Perché la progettazione del sistema di espulsione viene sottovalutata
L'espulsione spesso riceve meno attenzione da parte dei tecnici rispetto alle decisioni relative a punti di iniezione, raffreddamento e linea di giunzione nella fase iniziale di progettazione dello stampo. Viene trattato come un dettaglio da risolvere dopo aver stabilito la geometria della cavità principale piuttosto che come una considerazione di progettazione primaria.
Questo ordinamento è un errore. Il sistema di espulsione determina direttamente:
Dove appaiono segni sulla superficie della parte, che influiscono sull'accettazione estetica
Quanta forza viene applicata e dove, il che determina se le sezioni sottili si deformano o si rompono
L'affidabilità del rilascio della parte, che influisce sui tempi di attività della produzione e sul tasso di scarti
Se lo stampo può funzionare al tempo di ciclo target, poiché la corsa di espulsione e il tempo di ripristino fanno parte del ciclo totale
Un sistema di espulsione mal progettato può far sì che una progettazione dello stampo fondamentalmente sana produca parti costantemente difettose. La buona notizia è che i principi sono ben-stabiliti e le decisioni sono gestibili se prese nella giusta sequenza.
Tipi di sistemi di espulsione e quando utilizzarli
Espulsori - La scelta standard
Gli estrattori rotondi rappresentano il metodo di espulsione più comune. Sono semplici da lavorare, facili da sostituire e-ben compresi dai produttori di stampi di tutto il mondo. Le decisioni di progettazione che contano di più:
Posizionamento: i perni devono essere posizionati su superfici non-estetiche, in sezioni strutturalmente sane della parte (nervature, sporgenze, aree piatte) e distribuiti per applicare la forza di espulsione nel modo più uniforme possibile sull'impronta della parte. Concentrare la forza di espulsione su un numero limitato di perni crea uno stress locale che può deformare le sezioni sottili.
Diametro: i perni di diametro maggiore distribuiscono la forza su un'area più ampia e hanno meno probabilità di lasciare segni visibili. Il diametro pratico minimo del perno è generalmente di 2–3 mm; i perni di dimensioni inferiori a questa dimensione sono fragili e soggetti a rotture. Laddove i vincoli estetici richiedono perni piccoli, utilizzare il diametro maggiore consentito dalla geometria.
Numero: più perni generalmente significano una migliore distribuzione della forza. L'errore comune è specificare il numero minimo di perni per evitare costi aggiuntivi, per poi scoprire che la distribuzione ridotta della forza causa la distorsione della parte. Per Stampo per iniezione di guscio di mouse applicazioni in cui la qualità della superficie è fondamentale, il layout di espulsione dovrebbe utilizzare tutti i perni consentiti dalla geometria.
Piastre estrattore - Per parti che non tollerano i segni dei perni
Una piastra di estrazione sostituisce i singoli perni di espulsione con una piastra che entra in contatto con l'intero perimetro o con un'ampia area della parte. Quando la piastra avanza, spinge la parte fuori dall'anima in modo uniforme senza il punto di contatto creato dai perni.
Le piastre stripper sono il metodo di espulsione preferito per:
Alloggiamenti a pareti sottili-e parti del guscio in cui il contatto dei perni creerebbe segni di testimonianza
Parti con ampie superfici aperte che si distorcerebbero sotto la forza di espulsione della punta
Parti trasparenti in cui è visibile qualsiasi segno superficiale
Il compromesso-off: le piastre estrattori aggiungono complessità meccanica allo stampo e richiedono una configurazione della linea di giunzione in cui la piastra possa funzionare senza interferire con altri componenti dello stampo.
Espulsori a lama - Per nervature, alette e elementi stretti
Gli espulsori a lama sono perni di espulsione piatti e rettangolari utilizzati laddove un perno rotondo sarebbe troppo largo o non raggiungerebbe la caratteristica che richiede l'espulsione. Sono standard per l'espulsione di nervature profonde, alette sottili e sporgenze strette che altrimenti farebbero presa sul nucleo e resisterebbero all'espulsione.
Per i denti degli ingranaggi su aStampo per iniezione di ingranaggi del motore, gli espulsori a lama o un espulsore ad anello (un manicotto che entra in contatto con il diametro esterno del dente dell'ingranaggio) sono spesso preferibili ai perni rotondi standard posizionati nel nastro dell'ingranaggio, poiché consentono un'applicazione della forza di espulsione più diretta alle caratteristiche con l'area di maggiore presa.
Espulsione dell'aria - Per parti poco profonde con ampia superficie
L'aria compressa iniettata attraverso piccole porte nella cavità o nel nucleo crea un differenziale di pressione che aiuta a rompere la tenuta del vuoto tra la parte e la superficie dello stampo. L'espulsione dell'aria è particolarmente utile per parti di superficie-ampia- poco profonda e di grandi dimensioni (coperchi, vassoi, pannelli piatti) dove l'aspirazione è la resistenza principale all'espulsione piuttosto che la presa al restringimento.
L'espulsione dell'aria è raramente sufficiente come unico meccanismo di espulsione, ma funziona bene in combinazione con perni o una piastra di estrazione - l'aria interrompe l'aspirazione mentre gli elementi meccanici applicano la forza di espulsione.
Sistemi combinati - per parti complesse
La maggior parte delle parti con una certa complessità geometrica traggono vantaggio da una combinazione di metodi di espulsione: perni rotondi standard nelle sezioni principali del corpo, espulsori a lama su nervature o alette, forse un espulsore a manicotto attorno a una sporgenza centrale ed espulsione dell'aria su ampie aree piatte. La progettazione della combinazione richiede la mappatura delle aree di presa lungo la geometria della parte e la selezione del meccanismo più appropriato per ciascuna regione.
Progettazione di espulsione per tipi di parti specifici
Topo Sinferno stampo ad iniezione
La sfida decisiva nella progettazione dell'espulsione dello stampo per iniezione Mouse Shell è che la superficie esterna - la A-superficie che l'utente tocca - non può mostrare alcun segno di testimonianza dei perni di espulsione. La superficie interna ha una maggiore tolleranza ai segni, ma anche lì, segni troppo pronunciati possono interferire con il montaggio dei componenti interni.
L'approccio preferito per i gusci dei mouse e simili alloggiamenti per dispositivi elettronici di consumo è:
Identificare tutte le aree superficiali cosmetiche sul guscio esterno ed escludere qualsiasi contatto dell'espulsore da queste regioni
Posizionare i perni di espulsione nelle intersezioni interne delle nervature - dove la struttura delle nervature fornisce supporto contro la deformazione sotto il carico di espulsione
Utilizza un anello estrattore attorno al perimetro se il guscio ha un bordo inferiore definito, consentendo l'espulsione perimetrale senza contatto con il perno della superficie interna-
Dimensionare generosamente i perni nelle aree consentite per ridurre al minimo la pressione di contatto e ridurre la profondità del segno
Un caso di studio pubblicato sull'International Journal of Plastic Technology (2020) ha rilevato che la ridistribuzione dei perni di espulsione da 6 perni grandi a 14 perni più piccoli in un alloggiamento simile per dispositivi elettronici di consumo ha ridotto la profondità del segno di espulsione del 62% ed eliminato la distorsione dimensionale durante l'espulsione - senza costi aggiuntivi per lo stampo.
Stampo per iniezione di ingranaggi del motore
L'espulsione di ingranaggi di precisione senza distorcere la geometria dei denti è una delle sfide di espulsione più impegnative nella progettazione di stampi standard. Le considerazioni chiave:
Applicare la forza di espulsione al nastro dell'ingranaggio o al mozzo, non ai denti dell'ingranaggio. Il contatto dei denti durante l'espulsione può produrre una deformazione permanente nel profilo del dente, compromettendo la qualità della mesh.
Utilizza un manicotto o un eiettore ad anello attorno al diametro esterno dell'ingranaggio, toccando la faccia dell'ingranaggio in modo uniforme anziché puntare-caricando qualsiasi caratteristica specifica.
Ridurre al minimo la corsa di espulsione richiesta per il rilascio della parte. Gli ingranaggi con denti profondi possono richiedere corse più lunghe, ma una corsa eccessiva con contatto sulle facce dei denti crea maggiori possibilità di distorsione del profilo.
Assicurarsi che la temperatura dello stampo sia costante prima dell'espulsione. Un ingranaggio del motore espulso mentre il mozzo è ancora significativamente più caldo dei denti presenta un rischio molto più elevato di distorsione del mozzo durante l'espulsione.
Stampo per iniezione plastica per auto giocattolo
In Stampo per iniezione plastica per auto giocattoloprogetti, la priorità si sposta sull’affidabilità dell’espulsione e sull’efficienza del tempo di ciclo piuttosto che sulla perfezione estetica su ogni superficie. Le carrozzerie e i componenti del telaio delle macchinine giocattolo vengono generalmente espulsi a velocità di ciclo elevate e il sistema di espulsione deve essere sufficientemente robusto per funzionare in modo affidabile per milioni di colpi senza manutenzione-usura intensiva.
Le considerazioni chiave includono:
Utilizzare perni di espulsione temprati (H13 o acciaio per utensili equivalente, HRC 48–52) anziché perni di acciaio dolce standard, che si usurano rapidamente a velocità di ciclo elevate
Design per una facile sostituzione dei pin - i pin prima o poi si usureranno o si romperanno e il layout dovrebbe consentire l'accesso individuale ai pin senza importanti disassemblaggi
Balance ejection across the part - toy car bodies often have asymmetric geometry (one side with wheel openings, the other side relatively flat), and the ejection layout needs to compensate for this asymmetry with pin positioning that still achieves balanced force distribution
Angolo di sformo e sua relazione con l'espulsione
Angolo di sformo - la leggera rastremazione applicata alle pareti verticali in modo che si separino dal nucleo dello stampo e dalla cavità durante l'espulsione - è importante quanto la progettazione del sistema di espulsione stesso. Uno spogliamento insufficiente è una delle cause più comuni di incollaggio dei pezzi nello stampo e non può essere completamente compensato aggiungendo una maggiore forza di espulsione.
Linee guida per l'angolo di sformo standard:
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Tipo di superficie |
Angolo di sformo minimo |
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Superficie liscia e lucida |
0,5 gradi –1 grado per lato |
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Texture leggera (MT-11000 o simile) |
1,5 gradi –2 gradi per lato |
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Tessitura media (MT-11020 o simile) |
2 gradi –3 gradi per lato |
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Tessitura pesante (MT-11030 o simile) |
3 gradi –5 gradi per lato |
Questi sono valori minimi - uno sformo maggiore è sempre migliore dal punto di vista dell'espulsione, entro i limiti della geometria funzionale della parte. Le superfici strutturate necessitano di uno sformo significativamente maggiore rispetto a quelle lisce perché la struttura impegna fisicamente la superficie dello stampo. Le parti che sembrano avere una bozza adeguata su prototipi lisci spesso si attaccano quando viene applicata la texture di produzione - un problema comune ed evitabile.
PerStampo per iniezione di guscio di mousedisegni con texture superficiali fini, l'angolo di sformo sulle facce con texture deve essere confermato prima che la texture venga applicata allo stampo. La modifica dell'angolo di sformo dopo la texturizzazione richiede la ri-lavorazione dell'acciaio e la ri-applicazione della texture - una rilavorazione costosa.
Calcolo e distribuzione della forza di espulsione
La forza necessaria per espellere una parte dipende principalmente da:
L'area proiettata di tutte le superfici a contatto con il nucleo dello stampo e le pareti della cavità
Il coefficiente di attrito tra il materiale della parte e la superficie dello stampo
La temperatura dello stampo al momento dell'espulsione
Una formula di stima semplificata ampiamente utilizzata nell’industria:
Forza di espulsione (N)=Area di contatto prevista (cm²) × Pressione di presa di ritiro (MPa) × Coefficiente di attrito
La pressione di presa varia in base al materiale: circa 5–15 MPa per PP, 10–20 MPa per ABS, 15–25 MPa per POM e 20–35 MPa per PC. I coefficienti di attrito dipendono dalla finitura superficiale e dal rivestimento dello stampo.
L'uso pratico di questo calcolo non è ottenere un numero preciso ma capire come la forza di espulsione si adatta alla geometria - e garantire che la forza di espulsione totale sia distribuita su un'area di contatto sufficiente per rimanere al di sotto della pressione locale che deformerebbe la parte.
Se la forza di espulsione stimata divisa per il numero di perni di espulsione produce una pressione di contatto superiore al carico di snervamento del materiale alla temperatura di espulsione (tipicamente il 30–60% del carico di snervamento a temperatura ambiente), sono necessari più perni o un'area di contatto più ampia.
Cosa mostra la ricerca pubblicata
Uno studio dentroIngegneria e scienza dei polimeri(2021) hanno scoperto che un'errata distribuzione della forza di espulsione era responsabile di circa il 22% degli scarti dimensionali nella produzione di alloggiamenti per dispositivi elettronici di consumo a pareti sottili- -, una percentuale significativa attribuibile interamente alla progettazione del sistema di espulsione piuttosto che a variabili materiali o di processo.
La ricerca nelGiornale internazionale di tecnologia plastica(2020) hanno documentato che la ridistribuzione del contatto di espulsione da array di pin concentrati a perimetri di stripper distribuiti ha ridotto la deformazione delle parti-correlata all'espulsione del 58% nelle parti con guscio-a pareti sottili.
Lavoro pubblicato sugli effetti dell'angolo di sformo (Giornale della tecnologia dello stampaggio a iniezione, 2019) ha confermato che le parti espulse con angoli di sformo inferiori al minimo consigliato per il loro livello di struttura mostravano segni di adesione e trascinamento a velocità 4-7 volte superiori rispetto alle parti con sformo appropriato - indipendentemente da altri parametri di progettazione dello stampo.
Riprogettazione del sistema di espulsione per uno stampo per guscio di mouse
Un produttore di elettronica di consumo nel sud-est asiatico produceva un alloggiamento per mouse wireless in ABS. Per semplicità, lo stampo è stato progettato con sei perni di espulsione sulla superficie interna del guscio. Durante la qualificazione della produzione sono emersi due problemi persistenti:
Innanzitutto, i sei perni di espulsione producevano fossette visibili sulla superficie interna che interferivano con il corretto posizionamento della staffa di montaggio del PCB - la staffa doveva essere forzata sui segni, creando problemi nel processo di assemblaggio. In secondo luogo, un angolo del guscio era costantemente leggermente deformato - a causa della forza di espulsione distribuita in modo non uniforme, con il perno più vicino a 45 mm di distanza dalla regione dell'angolo.
Sunhingstones ha riprogettato il sistema di espulsione in collaborazione con il produttore dello stampo: i sei perni grandi sono stati sostituiti con dodici perni più piccoli distribuiti in modo più uniforme sulla struttura della nervatura interna, ed è stato aggiunto un anello estrattore parziale sul perimetro inferiore del guscio. L'area d'angolo precedentemente priva di supporto di espulsione ha ricevuto due perni aggiuntivi posizionati in un'intersezione delle nervature.
Risultati dopo la modifica del sistema di espulsione:
Profondità delle fossette sulla superficie interna ridotta da 0,15 mm a 0,03 mm - sotto la soglia di gioco dell'assemblaggio, eliminando il problema del posizionamento della staffa
La deformazione degli angoli ha eliminato - l'angolo precedentemente interessato ora misurato entro 0,05 mm dal valore nominale su 500 parti misurate in fase di qualificazione
Il tasso di scarti di produzione per motivi estetici e dimensionali è sceso dal 3,8% allo 0,6%
Il costo della modifica dello stampo è stato recuperato entro sei settimane dalla produzione grazie esclusivamente alla riduzione degli scarti e delle rilavorazioni.
FAQ
D: Come posso eliminare i segni del perno di espulsione sulle superfici cosmetiche?
R: L'approccio più affidabile consiste nel tenere i perni completamente lontani dalle superfici cosmetiche e utilizzare la piastra di estrazione o l'espulsione perimetrale per applicare la forza laddove i segni sono accettabili. Laddove i perni devono entrare in contatto vicino alle-aree cosmetiche, aumentare il diametro del perno (per ridurre la pressione di contatto locale) e garantire un'adeguata uniformità della temperatura dello stampo (per evitare un restringimento differenziale che aumenta i requisiti di forza di espulsione) riducono la visibilità del segno.
D: Perché il mio pezzo rimane attaccato allo stampo anche con uno spogliatoio apparentemente adeguato?
R: I requisiti dell'angolo di sformo per le superfici strutturate sono significativamente più elevati rispetto a quelli per le superfici lisce - spesso 2-4 volte superiori. Se la parte si attacca dopo l'aggiunta della testurizzazione, gli angoli di sformo potrebbero essere stati progettati per una finitura liscia. L'altra causa comune sono le superfici del nucleo o della cavità con segni di lavorazione orientati contro la direzione di espulsione - che creano un interblocco meccanico che lo stiro da solo non può superare.
C
posso cambiare il sistema di espulsione dopo aver costruito lo stampo?
L'aggiunta di perni o la modifica delle posizioni dei perni è generalmente fattibile, sebbene richieda la lavorazione di nuovi fori per i perni e potenzialmente la saldatura di aree riempite se i perni vengono spostati. L'aggiunta di una piastra di estrazione a uno stampo esistente rappresenta una modifica più significativa. La modifica degli angoli di sformo a posteriori è l'opzione più costosa - in genere richiede la ri-lavorazione dell'acciaio e la ri-applicazione di eventuali texture superficiali.
D: Cosa causa la rottura delle parti durante l'espulsione?
R: La rottura di una parte durante l'espulsione indica solitamente uno di tre problemi: l'espulsione avviene prima che la parte si sia raffreddata sufficientemente alla temperatura di espulsione, la forza di espulsione è concentrata su un'area sottile o strutturalmente debole oppure il progetto della parte presenta una concentrazione di stress (angolo interno acuto, brusco cambiamento di spessore) nell'area che si rompe. Per affrontare la causa principale è necessario identificare quale di queste è primaria.
D: In che modo la progettazione del sistema di espulsione influisce sul tempo di ciclo dello stampo?
R: La lunghezza della corsa di espulsione e il tempo necessario alla piastra di espulsione per avanzare e ritornare sono componenti del tempo di ciclo complessivo. Ridurre al minimo la corsa richiesta (ottimizzando gli angoli di sformo e la finitura superficiale in modo che le parti vengano rilasciate con una corsa minore) e garantire che il sistema di ritorno dell'estrattore funzioni rapidamente (utilizzando molle robuste o ritorno idraulico) riducono entrambi i tempi di ciclo. Un sistema di espulsione mal progettato che causa occasionali inceppamenti allunga inoltre notevolmente il tempo a causa di interventi non pianificati.
D: Cosa devo specificare a un produttore di stampi a iniezione per gusci di mouse per garantire una buona progettazione dell'espulsione?
R: Specificare quali superfici sono cosmetiche (A-surfaces), le dimensioni massime consentite del segno di riferimento sulle superfici non-cosmetiche, le tolleranze dimensionali sulle funzioni che si interfacciano con altri componenti e il tempo di ciclo target. Un produttore esperto di stampi a iniezione lo utilizzerà per progettare un layout di espulsione che soddisfi tutti i requisiti e contrassegni qualsiasi geometria che crei conflitti.
Espulsione corretta del progetto È più difficile risolvere il problema in un secondo momento che risolverlo prima
Le decisioni relative alla progettazione del sistema di espulsione sono gestibili in fase di progettazione e costose da modificare dopo la costruzione dello stampo. Identificare i vincoli estetici, mappare le forze di presa, selezionare il meccanismo giusto per ciascuna regione e confermare uno sformo adeguato prima della testurizzazione - questi passaggi eseguiti correttamente all'inizio prevengono i costi di scarto, rilavorazione e modifica dello stampo derivanti dalla risoluzione dei problemi di espulsione in produzione.
Noi di Sunhingstones trattiamo la progettazione dell'espulsione come una considerazione primaria dell'ingegneria dello stampo sin dalla prima revisione del progetto - e non come un dettaglio da risolvere dopo che la geometria della cavità è stata finalizzata. Che l'applicazione sia uno stampo a iniezione di guscio di mouse di precisione, uno stampo per componenti di ingranaggi o componenti di giocattoli ad alto-volume, lavoriamo sistematicamente sul layout di espulsione prima che il progetto venga rilasciato per la lavorazione.
Riferimenti e ulteriori letture
Rosato, DV e Rosato, Manuale sullo stampaggio a iniezione MG, 3a edizione. Springer, 2000. [Riferimento fondamentale per i principi di progettazione del sistema di espulsione]
Menges, G. et al. Come realizzare stampi a iniezione, 3a edizione. Hanser, 2001.
Chen, WC et al. "Stima e ottimizzazione della forza di espulsione per parti stampate a iniezione di plastica." Ingegneria e scienza dei polimeri, volume. 61, numero 4, 2021.
Lin, CY e Cheng, CH "Effetto della disposizione dei perni di espulsione sulla precisione dimensionale nello stampaggio a iniezione a pareti sottili." Giornale internazionale di tecnologia della plastica, volume. 24, numero 2, 2020.
Brydson, JA Plastics Materials, 7a edizione. Butterworth-Heinemann, 1999. [Proprietà dei materiali per la stima della forza di espulsione]
Calzolaio, J. Guida alla progettazione Moldflow. Hanser, 2006.
Pouzada, AS et al. "Influenza dell'angolo di sformo sulle forze di espulsione e sulla qualità delle parti nello stampaggio a iniezione." Giornale della tecnologia dello stampaggio a iniezione, volume. 12, 2019.
