Progettazione di nervature per componenti in plastica stampati a iniezione: una guida completa

Le nervature nelle parti stampate a iniezione aggiungono resistenza e rigidità, rendendo la parte più rigida. Senza nervature, avremmo bisogno di una parte più spessa e pesante per ottenere la stessa rigidità. Per evitare affondamenti e peso eccessivi, lo spessore delle nervature dovrebbe essere circa il 50% dello spessore nominale della parete. Inoltre, è una buona idea collegare le nervature alla base con angoli arrotondati. Questo articolo discuterà le migliori pratiche per la progettazione delle nervature delle parti stampate a iniezione.

Il ruolo delle nervature nelle parti stampate ad iniezione

Le nervature sono parte integrante della funzionalità delle parti in plastica stampate ad iniezione.

  1. Rafforza la durabilità e la rigidità del prodotto senza ispessire le pareti principali della parte stampata. Ridurre al minimo i rifiuti di plastica nel processo di stampaggio a iniezione di materie plastiche. Evitare di aggiungere peso inutile al prodotto. Ottimizzare l'efficienza dei costi.

  2. Le nervature possono prevenire la deformazione e la deformazione del prodotto derivanti da forze irregolari dovute ai diversi spessori delle pareti.

  3. Le nervature possono creare percorsi aggiuntivi per il flusso di plastica fusa per riempire le sezioni sottili delle parti stampate a iniezione.

Le giuste dimensioni per evitare segni di avvallamento

Uno dei principi più importanti nella progettazione delle parti in plastica stampate a iniezione è mantenere uno spessore di parete uniforme. Quando lo spessore della parete cambia, le parti in plastica stampate a iniezione produrranno segni di avvallamento. Le nervature provocano inevitabilmente in una certa misura cambiamenti nello spessore delle pareti dei pezzi stampati a iniezione. Pertanto, quando si decide la dimensione delle sezioni delle nervature, la considerazione principale è come evitare segni di avvallamento.

Area chiave del design della nervatura

Come mostrato nella figura, quando si aggiungono le nervature, il diametro dell'area chiave deve essere ridotto il più possibile. La dimensione dell'area chiave rappresenta la variazione dello spessore della parete causata dalle nervature. Ovviamente, il raggio dell'angolo e lo spessore della nervatura sono i numeri più cruciali per ridurre al minimo l'area chiave.

Spessore della costola

La tabella elenca l'effetto dello spessore della nervatura sul diametro dell'area chiave. Quando lo spessore della nervatura è inferiore al 50% dello spessore nominale della parete, il diametro dell'area chiave aumenta solo meno del 12% dello spessore nominale della parete. Una regola generale nella progettazione delle nervature è quella di mantenere lo spessore delle nervature attorno al 50% dello spessore nominale della parete. A seconda delle proprietà del materiale plastico utilizzato, si consiglia che lo spessore della nervatura sia compreso tra il 40% e il 75% dello spessore nominale della parete.

Raggi della costola

Si consiglia di includere un raggio nel punto in cui la nervatura incontra la base o la parete laterale. Ciò riduce la concentrazione delle sollecitazioni, aumenta la resistenza delle nervature e rende il flusso del materiale plastico più fluido durante lo stampaggio a iniezione della plastica. Anche gli stampi con raggi più grandi sono leggermente più economici da realizzare. Tuttavia, raggi più ampi espandono il diametro dell’area chiave, aumentando la probabilità di segni di avvallamento. Si consiglia di mantenere i raggi tra il 25% e il 50% dello spessore nominale della parete.

Altezza delle costole rispetto al numero

La tabella seguente riporta i risultati di un caso di studio sull'effetto dell'altezza della nervatura sulla rigidezza delle parti. Il momento d'inerzia nella tabella indica quanto sia difficile piegare una parte in plastica in una determinata direzione. Come mostrato nella tabella, possiamo trarre due conclusioni: 1. L'altezza delle nervature può aumentare la rigidità del pezzo stampato ad iniezione in una progressione geometrica. 2. Le nervature aumentano la rigidità del pezzo stampato senza aggiungergli molto peso. Ad esempio, nella tabella, quando l'altezza della centina viene aumentata a 12 mm, la rigidità aumenta di 7.6 volte, mentre il peso aumenta solo del 15%. Per fare un confronto, quando lo spessore complessivo della parete del materiale viene raddoppiato, il peso del materiale raddoppia, ma la rigidità aumenta solo di 7 volte.

Caso di studio sull'altezza delle costole
Altezza delle costole rispetto a rigidità e peso

Tuttavia, anche l’altezza elevata delle costole causa problemi. Quando l'altezza delle nervature è eccessivamente elevata, possono verificarsi problemi di riempimento durante il processo di stampaggio a iniezione della plastica. Ciò si verifica perché la plastica fusa fatica a riempire completamente gli spazi alti e stretti della cavità della nervatura, determinando un riempimento incompleto o inadeguato. La plastica potrebbe non raggiungere la punta delle nervature, risultando in sezioni non riempite o parzialmente riempite, che possono indebolire l'integrità strutturale della nervatura e creare difetti nella parte stampata finale.

L'altezza massima consigliata della nervatura è tre volte lo spessore nominale della parete. Se è necessaria una rigidità aggiuntiva, è preferibile utilizzare più nervature più corte.

Angolo di sformo

Affinché la parte venga espulsa senza problemi nel processo di stampaggio a iniezione, il angolo di sformo è necessario. L'angolo di sformo delle centine è generalmente controllato a 0.5~2°, mentre il valore più comune è 1~1.5°. La dimensione dell'angolo di sformo viene considerata principalmente da due aspetti.

1. Proprietà del materiale, in particolare ritiro e viscosità del materiale. I materiali con elevata viscosità e ritiro elevato hanno maggiori probabilità di aderire al nucleo dello stampo, quindi è necessario un angolo di spoglia maggiore. I materiali con bassa viscosità e basso ritiro possono utilizzare angoli di sformo più piccoli.

2. Evitare di ridurre troppo la larghezza superiore della nervatura. Ciò richiede una considerazione completa dello spessore delle nervature, dell'altezza e dell'angolo di sformo. Se la larghezza superiore della nervatura è troppo piccola, sarà difficile espellere la parte durante lo stampaggio a iniezione della plastica poiché potrebbe non esserci spazio sufficiente per i perni di espulsione. Come mostrato nella figura seguente, lo stress di flessione della parte è concentrato principalmente nella parte superiore della nervatura. Per considerazioni meccaniche, anche la parte superiore della costola non dovrebbe essere troppo stretta. Per lo stesso motivo anche l’altezza delle costole dovrebbe essere controllata entro un certo intervallo.

Distribuzione dello stress costale

Le proprietà del materiale

Dal punto di vista della produzione, le proprietà fisiche del materiale, come la viscosità del fuso e il ritiro, influenzano fortemente il design delle nervature. Per materiali ad alto ritiro, è necessario utilizzare uno spessore della nervatura relativamente basso (ad esempio, 40% di spessore nominale della parete o meno) e raggi più piccoli. Per materiali a basso ritiro, per una migliore rigidità, lo spessore della nervatura può arrivare fino al 75% dello spessore nominale della parete. Un materiale con elevata viscosità del punto di fusione necessita di nervature di altezza inferiore o di spessore maggiore per garantire che la parte stampata a iniezione sia completamente riempita durante lo stampaggio a iniezione.

La direzione delle costole

Dal punto di vista progettuale, il posizionamento delle nervature nella direzione della forza di flessione ottimizza la rigidità. Dal punto di vista della produzione, l’allineamento delle nervature con la direzione del flusso del materiale riduce la probabilità di riempimento incompleto e di intrappolamento d’aria. Se è richiesta rigidità su entrambi i lati, è necessario utilizzare le nervature su ciascun lato.

Direzione delle costole
Flusso del materiale e direzione delle nervature

Spaziatura delle costole

Come accennato in precedenza, sono preferibili più nervature più corte rispetto a una singola nervatura alta. Se vengono utilizzate più nervature, un affollamento eccessivo non è desiderabile. Le nervature devono mantenere una spaziatura minima pari alla loro altezza, che non deve superare 3 volte lo spessore della parete primaria. Avere le nervature più vicine di questa distanza comporta il rischio di un raffreddamento inadeguato della base delle nervature, prolungando potenzialmente il processo di stampaggio a iniezione e aumentando sia il tempo di ciclo che il costo dei pezzi. Inoltre, se la spaziatura delle nervature è troppo stretta, significa anche che il nucleo dello stampo tra le nervature è probabilmente troppo sottile e facile da danneggiare durante il processo di produzione.

Rimozione della costola

Se sono necessarie nervature spesse, svuotare la parte posteriore o sotto di esse. Ciò rende le pareti delle costole più sottili e può impedire l'affondamento estetico. Il carotaggio viene spesso utilizzato nelle intersezioni delle nervature. Anche la dimensione del nucleo dovrebbe seguire la regola di mantenere uno spessore di parete uniforme.

Parte centrale della costola fuori

Le regole sono fatte per essere infrante

In sintesi, la guida generale alla progettazione delle nervature delle parti in plastica stampate a iniezione è la seguente:

  • Spessore della nervatura 40%~75% dello spessore nominale della parete.

  • Raggi della nervatura 25%~50% dello spessore nominale della parete.

  • Altezza massima della nervatura inferiore a 3 volte lo spessore nominale della parete.

  • Sono preferibili più costole rispetto ad una singola costola alta.

  • La proprietà del materiale gioca un ruolo importante nel decidere le dimensioni delle nervature.

  • La spaziatura delle nervature non deve essere inferiore a 3 volte lo spessore nominale della parete.

  • La direzione della nervatura dovrebbe essere lungo la forza di flessione e/o la direzione del flusso del materiale nello stampaggio a iniezione.

Tuttavia, queste sono solo linee guida generali. Nella progettazione della vita reale, molti casi di successo non adottano pienamente queste linee guida. Anche se queste linee guida vengono seguite pienamente, ci sono ancora molti problemi difficili nello stampaggio a iniezione di materie plastiche. Ad esempio, le nervature più sottili dello spessore nominale della parete provocano il raffreddamento prima delle nervature e poi della parete principale, provocando così la deformazione della parte. Nella progettazione vera e propria, spesso incontriamo conflitti tra queste linee guida, rendendo difficile la scelta. Queste linee guida a volte non sono sempre applicabili. Ad esempio, per alcune parti strutturali non è necessario considerare gli effetti estetici, quindi anche se si verificano segni di avvallamento, non è un grosso problema. In questo caso lo spessore delle nervature può essere considerato uguale a quello della parete principale. A volte i segni di avvallamento sono del tutto inaccettabili, nel qual caso è necessario considerare l'utilizzo di uno spessore della nervatura ancora più piccolo e utilizzare solo raggi 0 sulla base della nervatura.

Nel complesso, le linee guida per la progettazione delle nervature di pezzi stampati a iniezione in plastica descritte in questo articolo sono solo linee guida e devono essere utilizzate in modo flessibile e adattate nella pratica.

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