Deneyimli ürün tasarımcıları enjeksiyon kalıplama prosesi konusunda derin bir anlayışa sahiptir ve plastik parça tasarımında çok sayıda faktörü dikkate alır. Bu makale, duvar kalınlığı, taslak açısı, kaburgalar, delikler, çıkıntılar, geçmeli-geçmeli bağlantılar, presli geçmeler ve toleranslar gibi plastik kalıplanmış parçaların tasarımındaki temel öğelere odaklanmaktadır.
Plastik Parça Tasarımında Et Kalınlığı
Uygun duvar kalınlığının belirlenmesi çok önemlidir. Dişler ve yarıçaplar gibi diğer özellikler duvar kalınlığıyla ilgilidir. Bir plastik ürünün duvar kalınlığı, dayanması gereken dış kuvvetler, diğer bileşenlerin desteklenmesi, plastik malzemenin özellikleri, ağırlık, elektriksel performans, boyutsal doğruluk, stabilite ve montaj gereksinimleri gibi çeşitli faktörlere bağlıdır.
Tipik olarak termoplastik malzemelerin duvar kalınlığı 1 ila 6 mm arasında değişir; en yaygın olanı ise 2 ila 3 mm'dir. Daha büyük-boyutlu parçalar için duvar kalınlığı 6 mm'yi aşabilir. Tablo 1'de çeşitli termoplastik malzemeler için önerilen duvar kalınlığı değerleri listelenmektedir.
Et Kalınlığının Düzgünlüğü
Düzgün duvar kalınlığı, plastik parça tasarımında temel prensiptir. Düzgün olmayan-duvar kalınlığı tutarsız eriyik akışına ve soğuma büzülmesine yol açarak çökme izleri, boşluklar, çarpıklık ve hatta çatlama gibi kusurlara neden olur. Ayrıca büzülme izlerine, iç gerilime, deformasyona, renk farklılıklarına veya şeffaflık farklılıklarına neden olabilir. Aşırı ince duvarlar, kullanım ve montaj sırasında parçanın mukavemetini ve sertliğini azaltabilir. Ekonomik açıdan bakıldığında aşırı kalın parçalar malzeme maliyetlerini ve üretim süresini artırır. Daha kalın plastik alanlar daha yavaş soğur ve batma izlerine eğilimlidir. Şekil 1, tekdüze duvar kalınlığı tasarımını göstermektedir.
Daha kalın bir bölümden daha ince bir bölüme geçiş kaçınılmazsa, Şekil 2'de gösterildiği gibi, maksimum duvar kalınlığı oranı 3:1 korunarak kademeli olmalıdır.
Çoğu durumda tasarımcılar duvar kalınlığını değiştirmek için nervürlerden yararlanabilirler. Bu sadece malzemeden tasarruf etmekle kalmaz, üretim maliyetlerini de azaltır, aynı zamanda soğutma süresini de kısaltır. Soğutma süresi kabaca duvar kalınlığıyla orantılıdır.
Ayrıca tasarımcıların, erimiş malzemenin kapıdan boşluğun çeşitli bölümlerine kadar kat ettiği mesafe olan akış yolu uzunluğunu da dikkate alması gerekir. Tipik olarak akış yolu uzunluğu duvar kalınlığıyla orantılıdır. Duvar kalınlığı ne kadar büyük olursa akış yolu da o kadar uzun olur. Akış yolu uzunluğunun duvar kalınlığına oranı çok yüksekse kapıdan uzakta yetersiz malzeme veya eksik dolum meydana gelebilir. Bu nedenle bazı durumlarda duvar kalınlığının arttırılması gerekli olabilir.
Keskin Köşeler
Keskin köşeler sıklıkla parça kusurlarına ve gerilim yoğunlaşmasına neden olur. Bu alanlar, elektrokaplama veya boyama gibi-sonraki işlemler sırasında malzeme birikmesine eğilimlidir. Gerilim yoğunlaşması parçanın yük veya darbe altında kırılmasına neden olabilir. Bu nedenle tasarımda keskin köşelerden kaçınılmalıdır. Şekil 3 keskin köşe tasarımının bir örneğini göstermektedir.
Yaklaşma Açısı ve Çıkış Yönüne İlişkin Hususlar
Fırlatma Yönü ve Ayrım Hattı
Enjeksiyon ürün tasarımının başlangıcında, püskürtme yönünün ve ayrım hattının belirlenmesi çok önemlidir. Bu, yan eylem mekanizmalarına olan ihtiyacı en aza indirir-ve ayrım çizgisinin görünüm üzerindeki etkisini azaltır. Çıkarma yönü belirlendikten sonra, yan etkileri önlemek, örgü çizgilerini azaltmak ve kalıbın ömrünü uzatmak için nervürler, geçmeli bağlantılar ve çıkıntılar gibi yapılar bu yönle hizalanmalıdır-. Daha sonra ürünün görünümünü ve performansını geliştirmek için uygun bir ayırma hattı seçilebilir.
Bir parça kalıptan çıkarıldığında, çıkarma kuvvetini ve açma kuvvetini yenmesi gerekir. Açma kuvveti, parçanın boşluktan ayrılma işlemini ifade eder. Parça kalıpta soğudukça büzülür ve delik duvarlarının çekirdeği sıkı bir şekilde kavramasına neden olur. Parça ile çekirdek arasındaki sürtünme, deliklerin alt kısmındaki vakum yapışması ve diğer faktörler, çıkarma kuvvetinin açma kuvvetinden çok daha büyük olmasına neden olur. Aşırı çıkarma kuvveti parçanın deformasyonuna, beyazlaşmasına, kırışmasına ve yüzey aşınmasına neden olabilir.
Taslak Açısı
Taslak açısı, fırlatma kuvvetinin büyüklüğünün belirlenmesinde kritik öneme sahiptir. Enjeksiyonla kalıplanmış parçalar soğuduktan ve küçüldükten sonra sıklıkla çekirdeğe (erkek parça) yapıştığından, hem boşluk hem de çekirdek üzerinde aynı taslak açısının kullanılması, eşit duvar kalınlığı sağlar ve parçanın çıkarma sonrasında daha sıcak olan boşluğa yapışmasını önler. Özel durumlarda, parçanın çıkarıldıktan sonra boşluğa yapışması gerekiyorsa, bitişik boşluktaki taslak açısı azaltılabilir veya boşluğa kasıtlı bir alttan kesme eklenebilir.
Taslak açısı için sabit bir değer yoktur; genellikle ampirik olarak belirlenir. Yüksek derecede cilalanmış dış duvarlarda 1/8 veya 1/4 derece kadar küçük bir taslak açısı kullanılabilir. Daha derin kısımlar veya dokulu kısımlar için taslak açısı buna göre artırılmalıdır. Tipik olarak her 0,025 mm doku derinliği için taslak açısının 1 derece arttırılması gerekir.
Ayrıca, daha büyük taslak açıları genellikle parçanın kalıptan çıkarılmasını kolaylaştırsa da boyutsal doğruluğun korunması çok önemlidir. Taslak açıdan kaynaklanan boyutsal hatalar hassas tolerans dahilinde tutulmalıdır. Yüksek büzülme veya karmaşık şekillere sahip parçalar için daha büyük bir taslak açısı dikkate alınmalıdır.
Plastik Parça Tasarımında Profiller
Plastik bir parçanın mukavemeti yalnızca et kalınlığının artmasına bağlı değildir. Aslında, duvar kalınlığının arttırılması daha fazla büzülmeye yol açarak, aslında mukavemeti azaltan iç gerilimlere neden olur. Plastik bir parçanın mukavemetini arttırmanın anahtarı onun sertliğinde yatmaktadır. Bu genellikle kesit modülünü artırmak için ince-duvarlı bir yapıyı stratejik olarak yerleştirilmiş kirişlerle birleştirerek elde edilir.
Nervür Tasarımıyla İlgili Hususlar
Bununla birlikte, kaburga eklenmesi ana duvarla birleşim yerindeki kalınlığı arttırır. Bu kalınlık tipik olarak en büyük yazılı dairenin çapıyla belirlenir ve bu da nervürün kalınlığı ve kök yarıçapı tarafından belirlenir. 4 mm'lik bir taban duvar kalınlığı için, kaburga kalınlığının ve kök yarıçapının değiştirilmesi, en büyük yazılı dairenin çapını değiştirir. Şekil 4, yerel duvar kalınlığının artmasının, karşı yüzeyde görünümü etkileyen çöküntü izlerine nasıl yol açabileceğini göstermektedir. Akılcı bir tasarım, yüzey çöküntü olasılığını azaltarak parça kalitesini artırabilir.
Analizler, kaburga kalınlığının belirli bir aralıkta mümkün olduğunca en aza indirilmesi gerektiğini göstermektedir. Eğer kaburga çok ince ise, sertliği korumak için yüksekliği arttırılmalıdır. Ancak aşırı ince kaburgalar enjeksiyon sırasında burkulmaya, kalıbın doldurulmasında zorluk yaşanmasına ve kalıba yapışmaya neden olabilir. Gerilme yoğunlaşmasını önlemek için kaburganın tabanındaki yarıçap çok küçük olmamalıdır.
Tipik olarak bir kaburganın kök yarıçapı, kaburga kalınlığının en az %40'ı kadar olmalıdır. Diş kalınlığı taban duvar kalınlığının %50 ila %75'i kadar olmalıdır; daha yüksek yüzdeler yalnızca düşük büzülmeye sahip malzemeler için geçerlidir. Kaburga yüksekliği taban kalınlığının beş katından az olmalıdır. Kaburgaların bir taslak açısı olmalı ve yönelimleri çıkarma yönü ile aynı hizada olmalıdır, aksi takdirde hareketli kalıp bileşenleri kullanılabilir. Kaburgalar arasındaki mesafe taban kalınlığının iki katından fazla olmalıdır.
Tüm yönlerde eşit sertlik elde etmek için en basit yöntem, nervürler dik olarak kesişecek şekilde hem uzunlamasına hem de enine nervürler eklemektir. Ancak bu, kesişimdeki duvar kalınlığını artırarak daha fazla büzülmeye yol açar. Yaygın bir çözüm, Şekil 5'te gösterildiği gibi, düzgün bir duvar kalınlığı oluşturmak için kesişme noktasına dairesel bir delik eklemektir.
Plastik Parçalardaki Delikler İçin Tasarımda Dikkat Edilecek Hususlar
1. Delik Konumu ve Gücü
Montaj kolaylığı veya işlevsel amaçlar için plastik parçalara delikler açmak yaygın bir uygulamadır. İdeal olarak bu deliklerin boyutu ve konumu, ürünün dayanıklılığından ödün vermemeli veya üretim karmaşıklığını artırmamalıdır. Önemli hususlar:
Bitişik delikler arasındaki mesafe veya bir delikten en yakın kenara olan mesafe, en azından deliğin çapına eşit olmalıdır. Bu özellikle kırılmayı önlemek amacıyla kenarlara yakın delikler için önemlidir. Dişli delikler için delikten ürün kenarına kadar olan mesafe genellikle delik çapının üç katından fazladır.
2. Delik Çeşitleri
Delikler, açık delikler, kör delikler ve kademeli delikler gibi çeşitli türlerde gelir. Montaj açısından bakıldığında, açık delikler kör deliklere göre daha yaygındır ve işlenmesi daha kolaydır. Kalıp tasarımı açısından açık deliklerin yapısı daha basittir. Kalıbın hem hareketli hem de sabit kısımlarına maçalar yerleştirilerek veya tek bir maçanın tek parçada kullanılmasıyla oluşturulabilirler. İlki, erimiş plastiğin etkisi altında iki konsol kiriş oluşturur, ancak kısa kiriş uzunluklarından dolayı deformasyon minimum düzeydedir. İkincisi tipik olarak minimum deformasyonla basit bir şekilde desteklenen bir kiriş oluşturur. İki çekirdek kullanıldığında, yanlış hizalamayı önlemek ve pürüzsüz bir birleşme yüzeyi sağlamak için çapları biraz farklı olmalıdır. Konsol göbek pimlerinin oluşturduğu kör delikler, erimiş plastiğin etkisi altında bükülmeye daha yatkındır ve bu da düzensiz delik şekillerine yol açar. Tipik olarak kör bir deliğin derinliği çapının iki katını geçmemelidir. Çapı 1,5 mm veya daha küçük olan kör delikler için derinlik çapı aşmamalıdır. Kör deliğin altındaki duvar kalınlığı, büzülmeyi önlemek için delik çapının en az-altıda biri kadar olmalıdır.
3. Yan Delikler
Yan delikler tipik olarak yan göbekler kullanılarak oluşturulur, bu da özellikle yan maça uzun ve kırılmaya yatkın olduğunda kalıp maliyetini ve bakımını artırır. Mümkünse, bu sorunları azaltmak için tasarım Şekil 6'da gösterildiği gibi geliştirilebilir.
Plastik Parça Tasarımında Patronlar
Yükseltiler genellikle ana duvar kalınlığından çıkıntı yapar ve ürün montajı, nesnelerin aralanması ve diğer bileşenlerin desteklenmesi için kullanılır. İçi boş başlıklara kesici uçlar veya vidalar yerleştirilebilir. Bu uygulamalar, çıkıntıların çatlamadan basınca dayanabilecek yeterli güce sahip olmasını gerektirir. Bu şeklin kalıplanması daha kolay olduğundan ve daha iyi mekanik özellikler sunduğundan, çıkıntılar genellikle silindiriktir.
Yapıyla Entegrasyon
İdeal durumda, bir çıkıntı izole edilmiş bir silindir olarak tasarlanmamalı, dış duvara bağlanmalı veya kirişlerle birlikte kullanılmalıdır. Bu yaklaşım başlığın gücünü arttırır ve plastik malzemenin düzgün akışına yardımcı olur. Çökme izlerini önlemek için dış duvara bağlantı ince-duvar bağlantısı olmalıdır.
Yükseltinin alt tabakaya bağlandığı tabandaki fileto yarıçapı, alt tabaka kalınlığının 0,4 ila 0,6 katı olmalıdır. Boss duvar kalınlığı, alt tabaka kalınlığının 0,5 ila 0,75 katı olmalıdır. Vida kurulumunu kolaylaştırmak için çıkıntının üst kısmı pahlı olmalıdır. Patronların ayrıca bir taslak açısı olması gerekir. Bu tasarım gereklilikleri nervürlere benzer, dolayısıyla bir çıkıntı, nervürün bir varyasyonu olarak düşünülebilir. Bu ilişkiler için Şekil 7 ve 8'e bakın.
Kendiliğinden Vuran Vidalar için-Dişli Başlıklar
Kendiliğinden kılavuzlanan vidaları bağlamak için birçok çıkıntı kullanılır-. Bu çıkıntıların üzerindeki iç dişler, plastiği kesmek yerine deformasyon yoluyla şekillendiren soğuk-akışlı kalıplama işlemiyle oluşturulur. Dişli göbeklerin boyutları, vida yerleştirme kuvvetlerine ve taşıdıkları yüklere dayanacak kadar yeterli olmalıdır. Başlıktaki delik çapı, vidanın belirtilen tork ve titreşim koşulları altında sağlam kalmasını sağlamalıdır.
Başlığın dış çapı, vida sıkma sırasında oluşan çevresel kuvvetlere kırılmadan dayanmalıdır. Vida yerleştirmeyi kolaylaştırmak için, genellikle başlığın üst kısmında, nominal vida çapından biraz daha büyük bir çapa sahip bir havşa bulunur. Yükseklik boyutlarının hesaplanması karmaşık olabilir.
Yabancı sitelerde önerilen ve nominal vida çapına dayalı basitleştirilmiş bir tahmin yöntemi önerilir. İlk önce vidanın malzemesini belirleyin, ardından tablodaki karşılık gelen katsayıyı temel alarak uygun boyutu belirlemek için katsayıyı nominal vida çapının yerine koyun.
Plastik Parça Tasarımında Bağlantıları Geç-Oturdur
Snap{0}}fit montajı kullanışlı, ekonomik ve çevre dostu bir bağlantı yöntemidir. Snap{2}}fit bileşenleri ürünle aynı anda kalıplanarak vida gibi ek bağlantı elemanlarına ihtiyaç duyulmaz. Montaj, karşılık gelen parçaların basitçe birbirine tutturulmasını içerir.
Geçmeli{0}}geçmeli bağlantının ilkesi, bir bileşenin çıkıntılı kısmını diğerindeki engelin üzerinden itmeyi içerir. Bu süreç elastik deformasyonu içerir; Engel ortadan kaldırıldığında, parça orijinal şekline geri döner ve Şekil 9'da gösterildiği gibi yerine kilitlenir. Geçme-geçmeli bağlantılar kalıcı veya çıkarılabilir olabilir.
Yapısal olarak, geçmeli{0}}geçmeler, Şekil 10'da gösterildiği gibi konsol, halka ve küresel türlere göre sınıflandırılabilir.
Anahtar Açılar ve Hesaplamalar
Kritik Açılar
Geçme-fit tasarımındaki iki temel açı, geri dönüş açısı (veya tutma açısı) ve ilerideki-açıdır. Genel olarak daha büyük bir dönüş açısı daha güvenli bir uyum sağlar. Dönüş açısı 90 dereceye yaklaştığında, Şekil 11'de gösterildiği gibi geçmeli-fit bağlantısı kalıcı hale gelir.
