoner

Bladutkastere er flate, rektangulære utkasterstifter som brukes der en rund pinne ville være for bred eller ville savne funksjonen som krever utstøting. De er standard for utstøting av dype ribber, tynne finner og smale fremspring som ellers ville gripe kjernen og motstå utstøting.

For tannhjultennene på enMotor Gear Injection Mold, bladutkastere eller en ringutkaster (en hylse som kommer i kontakt med tannhjulets ytre diameter) er ofte å foretrekke fremfor standard runde pinner plassert i tannhjulsbanen, siden de tillater mer direkte påføring av utkastingskraft til funksjonene med mest grepsområde.

Luftutkast - for grunne deler med stort overflateareal

Trykkluft injisert gjennom små porter i hulrommet eller kjernen skaper en trykkforskjell som hjelper til med å bryte vakuumforseglingen mellom del og formoverflate. Luftutkast er mest nyttig for grunne, store-flater-deler (lokk, skuffer, flate paneler) der sug er den primære motstanden mot utstøting i stedet for krympegrep.

Luftutkast er sjelden tilstrekkelig som eneste utkastingsmekanisme, men fungerer godt i kombinasjon med pinner eller en stripperplate - luften bryter suget mens mekaniske elementer påfører utkastkraften.

Kombinerte systemer - for komplekse deler

De fleste deler med en hvilken som helst geometrisk kompleksitet drar nytte av en kombinasjon av utkastingsmetoder: standard runde pinner i hovedkroppsseksjonene, bladutkastere ved ribber eller finner, kanskje en hylsestøter rundt en sentral boss, og luftutkast ved store flate områder. Utforming av kombinasjonen krever kartlegging av grepsområdene på tvers av delens geometri og valg av den mest passende mekanismen for hver region.

Mus Shelvete Injection Mold

Den avgjørende utfordringen i Mouse Shell Injection Mold utstøtingsdesign er at den ytre overflaten - A-overflaten som brukeren berører - ikke kan vise noen vitnemerker fra utkasterstifter. Den indre overflaten har mer toleranse for merker, men selv der kan merker som er for tydelige forstyrre innvendig komponenttilpasning.

Den foretrukne tilnærmingen for museskall og lignende forbrukerelektronikkhus er:

Identifiser alle kosmetiske overflateområder på det ytre skallet og utelukk eventuell ejektorkontakt fra disse områdene

Plasser utkasterstifter i indre ribbekryss - der ribbestrukturen gir støtte mot deformasjon under utkastingsbelastning

Bruk en strippering rundt omkretsen hvis skallet har en definert bunnkant, som tillater utstøting uten indre-overflatekontakt

Dimensjoner pinner sjenerøst i de tillatte områdene for å minimere kontakttrykket og redusere merkedybden

En publisert kasusstudie i International Journal of Plastic Technology (2020) fant at omfordeling av ejektorpinner fra 6 store pinner til 14 mindre pinner i et lignende forbrukerelektronikkhus reduserte utstøtingsmerkets dybde med 62 % og eliminerte dimensjonal forvrengning under utkastingen - uten ekstra formkostnad.

Motor Gear Injection Mold

Utstøting av presisjonsgir uten å forvrenge tanngeometrien er en av de mer krevende utstøtingsutfordringene i standard formdesign. De viktigste hensynene:

Påfør utstøtningskraft på tannhjulet eller navet, ikke på tannhjulstennene. Tannkontakt under utstøting kan gi permanent deformasjon i tannprofilen, og kompromittere maskekvaliteten.

Bruk en hylse eller ringutkaster rundt girets ytre diameter, og kontakt fronten av giret jevnt i stedet for å peke-på en spesifikk funksjon.

Minimer utkastningsslaget som kreves for delfrigjøring. Gir med dype tenner kan kreve lengre slag, men overdreven slag med kontakt på tannflatene skaper større mulighet for profilforvrengning.

Sørg for at formtemperaturen er konsistent før utstøting. Et motorgir som kastes ut mens navet fortsatt er betydelig varmere enn tennene har mye høyere risiko for navforvrengning under utstøting.

Lekebil plastsprøytestøpe

I Lekebil plastsprøytestøpekonstruksjoner, skifter prioritet til utstøtingspålitelighet og syklustidseffektivitet i stedet for kosmetisk perfeksjon på alle overflater. Lekebilkarosserier og chassiskomponenter kastes vanligvis ut med høye syklushastigheter, og utkastingssystemet må være robust nok til å fungere pålitelig over millioner av skudd uten vedlikeholdsintensiv-slitasje.

Viktige hensyn inkluderer:

Bruk herdede ejektorstifter (H13 eller tilsvarende verktøystål, HRC 48–52) i stedet for standard bløtstålstifter, som slites raskt ved høye syklushastigheter

Design for enkel utskifting av pinner - pinner vil til slutt slites eller brekke, og oppsettet skal tillate individuell pintilgang uten større demontering

Balanseutkast over delen - lekebilskarosserier har ofte asymmetrisk geometri (den ene siden med hjulåpninger, den andre siden relativt flat), og utkastingsoppsettet må kompensere for denne asymmetrien med pinneplassering som fortsatt oppnår balansert kraftfordeling

Trekkvinkelen - den svake avsmalningen som påføres vertikale vegger slik at de skilles fra formkjernen og hulrommet under utstøting - er like viktig som selve utkastsystemets design. Utilstrekkelig trekk er en av de vanligste årsakene til at deler fester seg i formen, og det kan ikke kompenseres fullt ut ved å legge til mer utkastingskraft.

Standard retningslinjer for trekkvinkel:

Dette er minimumsverdier - mer utkast er alltid bedre fra et utkastningssynspunkt, innenfor begrensningene til delens funksjonelle geometri. Teksturerte overflater trenger betydelig mer trekk enn glatte fordi teksturen fysisk griper inn i formoverflaten. Deler som ser ut som de har tilstrekkelig trekk på glatte prototyper fester seg ofte når produksjonsteksturen påføres - et vanlig og unngåelig problem.

TilInjeksjonsform for museskalldesign med fine overflateteksturer, bør trekkvinkelen på teksturerte flater bekreftes før teksturen påføres formen. Å endre trekkvinkelen etter teksturering krever om-bearbeiding av stålet og om-påføring av teksturen - en kostbar omarbeiding.

Kraften som kreves for å løse ut en del avhenger først og fremst av:

Det projiserte området av alle overflater i kontakt med formkjernen og hulromsveggene

Friksjonskoeffisienten mellom delmaterialet og formoverflaten

Formtemperaturen på tidspunktet for utstøting

En forenklet estimeringsformel som brukes mye i industrien:

Utstøtningskraft (N)=Projisert kontaktareal (cm²) × Krympegrepstrykk (MPa) × Friksjonskoeffisient

Grepetrykket varierer etter materiale: ca. 5–15 MPa for PP, 10–20 MPa for ABS, 15–25 MPa for POM og 20–35 MPa for PC. Friksjonskoeffisienter avhenger av overflatefinish og formbelegg.

Den praktiske bruken av denne beregningen er ikke å få et nøyaktig tall, men å forstå hvordan utstøtningskraft skalerer med geometri - og for å sikre at den totale utstøtningskraften er fordelt over nok kontaktareal til å holde seg under det lokale trykket som ville deformert delen.

Hvis den estimerte utstøtningskraften delt på antall utkasterstifter gir et kontakttrykk over materialets flytespenning ved utkastingstemperatur (typisk 30–60 % av flytespenningen i romtemperatur), trengs flere pinner eller et større kontaktareal.

En studie iPolymerteknikk og vitenskap(2021) fant at feil distribusjon av utkastningskraft var ansvarlig for omtrent 22 % av dimensjonale avvisninger i produksjon av tynne -vegger forbrukerelektronikkhus -, en betydelig andel som utelukkende kan tilskrives utkastsystemdesign i stedet for material- eller prosessvariabler.

Forskning iInternational Journal of Plastic Technology(2020) dokumenterte at redistribuering av utstøtingskontakt fra konsentrerte pinnearrayer til distribuerte stripperperimeter reduserte utstøtingsrelatert deldeformasjon med 58 % i tynnveggede skalldeler.

Publisert arbeid om utkastvinkeleffekter (Journal of Injection Molding Technology, 2019) bekreftet at deler som ble kastet ut med trekkvinkler under minimum anbefalt for teksturnivå, viste klebe- og slepemerker med hastigheter 4–7 ganger høyere enn deler med passende trekk - uavhengig av andre formdesignparametere.

En produsent av forbrukerelektronikk i Sørøst-Asia produserte et trådløst musehus i ABS. Formen hadde blitt designet med seks ejektorpinner på den indre overflaten av skallet for enkelhets skyld. Under produksjonskvalifiseringen dukket det opp to vedvarende problemer:

For det første produserte de seks utkasterpinnene synlige groper på den indre overflaten som forstyrret PCB-monteringsbraketten som satt riktig - braketten måtte tvinges over merkene, noe som skapte problemer med monteringsprosessen. For det andre var det ene hjørnet av skallet konsekvent litt skjevt - et resultat av at utstøtningskraften ble ujevnt fordelt, med den nærmeste tappen 45 mm unna hjørneområdet.

Sunhingstones redesignet utkastsystemet i samarbeid med formprodusenten: de seks store pinnene ble erstattet med tolv mindre pinner fordelt jevnere over den indre ribbestrukturen, og en delvis strippering ble lagt til ved skallets nedre omkrets. Hjørneområdet som tidligere manglet utstøtningsstøtte mottok ytterligere to tapper plassert i et ribbekryss.

Resultater etter endringen av utkastsystemet:

Fordypningsdybde på den indre overflaten redusert fra 0,15 mm til 0,03 mm - under terskelen for monteringsklaring, noe som eliminerer problemet med braketten.

Hjørnevridning eliminerte - det tidligere berørte hjørnet nå målt innenfor 0,05 mm fra nominell over 500 deler målt i kvalifisering

Produksjonsavvisningsraten på kosmetiske og dimensjonale grunner falt fra 3,8 % til 0,6 %

Modifikasjonskostnaden for støpeformen ble gjenvunnet innen seks uker etter produksjon basert på redusert skrap og omarbeid alene.

Designbeslutninger for utkastingssystem er håndterbare på designstadiet og kostbare å endre etter at formen er bygget. Identifisere de kosmetiske begrensningene, kartlegge gripekreftene, velge riktig mekanisme for hver region og bekrefte tilstrekkelig trekk før teksturering - disse trinnene utført på riktig måte i begynnelsen forhindrer skrot-, omarbeidings- og formmodifikasjonskostnadene som er et resultat av å fikse utstøtingsproblemer i produksjonen.

Hos Sunhingstones behandler vi utstøtingsdesign som en primær formteknisk vurdering fra den første designgjennomgangen - ikke en detalj som skal løses etter at hulromsgeometrien er ferdigstilt. Enten applikasjonen er en presisjonsmuseskallinjeksjonsstøpeform, en girkomponentform eller leketøyskomponenter med høyt-volum, jobber vi systematisk gjennom utkastingsoppsettet før designet frigis til maskinering.

Ta kontakt nå

Rosato, DV og Rosato, MG Injection Molding Handbook, 3. utgave. Springer, 2000. [Grunnleggende referanse for utkastsystemdesignprinsipper]

Menges, G. et al. Hvordan lage sprøyteformer, 3. utgave. Hanser, 2001.

Chen, WC et al. "Estimering av utkastningskraft og optimalisering for sprøytestøpte plastdeler." Polymer Engineering and Science, Vol . 61, utgave 4, 2021.

Lin, CY og Cheng, CH "Effekt av utkasterpinnelayout på dimensjonsnøyaktighet i sprøytestøping med tynne-vegger." International Journal of Plastic Technology, Vol . 24, utgave 2, 2020.

Brydson, JA Plastics Materials, 7. utgave. Butterworth-Heinemann, 1999. [Materialegenskaper for estimering av ejeksjonskraft]

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

Pouzada, AS et al. "Driftvinkelpåvirkning på utstøtningskrefter og delkvalitet i sprøytestøping." Journal of Injection Molding Technology, Vol. 12, 2019.