Пластмасовата матрица е инструментът, който превръща разтопената смола в готов детайл: кухината и сърцевината определят формата, системата за подаване доставя стопилката, охладителната верига задава цикъла, а системата за изхвърляне освобождава детайла непокътнат. Получаването на матрица, която произвежда размерно точни, козметично приемливи части в целевия обем, не е еднократно решение, а поредица от тях – и всяко едно ограничава следващото.
Това ръководство следва тази последователност. Започва с входните данни, необходими за проекта за пластмасова матрица, преди да се изчертае каквато и да е геометрия, преминава през шестте етапа - от прегледа на дизайна до квалификацията на първия артикул, след което разглежда двете области, където проектите най-често се объркват: изборът на материала, от който е направена самата матрица, и конструктивните точки вътре в пластмасовата матрица, които решават дали частите ще се получат правилно. Завършва с повтарящите се грешки, които си струва да бъдат проверени спрямо вашия собствен план, и с това как производственият партньор се вписва в картината.
Какво ви е необходимо, преди да започнете
Проект за пластмасова матрица не може да започне сериозно, докато не бъде фиксиран малък набор от входни данни. Всеки един от тях е инженерен вход, който променя геометрията на инструментите, а не документация, която ще бъде събрана по-късно.
Финализираният 3D модел на детайла в използваем CAD формат (STEP, IGES, Parasolid или native) е основната геометрия. Без него не може да се изреже кухина и не може да се извърши преглед на производствеността.
Избраната смола, с нейното свиване и поведение спрямо дебелината на стената. Данните за свиването определят размерите на кухината; препоръчителният диапазон на стените на смолата определя дали детайлът изобщо може да бъде формован. Ранното заключване на класа предотвратява изрязването на кухината с грешен припуск.
Обем на производство и целево време на цикъла. Обемът определя броя на кухините, материала на матрицата и необходимата износоустойчивост. Целевото време на цикъла определя какъв охлаждащ капацитет трябва да носи пластмасовата матрица.
Пресата, на която трябва да пасне пластмасовата матрица. Тонажът, разстоянието между свързващите пръти и размерът на плочата ограничават отпечатъка на матрицата и нейната проектирана площ. Матрица, която надвишава наличната преса, не може да работи, независимо колко добре е проектирана.
Необходими допуски и повърхностна обработка. Те определят усилията за обработка, полиране и текстуриране и определят дали посоченият от вас допуск е постижим в процеса на формоване.
Бюджет и времева рамка. Те решават къде се намират компромисите – например дали е оправдан горещ канал или дали инструмент с една кухина е правилната първа инвестиция.
Ако някой от тези въпроси все още е отворен, решете го преди да започнете с инструменталната обработка. Цената за промяна на смолата или дебелината на стената след изрязване на кухината е много по-висока от цената за вземане на решение сега.
Работният процес на пластмасовата матрица: от проектирането до производството
Работният процес по-долу е подреден. Всеки етап произвежда нещо, от което зависи следващият, и всеки има контролна точка, която потвърждава, че е завършен, преди да започне следващият.
Стъпка 1 — Преглед на дизайна на детайла за възможност за формоване
Преди да се изчертае каквато и да е геометрия на инструментите, извършете преглед на проектирането за производствени възможности на модела на детайла. Проверете консистентността на дебелината на стените в целия детайл, наклона на всяка вертикална повърхност, подрязванията и дали могат да бъдат избегнати или ще се нуждаят от странични действия, радиусите на ъглите и пропорциите на издатините и ребрата спрямо съседните стени. Потвърдете къде могат да се поставят шибърът и ежекторите и къде ще бъде разположена разделителната линия.
Резултатът е маркиран модел и списък с промени в частите — или, когато дадена промяна не е приемлива, документирано решение за приемане на разходите за странични действия. И двете са валиден резултат; непрегледан модел не е.
Контролна точка: всяка стена и елемент е проверена спрямо препоръчителния диапазон на дебелина на избраната смола и всяка вертикална повърхност е подложена на течение.
Стъпка 2 — Потвърждаване на материала и свиването
Фиксирайте смолата и издърпайте степента ѝ на свиване, преди да се зададат размерите на кухината. Кухината и сърцевината се изрязват с по-голям размер от допустимото свиване, така че частта, която излиза от инструмента, да съответства на чертежа. Свиването варира в зависимост от смолата и посоката спрямо потока, а пълнителите със стъкло или влакна се държат различно от тези без пълнител – често се свиват по-малко по посока на потока, отколкото напречно на нея.
Вземете стойността на свиването от данните на доставчика на смолата за конкретния клас, а не от обща таблица. Два класа от едно и също семейство могат да имат различни допустими отклонения, а общо число, приложено към запълнен клас, ще доведе до детайл, който е извън допустимото отклонение в едната посока.
Контролна точка: стойността на свиването се записва спрямо точния клас и е приложена към модела на кухината.
Стъпка 3 — Проектиране на матрицата: оформление на кухината, система за подаване, охлаждане и изхвърляне
Изградете пластмасовата матрица около детайла, като вземате решенията последователно.
- Брой и разположение на кухините. Балансирайте броя на кухините спрямо годишния обем и капацитета на пресата, след което ги разположете така, че стопилката да достигне до всяка кухина при едни и същи условия.
- Тип бегач и порта. Изберете студен или горещ канал, след което изберете тип, размер и местоположение на затвора. Затворът контролира запълването, уплътняването и колко видима ще бъде маркировката на затвора върху готовия детайл.
- Насочете охлаждащите канали, за да отвеждате топлината равномерно от детайла. Дизайнът на охлаждането определя времето на цикъла и има пряк ефект върху деформацията.
- Изберете метода на изхвърляне и решете къде ще се попаднат следите от изхвърлянето – в идеалния случай върху некозметична повърхност.
- Поставете вентилационните отвори на разделителната линия и в края на пълненето, където въздухът излиза последен.
Контролна точка: анализът на потока от матрицата или запълването е потвърдил балансирано запълване, липса на къси впръсквания и приемливи местоположения на заваръчните шевове и въздушните уловители.
Стъпка 4 — Детайли и толерантност на компонентите на матрицата
Преобразувайте сглобката в производствени чертежи. Това обхваща основата на матрицата и подредбата на плочите, водещите щифтове и втулки, плъзгачите и повдигачите за всякакви подрязвания, вложките и подредбата на толерансите между кухината, сърцевината и разделителните повърхности.
Сглобките и хлабините трябва да отчитат термичното разширение при работна температура, не само при стайна температура. Хлабина, която е удобна на пейката, може да се затвори, когато формата достигне работната си температура.
Контролна точка: комплектът чертежи е достатъчно пълен, така че машинен инженер може да изреже всеки компонент, без да се връща с въпрос по дизайна.
Стъпка 5 — Машина, завършеност и сглобете матрицата
Изрежете материала на формата, след което го завършете и монтирайте. Извършете груба и завършете обработката на кухината и сърцевината; използвайте електроерозионна обработка за дълбоки ребра и остри вътрешни ъгли, до които режещият инструмент не може да достигне; полирайте до определената степен на повърхността; и монтирайте ръчно плъзгачи, повдигачи и вложки.
Последователността на обработката е важна за облекчаване на напрежението в плочата. Отстраняването на големи количества материал с един проход може да освободи остатъчно напрежение и да деформира плочата, така че грубата обработка, периодът на почивка и чистата обработка често се съчетават умишлено.
Контролна точка: всички компоненти са оразмерени спрямо чертежа и сглобката се движи свободно на ръка, преди да отиде до пресата.
Стъпка 6 — Изпробвайте матрицата и квалифицирайте частите
Направете първите проби и ги използвайте, за да завършите проекта. Пробно изпробване установява баланса на запълване, времето на цикъла, съответствието на размерите, козметичното качество и надеждността на изхвърлянето. Използвайте резултатите: коригирайте размера на затвора, охлаждането или вентилацията, след което пуснете отново.
Вземайте отчети за размерите на части от стабилен, представителен за производството цикъл, а не от първите няколко снимки. Ранните снимки все още се установяват и измерването им може да ви насочи към проблем, който не съществува в производството.
Контролна точка: докладът от проверката на първия артикул показва вътрешния допуск на частите в целия комплект кухини, а пластмасовата матрица работи със стабилен цикъл.
Избор на материали за пластмасова форма
Материалът на самата матрица е отделно решение от смолата, която ще се използва, и е по-скоро баланс, отколкото единствен най-добър избор. Съответните свойства са топлопроводимост, твърдост и износоустойчивост, обработваемост, корозионно поведение и цена - а правилният баланс зависи от обема, смолата и изискванията към детайла.
Алуминий Матрични материали
Алуминият е подходящ за малки до средни обеми и големи части. Той има добра топлопроводимост за бързи цикли, обработва се бързо и лесно и струва по-малко от стоманата за същия блок. В рамките на алуминия се прави разлика между високоякостна кована плоча за матрици, средноякостна кована плоча и лята инструментална плоча: високоякостните класове имат много по-висока твърдост и якост, докато лятата плоча предлага много ниско вътрешно напрежение и добра стабилност за плоски, големи матрици.
Едно практическо предупреждение: при сплавите, чувствителни към закаляване, якостта и твърдостта варират в зависимост от дебелината на дебелия участък, което влияе върху стабилността по време на машинна обработка. Сплавите, разработени с ниска чувствителност към закаляване, запазват по-равномерни свойства по цялата плоча и се обработват по-предсказуемо.
Алуминият е по-податлив на корозия в охлаждащите канали, отколкото стоманата. Химичният състав на водата и контактът с различни метали изискват внимание – поддържайте водата близо до неутрална и изолирайте фитингите, където се срещат два различни метала.
Материали за форми от медни сплави
Медните сплави са подходящи за горещи точки, дебели профили и зони с критично време на цикъла, където много високата им топлопроводимост отвежда топлината по-бързо от алуминия или стоманата. Те могат да се използват за цели форми или като вложки в стоманено или алуминиево тяло.
Наличният диапазон на твърдост е широк — от приблизително 20 Rc до около 40 Rc в зависимост от сплавта — и по-меките степени се полират добре, но се износват по-бързо. Полиращите свойства обикновено са добри, което е подходящо за оптични и козметични повърхности.
Практически момент: медната вложка в алуминиево тяло се нуждае от бариерно покритие, където водният канал преминава през двете, като например безтоков никел на гърба на медта, за да се избегне галванична корозия между двете сплави.
Материали за форми на инструментална стомана
Стоманата е подходяща за големи обеми рязане, абразивни или стъклонапълнени смоли и части с високи допустими отклонения. Тя предлага висока твърдост и износоустойчивост, което е причината размерите на кухините да са стабилни в продължение на стотици хиляди цикли.
Разграничете предварително закалените марки — които се обработват машинно и влизат в употреба директно при приблизително 30 Rc — от марките, които се закаляват след машинна обработка до 50 Rc и повече. Твърдостта е в противовес на обработваемостта и топлопроводимостта: по-твърдата пластмасова форма издържа по-дълго, но реже по-бавно и отвежда топлината по-трудно от алуминия.
Съответствие на материала с обема, смолата и изискванията за детайлите
Приложете семействата чрез кратка рутина, в следния ред:
- Колко части? Нисък до среден обем сочи към алуминий; високият обем сочи към стомана.
- Колко абразивна е смолата? Стъкло- или фибро-пълнителите износват бързо пластмасовата форма и предпочитат стоманени или закалени вложки на затвора и в зоните с високо износване.
- Колко строги са допустимите отклонения? Строгите допуски благоприятстват размерната стабилност на стоманата.
- Колко критично е времето за цикъл? Бързите цикли предпочитат алуминиеви или медни вложки в горещите точки.
- Колко голяма е частта? Големите части предпочитат алуминия поради цена и обработваемост.
- Какво позволява бюджетът? Отговорът стеснява семейството; конкретната степен следва от същите отговори.
Обърнете внимание, че инструментите за прототипи и мостове, както и инструментите за производство, са различни инвестиции и трябва да бъдат посочени отделно. Инструмент, създаден за валидиране на дизайн, не е автоматично инструмент, създаден да работи години наред.
Точки при проектирането на пластмасови форми, които определят качеството на детайлите
Това са дизайнерските решения вътре в матрицата, които най-често определят дали частите ще се получат правилно. Всяко от тях е посочено като точка, която трябва да се направи правилно, защо е важна за формованата част и какво трябва да се уточни.
Дебелина на стената и пропорции на характеристиките
Стените трябва да бъдат възможно най-равномерни, доколкото позволява детайлът. Неравномерните стени водят до потъване, деформация, вътрешно напрежение и неточност в размерите, тъй като дебелите секции се охлаждат по-бавно от тънките и деформират детайла, докато се свиват.
Вторичните елементи, като ребра и стени на издатините, обикновено се поддържат на приблизително 40–60 процента от съседната стена, за да се избегне потъване. Препоръчителните диапазони на дебелина на стената се различават в зависимост от смолата – например, ABS обикновено се посочва на около 0.045–0.140 инча, а поликарбонатът на около 0.040–0.150 инча – така че проверете детайла спрямо диапазона за избрания клас.
Когато даден участък е твърде дебел, отстранете сърцевината му, вместо да оставяте плътен материал, и използвайте ребра или клинове вместо удебеляване на стените. Това запазва здравината, като същевременно намалява потъването и дисбаланса на охлаждане.
Ъгли на газене и изхвърляне
Всяка повърхност, успоредна на посоката на отвора на матрицата, се нуждае от наклон. Общоприето начално правило е около един градус на инч от дълбочината на кухината, а текстурираните повърхности се нуждаят от повече - лека текстура може да изисква три градуса или повече, а по-тежки текстури - още повече.
Наклонът е пряко свързан със силата на изхвърляне, ожулванията и вътрешното напрежение, което се проявява по-късно като деформация или извиване. Поддържайте наклона постоянен в цялата част на детайла; повърхност, която е наклонена в една област и почти вертикална в друга, ще се плъзга по време на изхвърляне и ще оставя следи.
Порти, бегачи и баланс на запълване
Видът, размерът и местоположението на шлюза контролират запълването, уплътняването и видимостта на маркировката на шлюза. Твърде малък шлюз ограничава потока и налага по-високо налягане на инжектиране; шлюз, поставен върху козметична повърхност, оставя маркировка, която може да е неприемлива.
При многокухинен дизайн, балансирайте подаването така, че всички кухини да се запълват едновременно и да се натисне. Неправилното боравене с това води до препълване близо до затвора, къси изстрели в отдалечени кухини и заваръчни линии в структурно натоварени зони.
Проектиране на охлаждащия канал и време на цикъла
Охлаждането обикновено доминира времето на цикъла. Диаметърът на канала, разстоянието и разстоянието от повърхността на кухината определят колко бързо топлината напуска детайла: каналите, които са твърде далеч от повърхността, се охлаждат бавно, а каналите, които са твърде близо един до друг, могат да създадат неравномерно охлаждане и напрежение.
В дълбоки ядки използвайте преградно или конформно охлаждане, за да достигнете до области, до които прав пробит канал не може. Неравномерното охлаждане е водеща причина за изкривяване и размерно отклонение, така че дизайнът на охлаждането е решение, свързано с качеството, както и със скоростта.
Свиване, толеранси и контрол на изкривяването
Допускът за свиване се прилага към кухината и варира в зависимост от смолата, посоката и сечението на стената. Толерансът на пластмасово отлятата част трябва да е реалистичен за процеса, а не копиран от чертеж на машинно обработена част; толеранс, който е рутинен за CNC детайл, може да е извън това, което отливането може да поеме върху цял комплект кухина.
Изкривяването обикновено е проблем, свързан с охлаждането и ориентацията. Решете го още в дизайна на пластмасовата матрица – чрез балансиране на охлаждането и разположение на затвора – вместо чрез затягане на допустимите отклонения впоследствие.
Вентилация и повърхностна обработка
Въздухът, задържан пред стопилката, причинява изгаряния, къси впръсквания и високо налягане на инжектиране. Вентилационните отвори са на разделителната линия и в края на пълненето, където въздухът излиза последен.
Зададената повърхностна обработка на детайла се превръща в полиране или текстуриране на кухината. Текстурираната повърхност променя изискването за наклон, така че задайте текстурата и наклона заедно, вместо да добавяте текстура след изрязване на формата.
Често срещани грешки при изработката на пластмасова форма
Тези режими на отказ се повтарят в различните проекти. Струва си да се провери всеки от тях спрямо вашия собствен план, преди да започне инструменталната екипировка.
Проектиране на детайла без оглед на наклона или еднородността на стените. Последицата е повреди от вдлъбване, деформация и изхвърляне, които не могат да бъдат отстранени чрез регулиране на пресата. Корекцията е преглед на проектирането за производствена пригодност, преди да се изчертае каквато и да е геометрия на кухината.
Избор на материал за матрицата, преди обемът и смолата да са известни. Последицата е или прекалено изграден инструмент, който струва повече от необходимото, или недостатъчно изграден инструмент, който се износва по време на работа. Корекцията е първо да се коригира обемът и смолата, а след това да се избере семейството материали.
Пропускане на анализ на запълването или охлаждането на сложни части. Последицата е небалансирано запълване, къси впръсквания и деформация, открити едва при пробно изпълнение, когато промените са скъпи. Корекцията е анализ на потока във формата, преди проектът да бъде пуснат за машинна обработка.
Определяне на допустимите отклонения за машинно обработени детайли при формовани детайли. Последицата е детайл, който се отхвърля поради допустимо отклонение, което процесът не може да поддържа, въпреки че матрицата е правилна. Корекцията е да се зададат допустими отклонения, които отразяват това, което формоването може да постигне за тази смола и геометрия.
Пренебрегване на химичния състав на охлаждащата вода. Последицата е корозия и запушени водопроводи, което забавя циклите и в крайна сметка спира развитието на мухъла. Корекцията е да се поддържа водата близо до неутралната, да се избягват хлорирани биоциди и да се изолират различни метали.
Третиране на първия опит като финална линия. Последицата е пластмасова форма, която се освобождава, преди да е стабилна, и производствени проблеми, които се появяват по-късно. Корекцията е да се регулира и да се повтори, докато проверката на първия артикул премине през цялата кухина, настроена на стабилен цикъл.
Избор на NOBLE за изработка на пластмасови форми и производство на вашите части
NOBLE е производител по договор, базиран в Китай, съвместно китайско-британско предприятие, признато от правителството като национално високотехнологично предприятие, с повече от десет години опит в обработката на части, създаването на прототипи и производството. Сертифицирани сме по ISO 9001:2015 и ISO 13485:2016.
Нашите възможности за обслужване и експертиза в машинната обработка са изградени така, че да позволят на проекта да премине ефективно от прототип до масово производство. Пълно запитване за оферта (RFQ) води до професионална оферта в рамките на 24 часа, прототипите могат да бъдат обработени бързо, а производствената поддръжка продължава в голям обем. Нашите вътрешни възможности обхващат проектиране, прототипи и масово производство на части.
Това е важно за проект за матрица, защото пластмасовата матрица и частите, които тя произвежда, са едно решение, а не две. NOBLE предоставя пълна услуга от проектиране до сглобяване — не само производство: анализ на проектирането за производствена пригодност, изработване на матрици, машинна обработка, повърхностна обработка и сглобяване, подкрепени от вътрешно оборудване за инспекция и процес на качество IQC, IPQC и FQC/OQC. Нашето оборудване за инспекция и цялостна система за контрол на качеството са на разположение, за да гарантират, че вашите прототипи и компоненти са създадени с висока точност.
Ако имате модел на детайла и целеви обем, можете да подадете заявка за оферта (RFQ) за оферта и преглед на производствените възможности. Качете вашите CAD файлове с необходимата информация и нашите инженери ще ви отговорят с анализ на дизайна и прозрачно ценообразуване.
Често задавани въпроси за производството на пластмасови форми
Колко време отнема изработката на пластмасова форма?
Графикът следва етапите, а не еднократно число. Простите форми се движат по-бързо от формите със странични действия или строги козметични изисквания, а цикълът на пробване и настройване добавя време след машинната обработка. Можете да съкратите графика най-много, като финализирате дизайна на детайла и смолата, преди да започне инструменталната обработка.
Какво определя цената на пластмасовата форма?
Основните фактори, влияещи върху разходите, са броят на кухините, размерът и сложността на детайлите, подрязванията и страничните действия, повърхностната обработка и текстура, материалът на матрицата и изискванията за толеранс. Цената на матрицата е еднократна инвестиция, амортизирана през производствения цикъл, така че най-евтината матрица не винаги е с най-ниска обща цена.
Колко кухини трябва да има моята матрица?
Броят на кухините произтича от годишния обем, капацитета на пресата и цената на матрицата спрямо цената на детайл. Инструмент с една кухина често е правилната отправна точка за малък обем или за валидиране на дизайна, преди да се избере инструмент с много кухини.
Може ли прототип на матрица да се използва за производство?
Може да се използва за ограничени обеми, смоли и толеранси, за които инструментът е създаден. Но инструмент, създаден за създаване на прототипи, може да няма твърдост, охлаждане или кавитация за пълен производствен цикъл. Посочете предвидения обем предварително, за да може инструментът да бъде създаден за него.
Какво трябва да предоставя, за да получа оферта за пластмасова форма?
Предоставете 3D модел на детайла, смолата, годишния и експлоатационния обем, изискванията за толеранс и повърхностна обработка, целевото налягане, ако е известно, и датата на доставка. Пълното запитване за оферта (RFQ) е това, което позволява бърза и точна оферта.
Трябва ли да избера алуминий или стомана за моята пластмасова форма?
Алуминият е подходящ за по-бързи цикли, по-ниски разходи за инструменти и малки до средни обеми; стоманата е подходяща за големи обеми, абразивни смоли и строги допуски. Нека обемът и смолата определят решението, вместо да го вземате първо.
