Progettazione di stampi a iniezione per sottosquadri complessi: soluzioni ingegneristiche personalizzate

La progettazione complessa di stampi con sottosquadro rimane ancora l'area più difficile nell'ingegneria degli stampi a iniezione. Infatti, ogni caratteristica di sottosquadro aumenta il costo dello stampo del 15%-40% e prolunga i tempi di consegna di 2-4 settimane. Al contrario, la maggior parte dei problemi riscontrati durante le revisioni DFM sono dovuti al fallimento dell'intervento CAD nella fase iniziale.

Questa guida, di JS Precision, distilla l'esperienza di progetti reali nei settori automobilistico, medico e industriale e presenta un percorso ingegneristico completo dalla classificazione dei sottosquadri alla selezione della soluzione e alla verifica DFM. Per poter utilizzare gli strumenti decisionali ingegneristici relativi al tuo investimento, puoi continuare a leggere qui.

Una rapida panoramica dei parametri principali della progettazione complessa di stampi a sottosquadro

Conclusioni principali

• Puoi ridurre i costi degli stampi del 30%-50% se scopri rapidamente e sfrutta al meglio la progettazione delle parti sottosquadri durante la fase DFM del progetto.
• La profondità del cursore laterale non deve superare i 6 mm e la profondità del collasso del nucleo non deve superare i 20 mm. Se questi valori vengono superati, è necessaria una soluzione speciale.
• Per evitare guasti allo stampo di prova causati da una mancanza di corsa, la corsa del cursore deve essere determinata con l'equazione Corsa=D1,5+3 mm.
• I materiali che si restringono meno sono i migliori per le caratteristiche di sottosquadro (ad esempio POM PBT). Se un materiale si ritira molto, è necessario aumentare gli angoli di sformo e anche ricalcolare le forze di rilascio.

Perché affidarsi al servizio di attrezzature per stampi a iniezione di JS Precision per la progettazione del meccanismo di rilascio del sottotaglio?

Con oltre 15 anni di esperienza pratica nello stampaggio a iniezione per i settori automobilistico e medico, il nostro team ritiene che un vero servizio end-to-end di stampi a iniezione in grado di affrontare la sfida della complessa progettazione di stampi con sottosquadro dovrebbe avere tre capacità: categorizzazione precisa dei sottosquadri, calcolo della corsa del meccanismo in base al volume e partecipazione tempestiva al DFM.

Esaminando i dati di diversi mesi di test sul processo di produzione, abbiamo scoperto che oltre il 60% dei fallimenti nelle prove di stampo con sottosquadro erano dovuti a calcolo inesatto della corsa o scelta sbagliata del meccanismo. È stato il problema principale che il team ha dovuto affrontare durante l'orario di lavoro reale.

Il servizio di attrezzatura per stampi DFM richiede di garantire che l'angolo di sformo non sia inferiore a 5° durante la selezione, altrimenti potrebbe causare graffi, inceppamenti e usura prematura del meccanismo dello stampo.

In che modo i nuclei pieghevoli gestiscono i sottosquadri interni più profondi di 6 mm?

I nuclei pieghevoli, che si contraggono radialmente verso l'interno durante l'espulsione, rilasciano sottosquadri interni e gestiscono sottosquadri fino a 20 mm di profondità. Quando l'accesso laterale non è possibile e la profondità del sottosquadro è superiore a 6 mm, i nuclei pieghevoli sono solitamente la soluzione da scegliere.

Principio di funzionamento principale pieghevole

• Fase di stampaggio:

Un nucleo pieghevole è composto da petali centrali con segmenti che possono essere spostati e montati attorno a un mandrino conico centrale. Nel processo di stampaggio a iniezione, con il supporto del mandrino, i petali insieme formano una forma cilindrica o irregolare completa del nucleo e modellano le caratteristiche interne del sottosquadro.

• Fase di espulsione:

In un primo momento, il mandrino centrale viene tirato nella direzione opposta. Quando i petali vengono contratti verso l'interno dalla forza delle molle o da macchinari. Il diametro esterno del nucleo ridotto radialmente è inferiore al diametro interno del sottosquadro, ovvero la parte può essere rimossa senza problemi.

• Parametri tecnici principali:

Il numero tipico di segmenti è 4-12. Se ci sono più petali, ci sarà un restringimento maggiore, ma anche una struttura più complicata. Una progettazione complessa di stampi a sottosquadro dovrebbe trovare un equilibrio tra questi fattori.

Considerazioni sulla progettazione del nucleo pieghevole:

• Tratto di restringimento: dovrebbe essere maggiore della profondità del sottosquadro.
• Diametro applicabile: normalmente i nuclei pieghevoli sono adatti per raccordi per tubi con diametro inferiore a 90 mm, i diametri maggiori necessitano di un design speciale.
• Selezione del materiale: è necessario utilizzare materiali a basso ritiro come POM e PBT in modo che le dimensioni non cambino. L'ottimizzazione della progettazione degli stampi a iniezione nelle soluzioni con nuclei pieghevoli dovrebbe considerare il numero di lembi rispetto alla quantità di ritiro.
• Costi di manutenzione: il costo di manutenzione per le anime pieghevoli è in genere superiore del 30%-50% rispetto a quello delle anime scorrevoli lateralmente perché la sostituzione delle alette o le superfici di rimolatura sono necessarie regolarmente.

Per riassumere, i nuclei pieghevoli sono l'unica soluzione praticabile se si vuole lavorare con sottosquadri interni profondi, ma comportano maggiori investimenti in manutenzione.

Figura 3: nuclei metallici pieghevoli per applicazioni di stampaggio a sottosquadro interno.

Quali sono i principi di progettazione e le componenti di costo degli stampi svitabili?

Gli stampi svitanti convertono il movimento della macchina per lo stampaggio a iniezione quando lo stampo viene aperto nell'esatto movimento rotatorio dell'anima, consentendo così la rimozione automatica del filo. Il costo tipico di un meccanismo di svitamento della filettatura va da $ 2.000 a $ 5.000 che in realtà è la più alta delle quattro alternative, ma è allo stesso tempo quella più affidabile in termini di qualità della filettatura.

Principio di funzionamento dello stampo svitante

1. Metodo di trasmissione: i metodi di trasmissione tipicamente utilizzati includono meccanismi a cremagliera, motori idraulici e azionamenti di servomotori. I requisiti di precisione della filettatura determinano il metodo di trasmissione per il servizio di progettazione di stampi a iniezione personalizzati.
2. Tempismo dell'azione: il nucleo inizia a ruotare (solitamente 720° per completare il disimpegno completo della filettatura), mentre il nucleo si ritrae gradualmente all'indietro per ridurre l'usura tra i metalli.
3. Applicazioni multi-cavità: Utilizzando stampi multi-cavità, l'idea di utilizzare lo svitamento della cavità da 1 a 96 può essere realizzata, ma il meccanismo da costruire diventa sempre più complicato con ogni nuova filettatura funzionalità.

Tre grandi sfide progettuali

1. Calcolo esatto del sistema di trasmissione: il numero di rotazioni deve corrispondere esattamente al numero di denti della filettatura.
2. Monitoraggio molto attento dei tempi di movimento: Le azioni di rotazione e retrazione devono essere perfettamente sincronizzate.
3. Scelta dei materiali: gli ingranaggi e le cremagliere devono essere di altissima resistenza e altamente resistenti all'usura.

Per le filettature esterne su parti di piccole dimensioni poco profonde, a volte è possibile utilizzare un metodo di rilascio forzato manuale in soluzioni complesse di attrezzature per stampi, eliminando così la necessità del meccanismo di svitamento dedicato.

Come selezionare il meccanismo di espulsione corretto in base al rapporto profondità/diametro del sottosquadro?

Secondo i progettisti di stampi a iniezione, i sottosquadri possono essere suddivisi in tre livelli in base al rapporto profondità/diametro dell'elemento. Il livello 1 (<0,25) si riferisce all'uso di semplici perni guida a trazione laterale o angolati. Il livello 2 (0,25-0,5) richiederebbe espulsori angolati o nuclei pieghevoli. Il livello 3 (>0,5) richiederebbe un meccanismo di avvitamento o svitamento o un sistema di espulsione a più stadi.

Standard di classificazione a tre livelli per i sottosquadri

Metodo in cinque passaggi per la decisione di selezione

1. Trova il punto del sottosquadro: all'esterno o all'interno? Il primo passo per offrire soluzioni di stampaggio a iniezione sottosquadro è conoscere la posizione.
2. Misura profondità e diametro: prendi misurazioni precise delle dimensioni del sottosquadro.
3. Determina il rapporto profondità-diametro: applica la formula Rapporto=Profondità/Diametro per scoprire il livello come classificazione a tre livelli.
4. Riconosci il tipo di meccanismo: in base al livello, scegli il meccanismo pre-approvato.
5. Valutare l'effetto sui costi: il costo aggiuntivo per due sottosquadri semplici è circa il 50% rispetto a quello di un singolo sottosquadro, più di due sottosquadri aumentano il costo dello stampo del 100%-200%.

Le decisioni di selezione per attrezzature per stampi a iniezione per parti complesse devono sempre basarsi sui dati piuttosto che sull'esperienza.

Non sei sicuro a quale livello appartiene il tuo undercut? Scarica la tabella decisionale per la classificazione e la selezione dei sottosquadri, inserisci la profondità e il diametro e corrisponderà automaticamente ai meccanismi consigliati.

In che modo la selezione del materiale influisce sulla progettazione dell'espulsione del sottosquadro?

Il tasso di ritiro del materiale determina principalmente lo spazio effettivo tra la parte e il nucleo durante la sformatura sottosquadro, influenzando la forza di sformatura e selezionando indirettamente il meccanismo di sformatura. Il materiale a basso ritiro è la scelta, come POM (tasso di ritiro 1,5%-2,5%), PBT (1,5%-2,5%) per la progettazione di elementi sottosquadro.

L'influenza del tasso di ritiro sulla forza di sformatura

• Differenze del tasso di restringimento: La differenza massima del tasso di restringimento tra diverse resine è 5 volte ad es. per POM a basso ritiro (1,5%-2,5%) rispetto a PP ad alto ritiro (1,5%-3,0%), PA (0,5%-2,5%). Il servizio di attrezzature per stampi a iniezionedeve variare i parametri di progettazione in base al tasso di restringimento.
• Forza di serraggio: maggiore è il tasso di ritiro, maggiore è la forza di serraggio parziale sul nucleo dopo il raffreddamento, maggiore è la resistenza alla sformatura.

Tassi comuni di ritiro delle plastiche tecniche e raccomandazioni sull'angolo di sformo

Il servizio di progettazione di stampi a iniezione personalizzati si occupa di una significativa anisotropia dei tassi di ritiro nei materiali caricati con fibra di vetro pertanto tali fattori dovrebbero essere gestiti con molta attenzione. È necessario prestare particolare attenzione all'effetto dell'orientamento delle fibre sulla forza di sformatura se si utilizza la sformatura a sottosquadro.

Figura 4: componenti assortiti in plastica e metallo, inclusi tubi e ingranaggi.

In che modo JS Precision elimina i rischi di sottosquadro attraverso l'analisi DFM prima della produzione dello stampo?

Il servizio di utensili per stampi DFM di JS Precision individua e rimuove i rischi di sottosquadro prima della produzione dello stampo con una procedura di controllo del sottosquadro in 4 fasi. Il problema di oltre il 60% dei problemi di sottosquadro nelle revisioni DFM avrebbe potuto essere evitato se si fosse intervenuto tempestivamente sulla progettazione CAD.

Procedura di controllo in quattro fasi DFM

• Determinazione della linea di divisione e della direzione di espulsione: Nel modello CAD 3D, la posizione della linea di divisione e la direzione di espulsione della parte devono essere definite con precisione. Questo deve essere preso come riferimento per determinare tutti i potenziali sottosquadri.
• Controllo dell'angolo di sformo: angolo di sformo minimo di 2° per pareti esterne e angolo di sformo minimo di 3° per pareti interne ed elementi con sottosquadri. Per le superfici strutturate aggiungere un angolo di sformo di 1°-2° per 0,025 mm di profondità della struttura.
• Revisione delle aree di sottosquadro una superficie alla volta: ogni superficie di sottosquadro identificata dal software DFM porta gli ingegneri a pensare a tre possibilità: è possibile eliminare il sottosquadro aumentando l'angolo di sformo? È possibile rimuoverlo modificando la linea di giunzione? La presenza della funzionalità è davvero necessaria?
• Selezione del meccanismo per i sottosquadri rimanenti: se un sottosquadro può essere eliminato con i primi tre metodi sopra indicati, pianificare il tipo e il numero del meccanismo in dettaglio e includere questi meccanismi nella stima dei costi dello stampo. Se ciò non è possibile procedere con altri sottosquadri.

Valore DFM in numeri

Riducendo la possibilità di rilavorazione dopo la produzione dello stampo, l'ottimizzazione della progettazione dello stampo a iniezione è possibile grazie alla simulazione di riempimento Moldflow, portando a una riduzione del rischio di oltre il 60%. L'intervento di DFM nelle prime fasi di progettazione può evitare il 30% e fino al 50% dei costi dello stampo.

In che modo JS Precision ha risolto il complesso problema dello stampo con sottosquadro per l'alloggiamento di un sensore automobilistico?

Difficoltà del cliente

In precedenza il cliente aveva ordinato a un'altra azienda di stampaggio a iniezione la realizzazione di questo prodotto, ma lo stampaggio di prova iniziale non ha avuto successo. La mancanza di una corsa sufficiente dei cursori esterni ha fatto sì che la parte rimanesse bloccata nello stampo e non potesse essere espulsa. Dopo un'espulsione forzata, la parete laterale del pezzo si è strappata. Oltre a perdere $ 18.000 per lo stampo, il cliente ha anche perso un tempo di consegna di 6 settimane prima di rivolgersi a JS Precision con i disegni 3D aggiornati.

Soluzione di precisione JS

• Valutazione DFM

Sono stati rilevati due difetti principali: la profondità del sottosquadro del foro laterale esterno era di 4,5 mm, mentre la corsa della slitta dello stampo originale era di soli 5 mm. In base all'equazione Corsa = D×1,5 + 3 mm, la corsa necessaria è 9:75 mm, il rapporto profondità-diametro del sottosquadro della scanalatura interna era 0:42 (Livello 2) e il progetto originale utilizzava erroneamente un eiettore inclinato anziché un nucleo pieghevole.

• Modifica del design

La corsa esterna della slitta da 5 mm è stata modificata a 10 mm (è stato aggiunto anche un margine di sicurezza di 0,25 mm). Di conseguenza, la lunghezza della scanalatura della guida di scorrimento è stata estesa. Invece di un eiettore interno inclinato, è stato scelto un nucleo pieghevole a 6 lobi, consentendo al mandrino centrale di percorrere 12 mm e alla parte sottosquadro di 8 mm di staccarsi senza problemi.

• Convalida Moldflow

Si è scoperto che il tasso di ritiro del materiale PA66-GF30 nella regione del sottosquadro è dello 0,5% - 0,7%, il che significa che il valore di progetto della corsa di ritiro del nucleo di collasso ha un margine sufficiente.

• Acciaio e Trattamenti Termici

Il cursore e le alette del nucleo dei nuclei pieghevoli sono realizzati in acciaio per utensili H13 e temprato a 48 - 50 HRC, la durata dello stampo è di almeno 500.000 cicli.

• Stampaggio e ottimizzazione di prova

Il primo stampaggio di prova si è rivelato abbastanza soddisfacente, ad eccezione di un piccolo ritardo nel movimento di ritorno delle alette del nucleo pieghevole. Questo problema è stato completamente eliminato quando il ritorno a molla delle alette è stato modificato da una molla singola a due molle parallele.

Lezioni apprese dal fallimento:

• Il calcolo della corsa del cursore deve essere basato esattamente su una formula: D x1,5 + 3 mm, qualsiasi tipo di ipotesi causerà il fallimento dello stampaggio di prova.
• La classificazione del sottosquadro non si basa su un'ipotesi (gli anni di una persona) ma su un calcolo matematico del rapporto profondità/diametro.
• La direzione delle fibre di vetro in PA66-GF30 ha una grande influenza sull'usura dei lembi del nucleo pieghevole. Dopo 500 cicli di stampaggio di prova sono state riscontrate lievissime tracce di usura sulla superficie dei segmenti della valvola. La superficie del segmento della valvola è stata rivestita con DLC (carbonio simile al diamante) e questo ha risolto il problema.

Risultato finale

Il costo totale dello stampo ammontava a $ 42.000 (inclusi due meccanismi di sottosquadro). Il tempo necessario per la consegna dello stampo è stato di 8 settimane. Lo stampaggio di prova è stato eseguito correttamente al primo tentativo e finora lo stampo ha funzionato senza problemi nello stabilimento del cliente per oltre 300.000 cicli, riducendo così il tasso di scarto dall'8,5% della soluzione originale a solo lo 0,3%.

La chiave per implementare con successo soluzioni complesse di attrezzature per stampi non è tanto la risoluzione miracolosa dei problemi, ma l'impostazione di metodi di ingegneria ripetibili.

Anche il tuo progetto di stampo sottosquadro potrebbe avere margini di ottimizzazione simili. Carica i tuoi disegni 3D (STEP/IGS) e ricevi un rapporto di valutazione DFM gratuito entro 48 ore, inclusa l'identificazione dei sottosquadri, la stima dei costi e i consigli sui meccanismi.

Perché scegliere JS Precision come partner per la progettazione di stampi a sottosquadro complessi?

Scegliendo JS Precision otterrai un team di ingegneri che sono i maestri dello stampaggio a iniezione. Non utilizziamo la nostra esperienza per fare supposizioni, ciò che conta qui è il background tecnico dello stampo di progettazione sottosquadro. Attraverso l'analisi DFM, la simulazione Moldflow e calcoli tecnici precisi, forniamo soluzioni collaudate e complesse di progettazione di stampi con sottosquadro.

Competenze principali

• Capacità ingegneristiche:

Il nostro team applica un sistema di classificazione a tre livelli per il rapporto profondità/diametro per guidare il processo di selezione dei componenti. Calcolo della corsa del cursore = D×1,5 + 3 mm. La simulazione del ritiro Moldflow viene utilizzata per garantire che il restringimento rientri nei limiti del sottosquadro. Il trattamento termico dell'acciaio per utensili è controllato al livello di precisione di 1 HRC.

• Processo di servizio:

Forniamo report gratuiti di analisi DFM e prezzi dettagliati dei costi del meccanismo di sottosquadro in modo trasparente. Inoltre, i nostri ingegneri clienti sono completamente integrati con i nostri ingegneri progettisti di stampi.

• Garanzia di qualità:

Più di 500 corse di verifica degli stampi di prova vengono eseguite prima della spedizione e le accompagniamo con il rapporto completo sullo stampaggio di prova e il video clip di rilascio. Inoltre la durata del nostro stampo è garantita per almeno 500.000-1.000.000 di cicli.

Domande frequenti

D1: Quando è possibile evitare completamente i sottosquadri senza meccanismi speciali?

Spostando la linea di giunzione, i sottosquadri possono essere rilasciati dagli stampi come superfici sformabili naturali senza dover aggiungere ulteriori dispositivi di sformatura. In alcuni casi di elementi sottosquadro non funzionali, anche l'eliminazione tramite progettazione diretta è un metodo di ottimizzazione efficace che consigliamo nella nostra revisione DFM come una delle modifiche prioritarie a basso costo da eseguire.

D2: Le slitte ad azione laterale e i sollevatori angolari sono elementi intercambiabili in uno stampo?

La combinazione di slitte ad azione laterale e sollevatori angolari in uno stampo è del tutto possibile. Dopo l'apertura e la retrazione dello stampo, le slitte ad azione laterale rilasciano i sottosquadri esterni. Nel frattempo, sollevatori angolari liberano i sottosquadri interni durante la fase di espulsione. Controlleremo due volte la sequenza operativa nella simulazione del movimento per prevenire qualsiasi possibilità di interferenza del meccanismo.

D3: Gli elementi con sottosquadro profondi più di 6 mm sono sicuramente irrealizzabili con lo scorrimento laterale?

È pratica comune non considerare le slitte ad azione laterale quando si progettano sottosquadri più profondi di 6 mm. La chiusura forzata distorcerebbe i perni guida angolati e creerebbe resistenza alla sformatura. Anche con componenti più grandi che possono essere utilizzati e che aumentano i costi e i tassi di guasto, questa è ancora la migliore alternativa rispetto all'utilizzo delle guide ad azione laterale per tali funzionalità. Più affidabile e sicuro è l'uso combinato di nuclei pieghevoli e sollevatori angolari.

D4: Dal punto di vista dei costi di manutenzione, quanto aumenta il nucleo pieghevole rispetto allo scivolo ad azione laterale?

Il costo di manutenzione del nucleo pieghevole è superiore di circa il 30%-50% rispetto alle guide ad azione laterale. I complicati componenti di precisione multilobati sono altamente sensibili alle sollecitazioni meccaniche e le loro prestazioni si degradano rapidamente, comportando la necessità di frequenti riparazioni, sostituzioni e, ovviamente, rettifica delle parti. Otteniamo una maggiore durata grazie all'uso di acciaio di alta qualità e un adeguato trattamento termico.

D5: Quali sono le restrizioni sulla progettazione dello stampo con sottosquadro causate dai materiali con riempimento in vetro (ad esempio PA66 - GF30)?

È noto che i materiali caricati con fibra di vetro provocano ritiri molto diversi lungo le direzioni del flusso e del flusso trasversale. Questi anisotropi causano lo sviluppo di una grande variazione di stress nelle regioni sottosquadro dopo la sformatura. Utilizziamo l'analisi di simulazione Moldflow dell'orientamento e della distribuzione delle fibre di vetro per ottimizzare con precisione la struttura dello stampo dei parametri di sottosquadro e di sformatura in particolare della zona di sottosquadro.

D6: Qual è esattamente il contenuto e la portata del servizio di utensili per stampi DFM di JS Precision?

L'ambito e il contenuto del nostro servizio di utensileria per stampi DFM comprendono il layout della linea di giunzione, l'analisi dell'angolo di spoglia standard, la revisione del livello di sottosquadro, la valutazione dei costi della parte meccanica dello stampo e la verifica della simulazione del flusso dello stampo. Esaminiamo gli errori di progettazione, scopriamo i problemi di progettazione e redigiamo un rapporto scritto in modo professionale per i nostri clienti in tempi straordinari entro soli 3, 5 giorni dalla ricezione del lavoro.

D7: A quali settori JS Precision ha realizzato con successo progetti complicati di stampi a sottosquadro?

Abbiamo molta esperienza nel settore delle apparecchiature industriali medicali automobilistiche e dell'elettronica di consumo, abbiamo portato a termine centinaia di sofisticati progetti di stampi a sottosquadro, seguendo tutte le procedure standardizzate dalla fase di progettazione DFM fino alla verifica della simulazione e alla fase di produzione di massa di prova in modo da garantire sempre il massimo livello di qualità e stabilità dello stampo su tutta la linea.

D8: Come posso ottenere un preventivo su un'attrezzatura per stampi a sottosquadro da JS Precision?

Ottieni un preventivo esatto inviandoci modelli 3D in formato STEP e IGS, nonché disegni tecnici 2D che contengono informazioni sui materiali e sulla domanda annuale. Ti inviamo un rapporto DFM dettagliato che elenca i costi del meccanismo di sottoquotazione e fornisce prezzi completamente aperti senza commissioni nascoste entro 5 giorni lavorativi.

Riepilogo

Un fattore importante nel prendere decisioni sulla progettazione complessa di stampi con sottosquadro sono i dati tecnici, non l'esperienza o l'intuizione. Sono consigliati i cursori laterali per sottosquadri esterni fino a 6 mm, e le anime abbattibili per quelli interni fino a 20 mm. Il costo di un meccanismo di rilascio del filo è compreso tra 2.000 e 5.000 e un intervento tempestivo tramite DFM potrebbe far risparmiare fino al 30%-50% sui costi dello stampo. Gli standard di classificazione del rapporto tra profondità e diametro, la formula di calcolo della corsa del cursore (corsa = D×1,5 + 3 mm), nonché la forza di sformatura influenzata dal ritiro del materiale, costituiscono insieme un sistema decisionale basato su cifre e fatti per decidere quale stampo a sottosquadro è necessario.

Carica i dettagli della tua parte su JS Precision e riceverai un'analisi DFM gratuita. JS Precision individua, quantifica e suggerisce soluzioni per ciascuna caratteristica di sottosquadro prima della produzione dello stampo, il tuo prossimo progetto complesso di stampo a sottosquadro avrà sicuramente successo fin dalla fase di bozza.

Precisione JS

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