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注塑成型公差简介以及优化方法

2021-11-02 阅读 1965

绝大多数塑料产品都是通过注射成型制造的。这主要是由于该工艺的高生产率和极低的单位成本。与任何制造的组件一样,公差至关重要。如果未正确指定或控制,最终零件在装配过程中将无法装配在一起。这类错误尤其需要避免,因为模具的前期成本非常高。本文将描述如何通过DFM(面向制造的设计)原则、材料选择、工具设计和过程控制来控制注塑成型公差并确保高质量。


为什么公差如此重要?


例如,如果两个扁平零件需要用螺栓固定在一起,则每个零件上的孔的位置公差必须考虑所有可能的情况。即使一个零件处于其最小公差,另一个零件处于其最大公差,它们在装配过程中仍必须配合。在这种情况下,这似乎很简单,但当需要组装多个零件时,一个零件可能会导致整个组件无法正常工作。公差分析,如最坏情况法、公差堆栈和统计分析,可用于优化多零件组件的注射成型公差。




影响注塑成型公差的因素:


1. 零件设计


限制翘曲、过度收缩和零件错位的最重要方法之一是在设计零件时使用DFM原则。这最好通过在设计过程的早期与注塑服务合作来实现,以防止在设计阶段后期进行昂贵的重新设计。


壁厚——壁厚可变的零件可能出现不均匀收缩率。当无法避免厚区域时,必须使用取芯来保持壁厚均匀。壁厚不均匀会导致零件变形,从而影响公差和装配。较厚的壁并不总是增加强度的最佳选择;在可能的情况下,最好使用加强筋和角撑板来提高零件强度。


拔模角度——拔模角度对于确保容易从工具中弹出至关重要。如果未达到最佳状态,零件可能在顶出、刮削和翘曲成品时卡住。拔模斜度可以在0.5°到3°之间变化,具体取决于零件设计和表面光洁度。


凸台特征——装配多个塑料零件时,凸台通常用于容纳紧固件。如果凸台太厚,可能会在零件上留下凹痕。如果它们没有通过肋条连接到侧壁,它们可能会显著变形。这将使这些零件的组装几乎不可能。




2.材料选择


注塑塑料可由多种树脂制成。这些材料的选择主要取决于最终产品的应用。每种树脂都有不同的收缩率。在设计模具时,需要考虑这种收缩,通常通过材料收缩百分比来调整模具尺寸。如果需要多材料组件,则需要设计不同的收缩率。如果设计公差不合适,可能会导致零件无法装配在一起,这在注塑成型方面是一个代价高昂的错误。


注塑成型公差主要由材料收缩和零件几何形状决定。在设计和制造工具之前,需要最终确定材料选择。刀具设计高度依赖于所选材料。


3.工具设计


一旦选择了材料,该工具通常尺寸过大,以考虑相关材料收缩。然而,收缩率并非在所有尺寸上都一致。例如,较厚的零件的冷却速度与较薄的零件不同。因此,具有薄壁和厚壁混合物的复杂零件将具有可变的冷却速率。由此产生的翘曲或下沉会严重影响注塑公差和装配。为了限制这些影响,工具制造商在设计模具特征时考虑以下因素。


刀具冷却——控制冷却对于保持均匀的收缩率至关重要。刀具冷却不良将导致不受控制的收缩,从而导致零件严重偏离其公差要求。冷却通道的智能放置可以显著提高零件一致性。


工具公差——超出公差的工具将导致所有后续注射成型零件,在收缩导致的任何误差之外增加该误差。然而,在CNC加工过程中,刀具公差通常受到严格控制和监控,因此超出公差的刀具很少是零件超出公差的原因。此外,这些工具通常是“钢安全”的。这是指制造工具时,关键尺寸或特征可以通过额外的铣削进行调整。如果某些零件的成品尺寸不在公差范围内,则附加材料允许通过机加工对刀具进行微调。例如,零件上的紧公差孔特征可能有一个工具,其设计的芯销位于公差的较宽一侧。如果孔需要调整,它将被加工得更薄,使孔更薄。


顶针位置——顶针在模具打开时将其推出模具;这需要尽可能快地进行,以尽量减少周期时间。如果将顶针放置在不理想的位置,可能会损坏零件。有些材料离开刀具时不是完全刚性的,不均匀的顶出可能会导致严重的翘曲和尺寸不一致。


浇口位置——浇口是树脂流入工具的一部分。如果放置在不理想的位置,这将造成较差的外观。除此之外,不均匀的填充率也会导致翘曲和不规则收缩。复杂的零件通常需要多个浇口才能实现均匀填充并缓解这些挑战。




4. 过程控制


尽管为优化零件的注塑公差进行了所有前期设计工作和材料考虑,但在交付第一批样品时,零件仍有可能超出公差。一旦将上述所有方法结合起来,改善公差合规性的下一步就是调整流程。控制温度、压力和保压时间是提高零件质量的一些最常见的方法。一旦确定了理想的条件集,模具可以创建一致的零件,零件之间的尺寸变化非常小。


在复杂的多特征零件中,将压力和温度传感器嵌入工具中以在制造过程中测量这些参数以实现实时反馈和过程控制可能是有益的。始终保持工具中的压力和温度对于确保一致的公差大有帮助。 


在复杂的多特征零件中,将压力和温度传感器嵌入工具中,以便在制造过程中测量这些参数,从而实现实时反馈和过程控制,可能是有益的。始终保持工具中的压力和温度可以在很大程度上确保一致的公差。

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