Jakie są procesy strukturalne dla części z tworzyw sztucznych?
Jakie są procesy strukturalne dla części z tworzyw sztucznych?
Projektowanie procesu konstrukcyjnego części z tworzyw sztucznych obejmuje głównie takie zagadnienia, jak geometria, dokładność wymiarowa, współczynnik ciągnienia, chropowatość powierzchni, grubość ścianki, kąt pochylenia, średnica otworu, promienie zaokrąglenia, kąt pochylenia formy i żebra wzmacniające. W tym artykule szczegółowo omówiono każdy z tych punktów i omówiono, jak zoptymalizować te elementy podczas procesu termoformowania w celu poprawy jakości produktu i wydajności produkcji.
1. Geometria i dokładność wymiarowa
Od termoformowanie tworzyw sztucznych jest metodą wtórnego przetwarzania, szczególnie w formowaniu próżniowym, często występuje szczelina między arkuszem plastiku a formą. Ponadto kurczenie się i odkształcenie, szczególnie w wystających obszarach, może powodować zmniejszenie grubości ścianek, co prowadzi do zmniejszenia wytrzymałości. Dlatego części plastikowe używane w formowaniu próżniowym nie powinny mieć nadmiernie rygorystycznych wymagań dotyczących geometrii i dokładności wymiarowej.
Podczas procesu formowania, rozgrzany arkusz plastiku znajduje się w stanie nieograniczonego rozciągania, co może prowadzić do zwisania. W połączeniu ze znacznym chłodzeniem i kurczeniem się po wyjęciu z formy, ostateczne wymiary i kształt produktu mogą być niestabilne z powodu zmian temperatury i środowiska. Z tego powodu, części z tworzywa sztucznego formowane termicznie nie nadają się do zastosowań precyzyjnego formowania.
2. Współczynnik losowania
Współczynnik ciągnienia, który jest stosunkiem wysokości (lub głębokości) części do jej szerokości (lub średnicy), w dużej mierze decyduje o trudności procesu formowania. Im większy współczynnik ciągnienia, tym trudniejszy staje się proces formowania i tym większe prawdopodobieństwo wystąpienia niepożądanych problemów, takich jak marszczenie lub pękanie. Nadmierne współczynniki ciągnienia znacznie zmniejszają wytrzymałość i sztywność części. Dlatego w rzeczywistej produkcji zazwyczaj stosuje się zakres poniżej maksymalnego współczynnika ciągnienia, zwykle między 0,5 a 1.
Współczynnik ciągnienia jest bezpośrednio związany z minimalną grubością ścianki części. Mniejszy współczynnik ciągnienia może tworzyć grubsze ścianki, odpowiednie do formowania cienkich arkuszy, podczas gdy większy współczynnik ciągnienia wymaga grubszych arkuszy, aby zapewnić, że grubość ścianki nie stanie się zbyt cienka. Ponadto współczynnik ciągnienia jest również związany z kątem pochylenia formy i rozciągliwością materiału z tworzywa sztucznego. Aby zapewnić jakość produktu, współczynnik ciągnienia powinien być kontrolowany, aby uniknąć wzrostu wskaźnika odpadów.
3. Projekt zaokrąglenia
Ostre rogi nie powinny być projektowane na rogach lub krawędziach części z tworzyw sztucznych. Zamiast tego należy użyć możliwie największego zaokrąglenia, którego promień naroża nie powinien być mniejszy niż 4 do 5 razy grubość arkusza. Niedopełnienie tego obowiązku może spowodować pocienienie materiału i koncentrację naprężeń, co negatywnie wpłynie na wytrzymałość i trwałość części.
4. Kąt zanurzenia
Termoformowanie formy, podobnie jak zwykłe formy, wymagają pewnego kąta pochylenia, aby ułatwić wyjmowanie z formy. Kąt pochylenia zwykle mieści się w zakresie od 1° do 4°. Mniejszy kąt pochylenia można stosować w przypadku form żeńskich, ponieważ kurczenie się części plastikowej zapewnia dodatkowy luz, ułatwiając wyjmowanie z formy.
5. Konstrukcja żebra wzmacniającego
Termoformowane arkusze z tworzywa sztucznego są zazwyczaj dość cienkie, a proces formowania jest ograniczony przez współczynnik ciągnienia. Dlatego dodawanie żeber wzmacniających w konstrukcyjnie słabych obszarach jest niezbędną metodą zwiększania sztywności i wytrzymałości. Należy dokładnie rozważyć rozmieszczenie żeber wzmacniających, aby uniknąć zbyt cienkich obszarów na dole i rogach części.
Ponadto dodanie płytkich rowków, wzorów lub oznaczeń na spodzie termoformowanej skorupy może zwiększyć sztywność i wesprzeć konstrukcję. Podłużne płytkie rowki po bokach zwiększają sztywność pionową, podczas gdy poprzeczne płytkie rowki, chociaż zwiększają odporność na zapadanie się, mogą utrudniać wyjmowanie z formy.
6. Skurcz produktu
Produkty termoformowane ogólnie doświadczają znacznego skurczu, przy czym około 50% z niego następuje podczas chłodzenia w formie. Jeśli temperatura formy jest wysoka, część może skurczyć się o dodatkowe 25% podczas chłodzenia do temperatury pokojowej po wyjęciu z formy, a pozostałe 25% skurczu nastąpi w ciągu następnych 24 godzin. Ponadto produkty formowane przy użyciu form żeńskich mają tendencję do skurczu o 25% do 50% wyższego niż te formowane przy użyciu form męskich. Dlatego też, kluczowe jest uwzględnienie skurczu podczas procesu projektowania, aby upewnić się, że wymiary końcowe spełniają wymagania dokładności.
Optymalizacja projektu pod kątem geometrii, współczynnika ciągnienia, promienia zaokrąglenia, kąta pochylenia, żeber wzmacniających i skurczu pozwala znacząco poprawić jakość i stabilność termoformowanych części z tworzyw sztucznych. Te elementy projektowania procesów mają decydujący wpływ na wydajność produkcji i wydajność termoformowanych produktów i są kluczowe dla zapewnienia, że produkty spełniają wymagania użytkowników.