Как определить, подходит ли дизайн моего продукта для выдувного формования?

Когда мы рассматриваем новые запросы на проекты в нашей штаб-квартире в Сингапуре, мы часто видим сложные 3D-модели, которые не готовы к производству. Вы можете быть разочарованы высокими ценами на оснастку или практическими соображениями из-за того, что геометрия не соответствует методу производства.

Определение пригодности включает подтверждение того, что деталь представляет собой полую тонкостенную оболочку, предназначенную для раздувания. Вы должны оценить геометрию на предмет равномерного распределения стенок, обеспечить углы уклона от 1 до 3 градусов и выбрать термопласты с высокой прочностью расплава, такие как HDPE. Кроме того, конструкция должна соответствовать ограничениям коэффициента раздува, чтобы предотвратить чрезмерное утоньшение во время производства.

Прежде чем инвестировать в дорогостоящие пресс-формы, позвольте нам провести вас через критические контрольные точки, которые определяют успешную выдувную деталь.

Имеет ли моя деталь требуемую для процесса выдувного формования полую геометрию?

Мы часто получаем от клиентов конструкции цельных деталей, которые просто невозможно изготовить этим методом. Такое несоответствие приводит к немедленным задержкам в перепроектировании и потере инженерных часов.

Основным геометрическим требованием является то, что компонент должен представлять собой полую тонкостенную оболочку с выходным отверстием, как правило, меньшим, чем корпус. Конструкция должна позволять заготовке полностью раздуваться без препятствий, избегая внутренних поднутрений, которые помешали бы чистому разделению двух половин формы.

Чтобы понять, подходит ли ваша деталь для этого процесса, вы должны визуализировать физику экструзионно-выдувного формования (EBM). Экструзионно-выдувное формование (EBM) ¹. На нашем предприятии во Вьетнаме мы объясняем это клиентам как надувание воздушного шара внутри жесткой коробки. Пластик начинается в виде трубки, называемой заготовкой. Давление воздуха прижимает эту трубку к холодным стенкам формы. Если ваша конструкция цельная или требует сложных внутренних структур, таких как соты, она, вероятно, несовместима.

Ограничение заготовки

Отправной точкой каждой выдувной детали является вертикальная трубка из горячего пластика. Эта трубка свисает под действием силы тяжести. Ваша конструкция должна учитывать это вертикальное падение. Мы ищем четкий путь, где трубка может быть захвачена формой без зацепления перед началом раздувания. Если ваша деталь имеет дикие выступы или горизонтальные расширения далеко от центральной линии, заготовка может не захватить их эффективно.

Размер отверстия по сравнению с корпусом

Классическим признаком пригодности детали для выдувного формования является соотношение горловины (или отверстия) и корпуса. Рассмотрите стандартный топливный бак или бутылку для моющего средства. стандартный топливный бак ². Корпус значительно больше отверстия. Если бы мы использовали литье под давлением для такой формы, нам потребовались бы дорогие разъемные сердечники или поворотные ползуны. Выдувное формование естественным образом справляется с этим "поднутрением", поскольку форма открывается наружу, оставляя позади полое пространство.

Ограничения внутренней геометрии

Вы также должны оценить внутреннюю часть детали. Поскольку внутренняя форма определяется только давлением воздуха, вы не можете установить жесткие допуски для внутренних размеров. жесткие допуски для внутренних размеров ³. Толщина стенки будет варьироваться в зависимости от того, насколько растягивается пластик. Если ваша конструкция требует точного внутреннего паза или резьбового отверстия на внутренней поверхности, выдувное формование, вероятно, не подходит, если вы не планируете обрабатывать ее позже.

Вот краткое справочное руководство, которое мы используем во время наших первоначальных аудитов DFM (проектирование для производства):

Как мне выбрать между выдувным формованием и литьем под давлением для моего индивидуального компонента?

Клиенты часто испытывают трудности с выбором правильного процесса, опасаясь переплатить за оснастку или пожертвовать качеством детали. Эта нерешительность задерживает запуск проектов и создает неопределенность в бюджете.

Вам следует выбрать выдувное формование для полых, объемных деталей, таких как бутылки или баки, где затраты на оснастку должны оставаться ниже. И наоборот, выбирайте литье под давлением для твердых конструкционных компонентов, требующих высокой точности, жестких допусков и сложных внутренних деталей, несмотря на значительно более высокие первоначальные инвестиции в стальные формы.

Когда мы помогаем клиентам из США в поиске заказных деталей, выбор между этими двумя процессами обычно сводится к трем факторам: геометрии, стоимости и допускам.

Сравнение инвестиций в оснастку

Одно из наиболее существенных различий, которое мы объясняем нашим менеджерам по закупкам, — это стоимость формы. Выдувное формование обычно использует более низкое давление (от 25 до 150 фунтов на квадратный дюйм). Это позволяет нам использовать алюминиевые формы или более мягкие стальные сплавы алюминиевые формы ⁴. Эти формы быстрее обрабатываются и легче охлаждаются.

Напротив, литье под давлением работает при огромных давлениях (часто превышающих 10 000 фунтов на квадратный дюйм). Это требует форм из закаленной инструментальной стали, которые дороги и трудоемки в изготовлении. Если ваш бюджет ограничен, а ваша деталь представляет собой большой полый контейнер, выдувное формование предлагает явное финансовое преимущество.

Требования к точности и допускам

Если ваш чертеж требует допусков ±0,005 дюйма для каждой детали, выдувное формование будет сложной задачей. По нашему опыту, выдувное формование менее точно в отношении толщины стенок и веса. Процесс зависит от упругого поведения пластика. Мы можем идеально контролировать внешние линии формы, но внутренняя поверхность формируется воздухом.

Однако литье под давлением заполняет пластиком определенную полость. Это гарантирует, что толщина стенки будет точно такой, какую диктует стальная оснастка. Если ваша деталь соединяется с другими сложными компонентами и требует высокоточных защелок или резьбы, литье под давлением превосходит.

Объем производства и время цикла

Для крупносерийного производства полых деталей выдувное формование эффективно. Однако время охлаждения может быть дольше, поскольку пластик действует как изолятор. пластик действует как изолятор ⁵. Тепло должно проходить через стенку к форме. Циклы литья под давлением могут быть быстрее для тонких деталей, но для толстых деталей они замедляются.

Мы используем следующую матрицу, чтобы помочь нашим клиентам быстро принять решение:

Каким критическим рекомендациям по проектированию толщины стенки и углов уклона я должен следовать?

Игнорирование специфических правил уклона и толщины часто приводит к тому, что детали прилипают к форме или разрываются во время раздувания. Это приводит к высокому проценту брака и нестабильному качеству продукции.

Вертикальные стенки должны иметь достаточные углы уклона, обычно от 1 до 3 градусов, чтобы обеспечить чистое извлечение детали без вакуумной блокировки. Кроме того, конструкция должна соответствовать соотношениям раздувания, при которых глубина полости не превышает половины ширины, чтобы предотвратить чрезмерное утонение стенок.

Проектирование для выдувного формования требует иного подхода, чем механическая обработка или литье под давлением. Наши инженеры уделяют большое внимание "Соотношению раздувания" и "Уклону", чтобы гарантировать возможность изготовления детали.

Правило соотношения раздувания

Наиболее критичной точкой отказа, которую мы видим в конструкциях, являются глубокие, узкие карманы. При выдувном формовании пластик растягивается, как жевательная резинка. Если растянуть Выдувное формование с растяжением ⁶ его слишком сильно, он станет тонким, как бумага, и порвется. Мы используем общее правило: ширина полости (W) должна быть как минимум в два раза больше глубины (D). Это подразумевает соотношение 2:1.

Если ваша конструкция требует очень глубокого вытяжки, мы должны запрограммировать заготовку так, чтобы она была толще в этой области. Однако есть пределы. Если вы нарушите соотношение раздувания, углы первыми выйдут из строя. Мы часто предлагаем добавить к этим углам большие радиусы. Острые углы напрягают материал и вызывают его быстрое утонение.

Уклоны для извлечения

Уклон — это наклон вертикальных стенок. Если стенка идеально вертикальна (0 градусов), деталь создаст вакуум против литьевого металла по мере охлаждения и сжатия. Она прилипнет. На наших заводах мы настаиваем на минимуме 1 градус с каждой стороны. Для текстурированных поверхностей мы требуем еще больше — обычно 1 градус на каждые 0,001 дюйма глубины текстуры.

Без надлежащего уклона система выталкивания может повредить деталь, или время цикла увеличится, потому что нам придется дольше ждать, пока деталь достаточно остынет, чтобы вытолкнуть ее.

Структурная целостность с перемычками

Поскольку вы не можете использовать сплошные ребра (как при литье под давлением) для усиления плоской поверхности, мы используем "перемычки" или "сварные швы". Это конструктивная особенность, при которой форма сжимает две стороны заготовки до тех пор, пока они не соприкоснутся (поцелуются) и не сварятся. Это создает сквозное отверстие или углубление, которое придает огромную структурную жесткость плоским панелям, таким как те, что используются в чемоданах или столешницах.

Радиусы углов

Острые углы — враг выдувного формования. Они задерживают воздух и вызывают образование «мостиков» материала, что приводит к тонким участкам. Мы рекомендуем минимальный радиус угла 0,030 дюйма, но 0,125 дюйма гораздо безопаснее. Большие радиусы позволяют пластику плавно перетекать в угол, обеспечивая равномерную толщину стенки.

Действительно ли выбранный мной пластиковый материал подходит для технологии выдувного формования?

Выбор неправильной смолы вызывает провисание заготовки или плохие сварные швы, делая продукт непроизводительным. Это приводит к пустой трате проб материалов и необходимости повторного поиска поставщиков материалов.

Выбор материала строго ограничен термопластами с высокой прочностью расплава и эластичностью, такими как HDPE, PP и PVC. Необходимо избегать термореактивных смол и смол с низкой вязкостью, поскольку материал должен выдерживать собственный вес, свисая в виде горячей заготовки до закрытия формы.

Когда мы подбираем материалы для наших клиентов в Азии, мы смотрим не только на конечные свойства в техническом описании (например, ударную вязкость Прочность расплава ⁷). Мы должны смотреть на технологические свойства, в частности на "Прочность расплава"."

Важность прочности расплава

При литье под давлением пластик быстро впрыскивается в закрытую форму. Он может быть очень текучим. При выдувном формовании пластик висит в воздухе в виде горячей трубки в течение нескольких секунд. Если материал имеет низкую прочность расплава (как стандартный нейлон или поликарбонат без добавок), гравитация будет тянуть его вниз, как мед. Верхняя часть заготовки станет тонкой, а нижняя — толстой.

Мы в первую очередь рекомендуем полиэтилен высокой плотности (HDPE), потому что он обладает Полиэтилен высокой плотности (HDPE) ⁸ отличной прочностью расплава. Он хорошо держит форму при свисании. Полипропилен (PP) также распространен, но требует более тщательного полипропилен (ПП) ⁹ контроля температуры.

Факторы усадки и охлаждения

Различные материалы усаживаются с разной скоростью. ПНД имеет высокую скорость усадки (около 2-3%). Конструкция вашей формы должна учитывать это. Если вы спроектируете форму с точными конечными размерами, деталь получится слишком маленькой.

Кроме того, полукристаллические материалы, такие как ПЭ и ПП, дают непрозрачные или молочные детали. Если вам нужна прозрачность, как у стекла, вам следует рассмотреть такие материалы, как ПЭТ или ПВХ. Однако ПЭТ обычно обрабатывается методом "выдувного формования с растяжением" (как бутылки для воды), а не стандартным экструзионно-выдувным формованием.

Совместимость материала с текстурой формы

Мы также учитываем, как материал воспроизводит поверхность формы. ПЭ лучше всего работает с пескоструйной или матовой поверхностью. Эта текстура обеспечивает микроскопические каналы для выхода воздуха, когда баллон раздувается у стенки. Если вы используете форму с высокой степенью полировки с ПЭ, воздух застревает, вызывая неприглядные поверхностные ямки, известные как "апельсиновая корка"."

Если ваше применение требует глянцевой отделки, мы можем предложить использовать ПП или ПВХ, но мы должны оптимизировать вентиляцию формы, чтобы предотвратить захват воздуха.

Тенденции в области устойчивого развития

Мы наблюдаем массовый переход к использованию переработанного ПНД (rHDPE) в выдувном формовании. Переработанный ПНД (rHDPE) ¹⁰. Поскольку сердцевина стенки скрыта, мы иногда можем использовать процесс "соэкструзии". Это помещает слой первичного материала снаружи для внешнего вида и слой переработанного материала внутри для снижения затрат и устойчивости. Это требует совместимых материалов, которые будут химически связываться друг с другом.

Заключение

Определение того, подходит ли ваша конструкция для выдувного формования, требует целостного рассмотрения геометрии, требований к точности и поведения материала. Обеспечив, чтобы ваша деталь представляла собой полый корпус, соблюдая соотношение раздува 2:1 и обеспечивая достаточный угол уклона, вы сможете использовать этот эффективный процесс. Если вы будете следовать этим рекомендациям, вы избежите дорогостоящих ошибок в оснастке и обеспечите бесперебойное производство.

Сноски

1. Общий обзор конкретного обсуждаемого производственного процесса. ↩︎

2. Официальные государственные нормы безопасности для автомобильных топливных баков. ↩︎

3. Международная организация по стандартизации, определяющая допуски для формованных пластиковых деталей. ↩︎

4. Отраслевая ассоциация, предоставляющая стандарты для материалов алюминиевых форм. ↩︎

5. Учебный ресурс, объясняющий свойства теплопроводности полимеров. ↩︎

6. Объяснение особого варианта процесса, используемого для бутылок из ПЭТ. ↩︎

7. Техническое определение реологических свойств, критически важных для переработки. ↩︎

8. Основные спецификации производителя для полиэтилена высокой плотности марки для выдувного формования. ↩︎

9. Технические данные по полипропиленовым смолам от ведущего поставщика. ↩︎

10. Государственные данные и определения, касающиеся показателей переработки пластмасс. ↩︎