Hoe ontwerp je het uitwerpsysteem van spuitgietmatrijzen?

Uitwerpen krijgt vaak minder technische aandacht dan beslissingen over poorten, koeling en scheidingslijnen in de initiële matrijsontwerpfase. Het wordt behandeld als een detail dat moet worden opgelost nadat de geometrie van de hoofdholte is vastgesteld, in plaats van als een primaire ontwerpoverweging.

Deze bestelling is een vergissing. Het uitwerpsysteem bepaalt direct:

Waar er sporen op het oppervlak van het onderdeel verschijnen, wat de cosmetische acceptatie beïnvloedt

Hoeveel kracht wordt uitgeoefend en waar, wat bepaalt of dunne delen vervormen of barsten

Hoe betrouwbaar het onderdeel vrijkomt, wat van invloed is op de productie-uptime en het uitvalpercentage

Of de matrijs op de beoogde cyclustijd kan draaien, aangezien de uitwerpslag en de resettijd deel uitmaken van de totale cyclus

Een slecht ontworpen uitwerpsysteem kan ervoor zorgen dat een fundamenteel gezond matrijsontwerp consistent defecte onderdelen produceert. Het goede nieuws is dat de principes goed zijn vastgelegd-en dat de beslissingen beheersbaar zijn als ze in de juiste volgorde worden genomen.

Uitwerppennen - De standaardkeuze

Ronde uitwerppennen zijn de meest voorkomende uitwerpmethode. Ze zijn eenvoudig te bewerken, eenvoudig te vervangen en worden-goed begrepen door matrijzenmakers over de hele wereld. De ontwerpbeslissingen die er het meest toe doen:

Plaatsing: Pins moeten op niet-cosmetische oppervlakken worden geplaatst, in structureel gezonde delen van het onderdeel (ribben, nokken, vlakke gebieden) en worden verdeeld om de uitwerpkracht zo gelijkmatig mogelijk over de voetafdruk van het onderdeel uit te oefenen. Het concentreren van de uitwerpkracht op een klein aantal pinnen creëert lokale spanning die dunne delen kan vervormen.

Diameter: Pennen met een grotere diameter verdelen de kracht over een groter gebied en laten minder snel zichtbare sporen achter. De minimale praktische pindiameter is doorgaans 2 à 3 mm; pinnen onder dit formaat zijn kwetsbaar en vatbaar voor breuk. Als cosmetische beperkingen kleine pinnen vereisen, gebruik dan de grootste diameter die de geometrie toelaat.

Aantal: Meer pinnen betekenen over het algemeen een betere krachtverdeling. De veelgemaakte fout is het specificeren van het minimum aantal pinnen om extra kosten te voorkomen, en vervolgens ontdekken dat de verminderde krachtverdeling onderdeelvervorming veroorzaakt. Voor Muisschelp spuitgietmatrijs toepassingen waarbij de oppervlaktekwaliteit van cruciaal belang is, moet de uitwerplay-out zoveel pinnen gebruiken als de geometrie toelaat.

Stripperplaten - Voor onderdelen die geen speldmarkeringen verdragen

Een stripperplaat vervangt individuele uitwerppennen door een plaat die contact maakt met de volledige omtrek of een groot deel van het onderdeel. Wanneer de plaat voortbeweegt, duwt deze het onderdeel gelijkmatig van de kern, zonder het puntcontact dat pinnen creëren.

Stripperplaten zijn de geprefereerde uitwerpmethode voor:

Dun-wandige behuizingen en schaaldelen waarbij pincontact getuigensporen zou veroorzaken

Onderdelen met grote open oppervlakken die zouden vervormen onder de puntuitwerpkracht

Transparante delen waar eventuele markeringen op het oppervlak zichtbaar zijn

Het nadeel-: stripplaten voegen mechanische complexiteit toe aan de matrijs en vereisen een scheidingslijnconfiguratie waarbij de plaat kan werken zonder andere matrijscomponenten te hinderen.

Mesuitwerpers - Voor ribben, vinnen en smalle kenmerken

Mesuitwerpers zijn platte, rechthoekige uitwerppennen die worden gebruikt waar een ronde pen te breed zou zijn of de functie zou missen die uitwerpen vereist. Ze zijn standaard voor het uitwerpen van diepe ribben, dunne vinnen en smalle uitsteeksels die anders de kern zouden vastgrijpen en het uitwerpen zouden weerstaan.

Voor de tandwieltanden op aMotortandwiel spuitgietmatrijsBladuitwerpers of een ringuitwerper (een huls die contact maakt met de buitendiameter van de tandwieltand) verdienen vaak de voorkeur boven standaard ronde pennen die in het tandwielweb zijn geplaatst, omdat ze een directere uitwerpkracht mogelijk maken op de onderdelen met het meeste gripgebied.

Luchtuitstoot - Voor ondiepe delen met een groot oppervlak

Perslucht die via kleine poorten in de holte of kern wordt geïnjecteerd, creëert een drukverschil dat helpt de vacuümafdichting tussen het onderdeel en het matrijsoppervlak te verbreken. Luchtuitstoot is het nuttigst voor ondiepe onderdelen met een groot -oppervlak- (deksels, bakken, platte panelen) waarbij zuigkracht de primaire weerstand tegen uitwerpen is en niet de krimpkracht.

Luchtuitwerping is zelden voldoende als het enige uitwerpmechanisme, maar werkt goed in combinatie met pinnen of een stripperplaat - de lucht verbreekt de zuigkracht terwijl mechanische elementen de uitwerpkracht uitoefenen.

Gecombineerde systemen - Voor complexe onderdelen

De meeste onderdelen met enige geometrische complexiteit profiteren van een combinatie van uitwerpmethoden: standaard ronde pinnen in de hoofdgedeelten van het lichaam, mesuitwerpers bij ribben of vinnen, misschien een mouwuitwerper rond een centrale naaf, en luchtuitwerping op grote vlakke gebieden. Het ontwerpen van de combinatie vereist het in kaart brengen van de gripgebieden over de geometrie van het onderdeel en het selecteren van het meest geschikte mechanisme voor elke regio.

Muis Shel spuitgietmatrijs

De belangrijkste uitdaging bij het uitwerpen van muisschalen met spuitgietmatrijzen is dat het buitenoppervlak - het A-oppervlak dat de gebruiker aanraakt - geen sporen van uitwerppennen kan vertonen. Het binnenoppervlak heeft meer tolerantie voor markeringen, maar zelfs daar kunnen markeringen die te uitgesproken zijn de montage van de interne componenten belemmeren.

De voorkeursaanpak voor muisschalen en soortgelijke behuizingen voor consumentenelektronica is:

Identificeer alle cosmetische oppervlakken op de buitenschaal en sluit elk contact met de uitwerper uit deze gebieden uit

Plaats uitwerppennen op interne ribkruisingen - waar de ribstructuur ondersteuning biedt tegen vervorming onder uitwerpbelasting

Gebruik een stripring rond de omtrek als de schaal een gedefinieerde onderrand heeft, waardoor uitwerpen van de omtrek mogelijk is zonder pincontact met het binnen-oppervlak

Maak de pinnen ruim op maat in de toegestane gebieden om de contactdruk te minimaliseren en de markeringsdiepte te verminderen

Uit een gepubliceerde casestudy in het International Journal of Plastic Technology (2020) bleek dat het herverdelen van uitwerppennen van 6 grote pinnen naar 14 kleinere pinnen in een vergelijkbare behuizing voor consumentenelektronica de diepte van de uitwerpmarkering met 62% verminderde en dimensionale vervorming tijdens het uitwerpen elimineerde - zonder extra malkosten.

Motortandwiel spuitgietmatrijs

Het uitwerpen van precisietandwielen zonder de tandgeometrie te vervormen is een van de meest veeleisende uitwerpuitdagingen bij het standaard matrijsontwerp. De belangrijkste overwegingen:

Oefen de uitwerpkracht uit op het tandwiel of de naaf, niet op de tandwieltanden. Tandcontact tijdens het uitwerpen kan permanente vervorming van het tandprofiel veroorzaken, waardoor de meshkwaliteit in gevaar komt.

Gebruik een huls of ringuitwerper rond de buitendiameter van het tandwiel, zodat deze gelijkmatig in contact komt met de voorkant van het tandwiel, in plaats van dat u een specifiek kenmerk punt-laadt.

Minimaliseer de uitwerpslag die nodig is voor het vrijgeven van onderdelen. Tandwielen met diepe tanden kunnen langere slagen vereisen, maar overmatige slag met contact op tandvlakken creëert meer kans op profielvervorming.

Zorg ervoor dat de maltemperatuur consistent is voordat deze wordt uitgeworpen. Een motortandwiel dat wordt uitgeworpen terwijl de naaf nog aanzienlijk heter is dan de tanden, loopt een veel groter risico op naafvervorming tijdens het uitwerpen.

Speelgoedauto kunststof spuitgietmatrijs

In Speelgoedauto kunststof spuitgietmatrijsontwerpen, verschuift de prioriteit naar uitwerpbetrouwbaarheid en cyclustijdefficiëntie in plaats van cosmetische perfectie op elk oppervlak. De carrosserieën en chassisonderdelen van speelgoedauto's worden doorgaans met hoge cyclussnelheden uitgeworpen, en het uitwerpsysteem moet robuust genoeg zijn om betrouwbaar te functioneren over miljoenen schoten zonder onderhouds-intensieve slijtage.

Belangrijke overwegingen zijn onder meer:

Gebruik geharde uitwerppennen (H13 of gelijkwaardig gereedschapsstaal, HRC 48–52) in plaats van standaard stalen pennen, die snel slijten bij hoge cyclussnelheden

Ontwerp voor gemakkelijke pinvervanging - pins zullen uiteindelijk slijten of breken, en de lay-out moet individuele pintoegang mogelijk maken zonder grote demontage

Balansuitwerping over het onderdeel - carrosserieën van speelgoedauto's hebben vaak een asymmetrische geometrie (de ene kant met wielopeningen, de andere kant relatief vlak), en de uitwerpindeling moet deze asymmetrie compenseren met pinpositionering die nog steeds een evenwichtige krachtverdeling bereikt

Trekhoek - de lichte tapsheid die wordt toegepast op verticale wanden, zodat deze tijdens het uitwerpen loskomen van de vormkern en holte - is net zo belangrijk als het ontwerp van het uitwerpsysteem zelf. Onvoldoende trek is een van de meest voorkomende oorzaken van het vastplakken van onderdelen in de mal en kan niet volledig worden gecompenseerd door meer uitwerpkracht toe te voegen.

Standaard richtlijnen voor diepgangshoeken:

Dit zijn minimumwaarden - meer diepgang is altijd beter vanuit het oogpunt van uitwerpen, binnen de beperkingen van de functionele geometrie van het onderdeel. Getextureerde oppervlakken hebben aanzienlijk meer trek nodig dan gladde oppervlakken, omdat de textuur fysiek in contact komt met het maloppervlak. Onderdelen die eruitzien alsof ze voldoende diepgang hebben op gladde prototypes, blijven vaak hangen als de productietextuur wordt toegepast - een veel voorkomend en vermijdbaar probleem.

VoorMuisschelp spuitgietmatrijsontwerpen met fijne oppervlaktestructuren moet de trekhoek op gestructureerde oppervlakken worden bevestigd voordat de textuur op de mal wordt aangebracht. Als u de trekhoek na het textureren verandert, moet u het staal opnieuw- bewerken en-de textuur opnieuw aanbrengen -, een dure nabewerking.

De kracht die nodig is om een ​​onderdeel uit te werpen, hangt voornamelijk af van:

Het geprojecteerde oppervlak van alle oppervlakken die in contact komen met de vormkern en de wanden van de spouw

De wrijvingscoëfficiënt tussen het onderdeelmateriaal en het matrijsoppervlak

De matrijstemperatuur op het moment van uitwerpen

Een vereenvoudigde schattingsformule die veel wordt gebruikt in de industrie:

Uitwerpkracht (N)=Geprojecteerd contactoppervlak (cm²) × Krimpgreepdruk (MPa) × Wrijvingscoëfficiënt

De grijpdruk varieert per materiaal: ongeveer 5–15 MPa voor PP, 10–20 MPa voor ABS, 15–25 MPa voor POM en 20–35 MPa voor PC. Wrijvingscoëfficiënten zijn afhankelijk van de oppervlakteafwerking en de malcoating.

Het praktische gebruik van deze berekening is niet om een ​​precies getal te krijgen, maar om te begrijpen hoe de uitwerpkracht schaalt met de geometrie - en om ervoor te zorgen dat de totale uitwerpkracht over voldoende contactoppervlak wordt verdeeld om onder de lokale druk te blijven die het onderdeel zou vervormen.

Als de geschatte uitwerpkracht gedeeld door het aantal uitwerppennen een contactdruk produceert die hoger is dan de vloeispanning van het materiaal bij de uitwerptemperatuur (doorgaans 30-60% van de vloeispanning bij kamertemperatuur), zijn er meer pinnen of een groter contactoppervlak nodig.

Een studie erinPolymeertechniek en wetenschap(2021) ontdekten dat een onjuiste verdeling van de uitwerpkracht verantwoordelijk was voor ongeveer 22% van de dimensionale afwijzingen in de productie van dun{2}} behuizingen voor consumentenelektronica -, een aanzienlijk deel dat volledig toe te schrijven is aan het ontwerp van het uitwerpsysteem en niet zozeer aan materiaal- of procesvariabelen.

Onderzoek in deInternationaal tijdschrift voor kunststoftechnologie(2020) documenteerden dat het herverdelen van het uitwerpcontact van geconcentreerde pin-arrays naar de gedistribueerde stripperomtrekken de uitwerp-gerelateerde vervorming van onderdelen met 58% verminderde in- dunwandige schaaldelen.

Gepubliceerd werk over diepgangshoekeffecten (Tijdschrift voor spuitgiettechnologie, 2019) bevestigde dat uitgeworpen onderdelen met diepgangshoeken onder het aanbevolen minimum voor hun textuurniveau plak- en sleepsporen vertoonden met snelheden die 4 tot 7 keer hoger waren dan onderdelen met de juiste diepgang -, ongeacht andere matrijsontwerpparameters.

Een fabrikant van consumentenelektronica in Zuidoost-Azië produceerde een draadloze muisbehuizing van ABS. De mal was voor de eenvoud ontworpen met zes uitwerppennen aan de binnenkant van de schaal. Tijdens de productiekwalificatie kwamen twee hardnekkige problemen naar voren:

Ten eerste produceerden de zes uitwerppennen zichtbare kuiltjes in het binnenoppervlak die een correcte plaatsing van de PCB-montagebeugel belemmerden - de beugel moest over de markeringen worden gedrukt, waardoor problemen bij het assemblageproces ontstonden. Ten tweede was één hoek van de schaal voortdurend enigszins kromgetrokken - als gevolg van een ongelijk verdeelde uitwerpkracht, waarbij de dichtstbijzijnde pin 45 mm verwijderd was van het hoekgebied.

Sunhstones heeft het uitwerpsysteem opnieuw ontworpen in samenwerking met de matrijzenmaker: de zes grote pinnen werden vervangen door twaalf kleinere pinnen die gelijkmatiger over de binnenste ribstructuur waren verdeeld, en er werd een gedeeltelijke stripperring toegevoegd aan de onderste omtrek van de schaal. Het hoekgebied dat voorheen geen uitwerpsteun had, kreeg twee extra pennen die in een ribkruising waren geplaatst.

Resultaten na de wijziging van het uitwerpsysteem:

De diepte van de kuiltjes op het binnenoppervlak is teruggebracht van 0,15 mm naar 0,03 mm - onder de drempel voor montagespeling, waardoor het probleem met de plaatsing van de beugel wordt geëlimineerd

Hoekvervorming geëlimineerd - de eerder getroffen hoek is nu gemeten binnen 0,05 mm van nominaal over 500 onderdelen gemeten in kwalificatie

Het productieafkeuringspercentage op cosmetische en dimensionele gronden daalde van 3,8% naar 0,6%

De kosten voor het aanpassen van de matrijs werden binnen zes weken na productie terugverdiend, alleen al op basis van minder afval en herbewerking.

Ontwerpbeslissingen over het uitwerpsysteem zijn beheersbaar in de ontwerpfase en duur om te wijzigen nadat de mal is gebouwd. Het identificeren van de cosmetische beperkingen, het in kaart brengen van de grijpkrachten, het selecteren van het juiste mechanisme voor elke regio en het bevestigen van voldoende diepgang vóór het textureren - deze stappen die in het begin correct zijn uitgevoerd, voorkomen de kosten voor afval, herbewerking en malaanpassing die voortvloeien uit het oplossen van uitwerpproblemen in de productie.

Bij Sunhingstones beschouwen we het uitwerpontwerp als een primaire matrijstechnische overweging vanaf de eerste ontwerpbeoordeling - en niet als een detail dat moet worden opgelost nadat de geometrie van de holte is afgerond. Of de toepassing nu een precisie-spuitgietmatrijs voor muizen, een mal voor tandwielcomponenten of speelgoedcomponenten met een hoog volume- is, we werken systematisch aan de uitwerplay-out voordat het ontwerp wordt vrijgegeven voor bewerking.

Neem nu contact op

Rosato, DV en Rosato, MG Spuitgiethandboek, 3e editie. Springer, 2000. [Fundamentele referentie voor ontwerpprincipes van uitwerpsystemen]

Menges, G. et al. Hoe spuitgietmatrijzen te maken, 3e editie. Hanser, 2001.

Chen, WC et al. "Ejectiekrachtschatting en optimalisatie voor kunststof spuitgietonderdelen." Polymer Engineering and Science, deel. 61, nummer 4, 2021.

Lin, CY en Cheng, CH "Effect van de lay-out van de uitwerppen op de maatnauwkeurigheid bij dun- spuitgieten." International Journal of Plastic Technology, Vol. 24, nummer 2, 2020.

Brydson, JA Plastics Materials, 7e editie. Butterworth-Heinemann, 1999. [Materiaaleigenschappen voor schatting van de uitwerpkracht]

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

Pouzada, AS et al. "Invloed van de trekhoek op de uitwerpkrachten en de kwaliteit van de onderdelen bij het spuitgieten." Journal of Injection Molding Technology, deel. 12, 2019.