12 Suggerimenti per la progettazione di parti di iniezione plastica

Scegli il materiale giusto

Scegliere il materiale plastico giusto per le parti stampate a iniezione può essere complicato. I fattori che devono essere considerati nella maggior parte dei casi includono la durezza, la resistenza, la densità, il ritiro, il punto di fusione e il costo del materiale. A seconda dello scenario di utilizzo, potrebbe essere necessario considerare anche la resistenza ai raggi UV, la resistenza chimica, la conduttività elettrica, l'isolamento termico, l'autolubrificazione, la resistenza agli urti, la biocompatibilità, la trasparenza, ecc. del materiale. Di seguito sono riportate le classifiche delle proprietà generali di alcuni comuni plastica.

Dove trovare le informazioni?

È possibile accedere a rapporti completi sui dati relativi alle materie plastiche di vari produttori all'indirizzo www.ides.com.

https://www.makeitfrom.com/material-group/Thermoplastic offre un'interfaccia intuitiva per ottenere proprietà plastiche generali.

I principali produttori offrono anche file PDF contenenti informazioni sui loro materiali plastici. Ad esempio, la scheda tecnica delle proprietà della plastica di Sabic può essere trovata all'indirizzo https://www.sabic.com/en/products/polymers.

Additivi e riempitivi per plastica

Plastica additivi e riempitivi, siano essi composti organici o inorganici, vengono incorporati nella plastica per alterarne le proprietà. Sebbene la maggior parte delle materie plastiche siano naturalmente durevoli e resistenti agli urti, possono presentare caratteristiche quali fragilità, durezza, infiammabilità o peso eccessivo, che possono essere inadatte allo scopo previsto. L'inclusione di additivi o riempitivi consente la trasformazione della plastica per soddisfare le applicazioni previste preservando le qualità attraenti che inizialmente hanno attirato l'attenzione su di essa. Praticamente ogni tipo di plastica incorpora una qualche forma di additivo per ottimizzarne le prestazioni per l'uso previsto.

Gli additivi/riempitivi più comuni per la plastica sono probabilmente i plastificanti, la fibra di vetro, la fibra di carbonio e il talco.

La maggior parte dei plastificanti sono esteri formati attraverso la reazione di acidi con alcoli e la quantità aggiunta ha un impatto sul prodotto finale. Ad esempio, i guanti in vinile contengono circa il 50% di plastificanti per garantire flessibilità e comfort quando indossati.

La fibra di vetro viene utilizzata per ridurre il ritiro plastico migliorando al tempo stesso resistenza e rigidità. Inoltre, in genere aumenta la densità della plastica, rendendola più pesante. D'altra parte, la fibra di carbonio migliora ulteriormente la resistenza della plastica ed è notevolmente più leggera della fibra di vetro.

Le caratteristiche applicative del talco variano nei diversi materiali plastici. Nell'ABS e nel nylon, l'aggiunta di talco fornisce non solo vantaggi economici ma anche miglioramenti nella resistenza al calore e nel ritiro dello stampaggio. Nel polietilene, l'aggiunta di talco migliora principalmente la rigidità e la resistenza al calore, riduce il ritiro dallo stampaggio e abbassa i costi. Il talco trova l'applicazione più ampia e significativa nel polipropilene, dove migliora la robustezza complessiva e la resistenza al calore, riduce il ritiro dallo stampaggio e aumenta la rigidità. Inoltre, nel polipropilene, il talco di alta qualità può agire come agente nucleante, migliorando efficacemente le prestazioni globali del polipropilene.

Numerosi altri additivi plastici sono comunemente impiegati nel settore dell'iniezione plastica. Alcuni esempi comprendono lubrificanti, potenziatori dell'impatto, ritardanti di fiamma, agenti antistatici e antiossidanti. È fondamentale riconoscere che molte proprietà della plastica possono essere alterate attraverso questi additivi.

Usi tipici della plastica

Molte materie plastiche hanno applicazioni tipiche grazie ad alcune proprietà particolarmente eccezionali. Ad esempio, il PTFE è resistente alle alte temperature e agli agenti chimici, quindi viene utilizzato per il rivestimento degli utensili da cucina. Il PP può essere costantemente piegato e aperto e utilizzato per la cerniera della custodia degli occhiali. L'ABS/PC ha un'elevata robustezza e resistenza agli urti e viene utilizzato nei gusci di vari apparecchi elettrici. Questi scenari applicativi tipici possono essere utilizzati come riferimento importante nella scelta dei materiali.

Come scegliere il materiale giusto per le parti stampate a iniezione

Sono disponibili circa 85,000-90,000 opzioni commerciali per le materie plastiche. Questa vasta gamma può essere classificata in circa 45 famiglie di polimeri o miscele. Selezionare il materiale più adatto per un progetto specifico può essere simile al lavoro investigativo. Per semplificare il processo, consigliamo un flusso di lavoro in 3 fasi.

Innanzitutto, inizia identificando un uso tipico simile della plastica, come nel caso degli ingranaggi in cui vengono utilizzate plastiche comuni come PEEK, POM e nylon.

Successivamente, confronta le proprietà di queste plastiche, tenendo conto di altri fattori che potrebbero essere richiesti come la resistenza alle alte temperature o la resistenza chimica. Ciò contribuirà a restringere le opzioni dei materiali.

Infine, considerare gli additivi o i riempitivi appropriati per migliorare eventuali proprietà che potrebbero non soddisfare pienamente i requisiti.

Non tollerare tolleranze inutili

In generale, il processo di stampaggio a iniezione di materie plastiche può raggiungere un livello di tolleranza di +/- 0.1 mm. Una tolleranza molto stretta +/- 0.025 mm è difficile ma ancora possibile. I fattori che influenzano la tolleranza del prodotto finale includono restringimento, deformazione e variazioni di temperatura.

Maggiore è il ritiro, più difficile sarà ottenere tolleranze strette. Ad esempio, il ritiro del POM è dell'1.5%~3% e quello del PC/ABS è dello 0.6%. È molto più semplice avere una tolleranza ristretta per una parte in PC/ABS rispetto a una parte in POM. Il modo più comune per ridurre il restringimento è aggiungere fibra di vetro o fibra di carbonio alla plastica. L'aggiunta del 30% di fibra di vetro nel nylon ne riduce il restringimento dall'1.5% a meno dello 0.5%.

La deformazione è causata dallo stress interno, che può essere ridotto mediante una progettazione adeguata. Anche un corretto invecchiamento dopo l'iniezione del prodotto può essere d'aiuto.

Nell'intervallo di temperatura ambiente, il coefficiente di dilatazione termica lineare (CLTE) varia tra circa 0.6 x 10-4 e 2.3 x 10-4 K-1 per la maggior parte dei materiali termoplastici. Oppure un materiale termoplastico lungo 50 mm con una variazione di temperatura di 20 gradi Celsius, la sua variazione di dimensione sarebbe compresa tra circa 0.06 mm e 0.23 mm. Questo ci dice che può essere piuttosto difficile mantenere tolleranze strette quando la temperatura cambia. Tuttavia, se si scelgono plastiche con un tasso di dilatazione termica inferiore, può essere utile raggiungere e mantenere tolleranze più strette.

Scegli il giusto spessore della parete e sii coerente.

Esistono 2 principi per lo spessore della parete di una parte stampata a iniezione. Mantenere spessori ragionevoli delle pareti sottilie mantenere quanto più possibile uniforme lo spessore delle pareti. Le ragioni sono le seguenti.

Non sono necessarie pareti spesse: Nella maggior parte dei casi, molto non sono necessarie pareti spesse. Il rapporto resistenza/peso è migliore per un tubo cavo che per un'asta piena. Lo stesso principio vale anche per altre forme. In altre parole, una parete molto spessa può sempre essere sostituita da una struttura relativamente cava con uno spessore di parete inferiore ma che offra la stessa resistenza.

Utilizzo del materiale: Pareti spesse significano più materiale e quindi più costi del materiale e possibilmente una macchina per iniezione più grande.

Tempo di ciclo: Le pareti più spesse richiedono più tempo per raffreddarsi durante il processo di stampaggio, determinando tempi di ciclo più lunghi per ciascuna parte. Ciò può rallentare la produzione e aumentare i costi.

Deformazione: Le pareti spesse sono più soggette a deformazioni e distorsioni mentre si raffreddano e si solidificano. Ciò può comportare parti che non soddisfano le tolleranze o le dimensioni richieste.

Segni di affondamento: Poiché le sezioni spesse si raffreddano e si restringono a velocità diverse rispetto alle sezioni più sottili, sulla superficie della parte possono formarsi segni di avvallamento o depressioni, che ne influenzano l'aspetto e la finitura superficiale. Per maggiori dettagli su come si formano i segni di risucchio, controlla Questo articolo.

Pressione di iniezione: Lo stampaggio di pareti spesse può richiedere pressioni di iniezione più elevate, che possono sollecitare l'attrezzatura di stampaggio e aumentare il rischio di difetti.

Concentrazione dello stress: Le pareti spesse possono creare punti di concentrazione delle sollecitazioni nella parte, che possono renderla più suscettibile a fessurazioni o rotture sotto carico o impatto.

Lo spessore ottimale della parete dipende dalla viscosità del materiale e dalla struttura della parte. In generale, lo spessore ottimale delle pareti per la maggior parte dei termoplastici varia da 1 a 4 mm. Di seguito sono riportati gli spessori delle pareti consigliati per alcuni comuni materiali plastici.

Anche il muro troppo sottile è problematico: Per un dato spessore della parete, la distanza alla quale la plastica fusa può scorrere è limitata. Se la parete è troppo sottile, sono necessarie pressione e temperatura molto elevate e la dimensione totale della parte è limitata. Per esperienza, la plastica normale non dovrebbe avere una parete più sottile di 0.03 pollici o 0.75 mm.

E se fosse davvero necessario un muro spesso?: Altri processi di stampaggio plastica sono più adatti per produrre pezzi con pareti molto spesse. La schiuma strutturale stampata a iniezione, lo stampaggio a iniezione assistita da gas, lo stampaggio a compressione e lo stampaggio a iniezione con reazione sono tutti processi noti per la loro efficacia nella realizzazione di parti a pareti spesse.

Mantenere uno spessore di parete costante.

Spessori delle pareti irregolari possono causare deformazioni perché si raffreddano e si contraggono a velocità diverse. Se sono necessari spessori variabili, assicurarsi che la modifica non superi il 20% dello spessore della parete standard e garantire una transizione graduale o rastremata. Ciò si tradurrà in una parte di migliore qualità con meno rischi di deformazioni.

Se hai ancora domande sugli spessori delle pareti, contatta CapableMachining. Abbiamo ingegneri esperti per rispondere a tutte le vostre domande.

Includi angoli di sformo nel tuo progetto.

L'angolo di spoglia serve principalmente per evitare che il prodotto non possa essere espulso a causa dell'adesione o della pressione del vuoto durante il processo di apertura dello stampo. Allo stesso tempo, l'angolo di sformo può anche ridurre i graffi superficiali. Nelle situazioni più comuni vengono applicati angoli di sformo di 1 ~ 2°. Un restringimento più elevato e materiali più morbidi richiedono un angolo di sformo leggermente maggiore. Ci sono alcune altre sottigliezze degli angoli di sformo come segue.

• Requisiti delle facce verticali: 0.5°~1°

• Situazioni più comuni: 1 ~ 2°

• Tutte le superfici di intercettazione: 3°

• Facce con tessiture poco profonde: 1 ~ 2°

• Facce con texture profonde: 5° o più

La angolo della superficie di chiusura è un tipo speciale di angolo di sformo. Non viene applicato per un rilascio più semplice dallo stampo ma per cicli di vita prolungati dello stampo. Le superfici di chiusura sono le superfici in cui il metallo sfrega contro il metallo. La Figura 2 mostra un esempio di un comune design a scatto. Quando lo stampo si apre e si chiude, il metallo sfrega il metallo sulla superficie di chiusura. Per ridurre l'attrito soprattutto quando le due metà dello stampo ad iniezione sono leggermente disallineate, si consiglia un angolo leggermente maggiore (3°).

Aggiungi costole e tasselli

Nervature e tasselli possono aumentare notevolmente la resistenza strutturale di una parte stampata a iniezione. Una struttura a forma di T è molto più resistente di una struttura a forma di I a parità di peso del materiale. Lo spessore, l'altezza e la luce delle nervature devono essere attentamente considerati per ottenere il risultato ottimale. Di seguito sono riportate alcune regole generali.

• Lo spessore della nervatura alla base dovrebbe essere circa il 50-75% dello spessore nominale della parete.

• L'altezza della nervatura dovrebbe essere circa 2.5-3 volte lo spessore nominale della parete.

• La base della nervatura dovrebbe avere un raggio compreso tra circa 0.25 e 0.4 volte lo spessore nominale della parete.

La distanza tra due nervature dovrebbe essere circa 2-3 volte lo spessore nominale della parete.

Quando una nervatura si collega al muro principale, ci sarà sempre un'area più spessa. Per evitare imperfezioni superficiali (segni di avvallamento), è fondamentale mantenere l'area spessa quanto più piccola possibile. Tuttavia, se la nervatura è troppo sottile, potrebbe essere necessario renderla più profonda per fornire sufficiente resistenza, ma ciò può portare a problemi come la deformazione sotto pressione e rendere più difficile la lavorazione dello stampo. Anche le nervature iniettate ad alta pressione possono rimanere incastrate nello stampo.

Anche la zona di transizione curva tra la nervatura e la parete principale (raggio del raccordo) non dovrebbe essere troppo piccola. È lì per ridurre lo stress nel punto in cui la costola incontra la parete principale. Idealmente, il raggio del raccordo dovrebbe essere almeno il 25% dello spessore della nervatura.

Le nervature stesse dovrebbero generalmente essere comprese tra la metà e i tre quarti dello spessore della parete. Tuttavia, è meglio puntare al limite superiore di questo intervallo quando si lavora con plastiche che hanno un basso ritiro e sono meno soggette a segni di avvallamento.

Applicare raggi e raccordi alla parte stampata a iniezione.

L’inclusione di bordi arrotondati nelle parti stampate a iniezione, quando possibile, offre numerosi vantaggi. In primo luogo, elimina gli spigoli vivi, migliorando così sia il flusso del materiale che l'integrità strutturale della parte. Quando la plastica si raffredda e si restringe, lo stress si concentra sugli angoli acuti. Nel caso degli angoli a raggio, la sollecitazione verrà dispersa su un intervallo di curve relativamente lungo, riducendo così il segno di caduta.

Raggi e raccordi facilitano inoltre l'espulsione delle parti riducendo la probabilità che gli angoli rimangano bloccati durante il processo di espulsione rispetto agli spigoli vivi.

Inoltre, l'inclusione di spigoli vivi nella progettazione del pezzo aumenta significativamente i costi di produzione, poiché richiede l'uso di costose tecniche di produzione per ottenere tali spigoli vivi nello stampo.

Per ottimizzare il progetto, considera l'aggiunta di raggi interni che siano almeno 0.5 volte lo spessore del muro adiacente e raggi esterni che siano 1.5 volte la dimensione.

Ridurre al minimo i sottosquadri e incorporare slot quando fattibile.

Un sottosquadro si riferisce a una caratteristica o un'area della geometria di una parte in cui non è possibile rimuovere il pezzo stampato direttamente dallo stampo. Questo perché il sottosquadro crea un blocco meccanico, impedendo che la parte venga espulsa facilmente e richiedendo una progettazione complessa dello stampo o meccanismi aggiuntivi per la rimozione.

Per risolvere i sottosquadri esterni, i progettisti possono regolare la linea di giunzione della parte e rendere i sottosquadri accessibili per l'espulsione. Esistono altre tecniche per gestire il sottosquadro sia interno che esterno.

1. Tiri del nucleo: Le estrazioni del nucleo implicano l'utilizzo di sistemi idraulici o meccanici per ritrarre i nuclei mobili all'interno dello stampo. Questi nuclei corrispondono alla forma del sottosquadro. Dopo che il materiale plastico si è solidificato, i nuclei vengono estratti dalla parte stampata, consentendo un facile rilascio. Le estrazioni del nucleo sono efficaci per sottosquadri da semplici a moderatamente complessi.

2. Meccanismi di scorrimento: I cursori sono componenti dello stampo che si muovono perpendicolarmente al movimento di apertura e chiusura dello stampo. Vengono utilizzati per spingere la caratteristica del sottosquadro fuori dallo stampo durante l'espulsione. I meccanismi di scorrimento sono versatili e possono gestire varie forme di sottosquadro, ma possono aggiungere complessità alla progettazione dello stampo.

3. Sollevatori: I sollevatori sono componenti meccanici che sollevano o inclinano fisicamente la parte stampata per rilasciare i sottosquadri. Sono utili per forme più complesse e sottosquadri impegnativi, ma contribuiscono anche alla complessità e ai costi dello stampo.

4. Nuclei sacrificali: Questo metodo prevede l'utilizzo di inserti rimovibili all'interno dello stampo. Questi inserti rimangono all'interno del pezzo stampato e vengono rimossi dopo lo stampaggio per facilitarne l'espulsione.

5. Bump-off: I rilievi o i sottosquadri di rimozione applicano una forza leggera e controllata allo stampo per facilitare il rilascio della parte stampata, soprattutto quando si tratta di parti sufficientemente flessibili da deformarsi ed espandersi.

6. Altre azioni collaterali: Questa categoria comprende varie azioni collaterali come nuclei di caricamento manuale, meccanismi di svitamento, nuclei pieghevoli e altro ancora. Questi meccanismi vengono utilizzati per affrontare scenari di sottosquadro specifici e geometrie di parti complesse.

Tutto quanto sopra aumenterà il costo dello stampo e la complessità dello stampo. Questi sono i metodi di ultima istanza a disposizione dei progettisti di stampi per gestire la struttura sottosquadro una volta completata la progettazione della parte. Il metodo migliore nella fase di progettazione della parte è naturalmente quello evitare sottosquadri or aggiungere uno slot sotto i sottosquadri, detti anche shut-off.

Fissare le sporgenze alle pareti laterali o alle nervature

Le sporgenze sono distanziatori cilindrici stampati in una parte in plastica per accettare un inserto, una vite autofilettante o un perno per l'assemblaggio o il montaggio di parti. La borchia è fissata alla parete nominale proprio come le nervature. Come per le nervature, per evitare segni di ritiro, lo spessore delle radici non dovrebbe essere troppo grande, quindi anche lo spessore della parete della borchia deve essere controllato entro un intervallo compreso tra il 50% e il 75% dello spessore della parete nominale. Per garantire la resistenza di una sporgenza a pareti così sottili, vengono solitamente aggiunti fazzoletti e nervature per supportare o connettersi ai pannelli laterali.

Evitare fori profondi e scanalature strette e profonde

Ciò è dovuto principalmente a considerazioni sulla struttura dello stampo. La struttura dello stampo corrispondente al foro profondo è un lungo perno e la scanalatura stretta e profonda corrisponde al foglio sottile. Queste due strutture hanno scarsa resistenza. Durante il processo di stampaggio a iniezione, la struttura dello stampo deve resistere a decine di migliaia di impatti del fluido plastico hot-melt. Ciò può causare la piegatura o la rottura di fogli sottili e perni lunghi e le parti rotte a volte possono causare danni ad altre parti dello stampo. Pertanto dovrebbe essere evitato il più possibile. In generale sono da evitare strutture con rapporto fori-profondità superiore a 10 e asole con rapporto larghezza-profondità superiore a 10.

Posizionamento del cancello: enfatizzare l'estetica della parte

Per garantire il successo della progettazione e della produzione del vostro pezzo stampato a iniezione, è fondamentale che il produttore comprenda le vostre aspettative riguardo al suo aspetto.

Nello stampaggio a iniezione, alcuni segni sono inevitabili, inclusi segni del punto di accesso, segni della superficie di divisione, segni del nucleo laterale, segni del perno di espulsione e altro ancora. È essenziale avere una comunicazione aperta con il produttore dell'utensile ed enfatizzare le tue preferenze estetiche specifiche.

I segni di accesso, ad esempio, sono le tracce lasciate nel punto in cui il materiale fuso entra nello stampo. Per evitare questi segni dove non sono desiderati, è fondamentale lavorare a stretto contatto con produttori esperti. Selezioneranno con giudizio i tipi di punti di accesso, le posizioni dei punti di accesso, le posizioni delle superfici di divisione e altri parametri in base alle vostre esigenze per ridurre al minimo questi segni e ottenere la finitura desiderata per la vostra parte.

Parla con gli esperti: semplifica la progettazione di parti stampate a iniezione

A CapableMachining, il nostro esperto team di esperti non solo ha assistito a un'ampia gamma di progetti di parti in plastica, ma ha anche affrontato con successo numerose sfide legate alla progettazione delle parti e ai processi di stampaggio a iniezione. Collaborare con aziende esperte di stampaggio a iniezione all'inizio del tuo percorso di progettazione può semplificare notevolmente il tuo percorso verso il successo.

Siamo orgogliosi di offrire una guida inestimabile basata sulla nostra vasta conoscenza del settore. Se ti ritrovi a riflettere su qualsiasi aspetto della progettazione di parti stampate a iniezione, accogliamo con entusiasmo le tue domande e l'opportunità di fornire suggerimenti su misura. In CapableMachining, il successo del tuo progetto è la nostra priorità.