ההשפעה של עיצוב ישן על חלק כוח וקיבולת של עומס

יסודות עיצוב ישן והשפעה שלהם על Part Properties

עיצוב ישן הוא הבסיס שעליו כל הנכסים חלק - במיוחד כוח מכני ויכולת רב-המון - בנוי.הגאומטריה של העמידות עובש, בחירת פלדה עובש, מיקום ערוצי קירור, ואת פני השטח לסיים את כל השאר להשאיר סימנים בלתי-נמנעים על החלק הסופי. עבור יישומים קריטיים בתחום הרכב, אוויר, מכשירים רפואיים, ומוצרים צרכניים, הבנת השפעות אלה אינה אופציונלית; חיוני לייצור חלקים דינמיים, לשרוד, חום ארוך, חיים דינמיים, חיים.

עובש מעוצב היטב מבטיח כי חומר מלוטש ממלא את הכובד אחיד, קריר בקצב מבוקר, ומדכא עם מתח מינימלי של חיים. verse, עובש מעוצב גרועה מציג פגמים כגון רִיק, קווי סרג, עמוד מלחמה, וקווים חלשים - אשר כל אלה להפחית באופן דרמטי את הכוח. מהנדסים חייב לגשת עיצוב כמו בעיה מבנית, לא רק שכפול.

אלמנטים מרכזיים המשפיעים על כוח כוללים את משטח עובש משטח קצה, הטיוטה זוויות, מיקום קו חלק, ובחירת החומר עבור עובש עצמו.לדוגמה, משטח חלל מאוד מלוטש יכול להפחית את כוחות ההזרקה, ובכך להפחית את הלחץ השוני ואת הסיכון של סדקים משטח. בניגוד, משטח מרקם מרקם עשוי להיות הכרחי מסיבות אסתטיות אבל יכול לפעול כמו עלייה הלחץ אם לא מבוקר בקפידה.

הבנת יסודות אלה קובעת את הבמה לקידוד כל גורם ספציפי שנדן בסעיפים הבאים.

התפקיד הקריטי של קיר ת'יקנס

עובי קיר הוא ככל הנראה פרמטר העיצוב המשפיע ביותר של עובש המשפיע על כוח חלק ויכולת עומס. עובי קיר אחיד מקדם זרימה מאוזנת, קירור אחיד, וצטמקות איזוטרופית - אשר תורמים לחלק קול מבני.כאשר משתנה בפתאומיות, החלקים העבים יותר קרירים יותר לאט, יצירת סימני כיור, חללים פנימיים, ועשרות מתחים חיות גבוה שפועלים כמו אתרי טעינה מבניים מתחת.

עבור thermoplastics, הכלל של אצבע הוא לשמור עובי קיר נומינאלי בין 1.5 מ"מ ו 5 מ"מ, בהתאם החומר ותפקוד חלק. קירות ת'יק להגדיל את יכולת העומס על ידי מתן חומר נוסף להתנגד כוחות בריחת ועשרות, אבל הם גם להגדיל את זמן מחזור ואת העלות החומרית. יותר חשוב, חלקים עבים יכולים להוביל לריקות מתכווץ וגרעין מוחלש עקב קירור שונה, אשר באופן פרדוקסלי, ולכן צריך להפחית את כוח השימוש יעיל.

ריכוזי מתח מתרחשים בכל מקום בו עובי משתנה.שלב פתאומי מ 2 מ"מ ל 4 מ"מ יוצר אפקט לאנץ שיכול להפחית את יכולת העומס על ידי 30% או יותר.כדי להפחית את זה, מעברים מצופים עם יחס אורך עד לקצב של לפחות 3:1 מומלץ. Finite Element Analysis (FEA) יכול בדיוק לזהות פרופילי מעבר אופטימליים.

גבישים חומריים גם תלויים בקצב קירור, אשר קשור ישירות עובי קיר. סמי-קריסטלליין פולימרים כמו ניילון ופוליפרופילן לפתח גבישיות גבוהה יותר בחלקים עבה יותר כי קריר יותר לאט, המוביל למודולוס גבוה יותר וכוח באזורים אלה - אבל גם מכווץ יותר עובי קיר מתפתל כמו ABS ופוליקרבן הם פחות רגישים למקרר אבל עדיין סובל ממתחים מרוחקים: 0 להנחיות לקיר נקיות הוא גם כן הוא מעולה על הקירור חיצוני: 1.

תכונות להקלה מתח: Radii, Fillets, ו Draft אנג'לס

פינות שארפ הן האויב של כוח חלק.רדיוס או מילוי בפינות פנימיות וחיצוניות מפחיתות ריכוזי מתח על ידי חלוקת עומס על שטח גדול יותר.היחסים בין גורם ריכוז הלחץ לבין רדיוס הפינה הם אקספוננציאלית: רדיוס שווה ל-50% עובי הקיר יכול להפחית את הריכוז מ- 3.0 עד 1.5.עבור חלקי עומס, רדיוס מינימלי של 0.5 מ"מ ל-1.5 מ"מ (או ל- 0.5 פעמים קיר) צריך להיות עובי.

מילויים גם משפרים את זרימת החומר במהלך מילוי, צמצום חימום ומניעה של הסילון.הם להקל על אוריינטציה מולקולרית אחידה יותר, אשר משפרת את חוזקם של עשרות אלפיים לאורך כיוון זרימת הדם. בפינות, להימנע הן מת בתוך פינות ורדיוני גדול מדי שגורם לעסמיך לא מעודף.האידיאל הוא רדיוס חלק שמזג באופן עקבי עם קירות סמוכים.

זווית דאף, בדרך כלל 1 מעלות עד 3° בצד, לשרת מטרה כפולה. ראשית, הם מאפשרים הזרקת קל ללא פגיעה בחלק. השני, הם להפחית את הלחץ השגרה במהלך הזרקת כוח על פני משטח גדול יותר.עבור ליבות עמוקות או משטחים מרקמים, טיוטות יש להגדיל (למשל, 3 עד 5 °) כדי למנוע עיוות.

עיצוב שער וזרימת חומריים

השער – שבו חומר מלוטש נכנס למשטח עובש - נטייה, קווים סרוגים, וחלוקת צפיפות, כל אלה השפעה כוח. שער מונחה גרועה יכול ליצור קווים חלשים שבהם שתי חזיתות זרימה נפגשות, צמצום כוח רבן עד 50%.עבור חלקי עומס, מיקום השער צריך להיות בחלק עבה ביותר קרוב ככל האפשר לעומס על שרשראות פולימריביות עם כיוון מקסימלי של מתח.

סוג השער גם משנה.שערי צוק הם פשוטים אבל יכול לגרום לעיוות חלק אם ממוקם ליד קירות דקים.שערי פנדר ושערי הכרטיסייה להפיץ זרימה יותר באופן שווה, להפחית את הלחץ העצום וההשפלה החומרית. שערי תת-קרקעית באופן אוטומטי, אך להשאיר שרידים קטנים שעשויים להתרכז אם הם יישארו על משטח פונקציונלי.החלק השער צריך להיות בגודל של חומר ללא גרימת לחץ מופרז, בדרך כלל ל -80% מהקיר.

כלים כמו Autodesk Moldflow או Moldex3D עוזרים לחזות מיקומים קו סורג, מלכודות אוויר, ולא איזון זרימה. הם מאפשרים למעצבים להתנסות עם מיקום השער כמעט לפני חיתוך פלדה. לדוגמה, העברת שער מסוף של הפוגה ארוכה לבסיס יכול לחסל קו סרורג חלש כי אחרת להפחית את יכולת העומס על ידי 30%.

עיצוב מערכת קירור ולחצים חוזרים

קירור לא אחיד הוא מקור עיקרי של מתח חיוור ועמוד מלחמה, שניהם להפחית את יכולת הנטלעת של עובש.ערוצי הקירור של עובש יש למקם כדי לחלץ חום אחיד מכל תחומי החלק.באופן אידיאלי, ערוצי קירור צריכים להיות 8 מ"מ ל 12 מ"מ בקוטר, ממולא 2.5 עד 3 פעמים את הקוטר בנפרד, ו ממוקם במרחק של 1.5 עד 2 ערוצים משטח cavity.

מתחים סובסידיים מתפתחים כאשר אזורים שונים של החלק מגניב ומחזקים בשיעורים שונים.העור החיצוני מבסס קודם, תוך שמירה על התכווצות הליבה עדיין-מלוטחת.זה יוצר מתחים דחוסים על פני השטח ועל לחץ רבילי בפנים.תחת עומס חיצוני, אלה עשרות אלפיות מוסיף ללחץ החל, המוביל לכישלון מוקדם.

בקרת טמפרטורה ישנה עוד מנוף: טמפרטורת עובש גבוהה מאטה קירור, מפחיתה את הלחץ קפוא, ומשפרת את הקריסטליניות בחזרים חצי-קריסטלליין.עם זאת, היא מגבירה את זמן המחזור.המאזן חייב להיות פגע עבור כל חומר.לדוגמה, פוליקרבונט (PC) יתרונות מטמפרטורה עובש של 70-90C כדי להקל על הלחץ, בעוד ניילון-120 עבור גבישים עבור פורמט אופטימלי של נייר: 1Flind יכול להיות ממבט רביעי.

Reinforcing the Part: Ribs, Gusets, ו-בוסס

ריבס היא הדרך היעילה ביותר להגדיל את הנוקשות ואת יכולת העומס מבלי להוסיף משקל או חומר עודף. a היטב מעוצב היטב rib יכול להכפיל את הרגע של אינרטיה של קיר שטוח על ידי גורם של 10 או יותר.מדריך סטנדרטי: עובי rib צריך להיות 50% עד 60% עובי הקיר נומינאלי כדי למנוע כיור על פני השטח.

גובה ריב לא צריך לעלות על 3 עד 4 פעמים עובי הקיר כדי למנוע התכה או קריסה תחת עומס. ריבס צריך להיות ממולא לפחות פעמיים עובי הקיר בנפרד כדי לאפשר זרימה נאותה חומר. Tapering the rib (0.5° עד 1 מעלות טיוטה אחת לשנייה) מבטיח שחרור ללא נזק. כאשר צלעות מצטלבות (למשל, צלעות), רדיוס מלא של לפחות 0.5 פעמים בריכוז.

גוסיים הם צריפים קצרים ממוקמים בפינות או משטחים שחוו עומסים מתפתלים.הם פועלים כמטמים זעירים, העברת עומס מקיר אל משטח הבסיס. עיצוב גועל טיפוסי: עובי 40% עד 60% מהקיר, אורך 2 עד 5 פעמים עובי, ו 45 מעלות מן הקיר.הם שימושיים במיוחד ב ⁇ , עליות, דיור, ודירות.

בוסים מתאימים לצרחות, ברגים, או רצף. עובי קיר בוס צריך להיות קרוב לקיר נומינאל כדי להימנע מטביעה.עבור תערובות עומס, להוסיף שרוול פלדה או להשתמש בוס עבה יותר עם גססט כדי להפיץ כוחות שמירה.גובה הבוס לא צריך לעלות על 2.5 פעמים קוטר שלה כדי לשמור על concentricity וכוח.

טיפול על פני השטח

התבנית עצמה חייבת לעמוד במחזורים בלחץ גבוה ללא דירוגים פלדה כלי כמו P20, H13, ו-S7 מציעים שילובים שונים של קשיחות, קשיחות, ללבוש התנגדות. עבור ייצור גבוה, פלדה קשה יותר (למשל, H13 ב 48-52 HRC) להפחית ולשמור על דיוק ממדי על מיליוני מחזורים, להבטיח חלק עקבי של כוח רך (למשל, 7) אבל הם מהירים יותר עם חומרים H13 ב-48-32) אבל הם עשויים ללבוש דיוק מהיר יותר, אבל יותר קל יותר, אבל הם עשויים ללבוש דיוק בינוני על ידי מתכת, במיוחד עם חומרים מהירים יותר, אבל הם עלולים יותר מהיר יותר, אבל הם עלולים עם HIV.

טיפולים על פני השטח וציפויים נוספים לשפר את ביצועי עובש ואת איכות חלק. Nitriding יוצר שכבת מקרה קשה שמתנגדת לחברה ושחיתות. ⁇ פיזית vapor deposition (PVD) ציפויים כמו titanium nitride (TiN) או יהלום דמוי פחמן (DLC) להפחית חיכוך, לשפר את השחרור, ולאפשר זרימת חומר טובה יותר. A חלקה קצה להפחית את הלחץ על החלק ומאפשר דיוק, ומאפשר דיוק, כלומר, דיוק, אשר יכול לשפר את הדיוק.

עבור חלקים הדורשים יכולת גבוהה של עומס, משטח עובש עם סיום עקבי, בסדר גמור (למשל, SPI A-1 או A-2) מצמצם פגמים על פני השטח שיכולים ליזום סדקים תחת טעינה מחזורית.conversely, משטח מרקם (למשל, SPI D-1) עשוי להיות נחוץ עבור לכידת, אבל המרקם חייב להיות רדודה מספיק כדי ליצור מתחים.

סימבול וניתוח בעיצוב Mold Design

עיצוב עובש מודרני מסתמך רבות על הנדסה ממוחשבת (CAE) כדי לחזות ולייעל את הכוח חלק סימולציה זרימה של Mold (למשל, Autodesk Moldflow, Moldex3D) מספק תובנות לתוך תבניות מילוי, מיקומים קו נדרי, מלכודות אוויר, אחידות קירור, וחלוקה מתח חי.

סטריקטל FEA (Finite Element Analysis) מעריך את החלק תחת עומסים צפויים, זיהוי אזורי מתח גבוה. integrating FEA עם תוצאות זרימה עובש מאפשר למעצבים לראות את ההשפעה של לחץ חי על יכולת העומס הסופי. לדוגמה, חלק המופיע חזק ב- FEA עשוי להיכשל בטרם עת אם מתחים חיים מקירור לא ניתן בחשבון עבור.

עיצוב ישן עבור חלקים גבוהים של עומס דורש לעתים קרובות מספר רב של CAE היציאות.התהליך מתחיל בדרך כלל עם הפריסה מושגית, ולאחר מכן ממשיך לאופטימיזציה של זרימה עובש, ולאחר מכן סימולציה קירור עובש.זמן ועלות מושקעת בסימולציה לשלם על ידי צמצום אבטיפוס ושיפור הצלחה צילום ראשונה.

מחקר: שיפור רכב

שקול מנוע רכב כירק תוכנן במקור עם קיר 3 מ"מ אחיד, ללא צלעות, בפינה פנימית חדה.חלק הציג כשלון עייפות לאחר 50,000 מחזורים במהלך הבדיקה.תבנית מחדש הציגה רדיוס 1.5 מ"מ בפינה הפנימית, 2 מ"מ עבה צלעות עם טיוטת 0.5 מעלות בלבד מושגת, ו repositioned את השער מן הבסיס לחלק עבה (הבוס הרזה).

עומס-Bearing Capacity Testing and אימות

אימות ההשפעה של שינויים בעיצוב עובש דורש בדיקות שיטתיות.שיטות נפוצות כוללות:

• (ב) ,0) בדיקות סטטיות (FLT:1) - החלת עומס גדל בהדרגה עד כישלון, השוואת כוח מוחלט כנגד מטרות עיצוב.
• (FLT:0) בדיקות עייפות קלקוליות (FLT:1) - כפוף לחלקים לעומס חוזר על עצמו בשבריר של כוח עליון (למשל, 50% מהתשואות) כדי לקבוע את הגבלת הסיבול.
• (ב) ,0) בדיקות קדמון (FLT:1) - מחזיק עומס קבוע לאורך זמן כדי להתבונן בעיוות, חשוב עבור חלקים תחת לחץ מתמשך.
• (ב) ,0) בדיקות של אמפט (FLT:1) - מדידה של אנרגיה נספגת לשבר, אשר מתואמים עם קשיחות.

שיטות הערכה לא הרסניות כמו X-ray, קול, או סריקת CT יכולות לחשוף חללים פנימיים, חולשת קו סורגת, או ריכוזי מתח חיים ללא הרס החלק.שחיתות הממצאים האלה בחזרה לתבניות עיצוב עובש סוגרת את לולאת משוב, המאפשר שיפור מתמשך. עבור ייצור בנפח גבוה, בקרת תהליכים סטטיסטיים (SPC) על ממדים מרכזיים ומשקל יכול לזהות דפוס או תהליך לפני סחף נקודות חוזקות.

מסקנה

עיצוב ישן הוא המהנדסים הבודדים החזקים ביותר צריך לשלוט על הכוח ועל יכולת העומס של חלקים מיוצרים.כל החלטה - עובי קיר ועד מיקום השער, ממילוי רדיוי כדי קירור פריסת ערוץ - משנה את הביצועים המכניים של המוצר הסופי. על ידי יישום עקרונות יסוד כגון עובי אחיד, רדיוני הולם, טיוטה נאותה, חיזוק צלעות, ומרקוח, מעצבים יכולים לייצר כי דורשות לענות על חלקים מבניים או מחזורי זמן מופרז.

שילוב של כלי סימולציה (זרם ישן ו- FEA מבני) מאפשר בדיקות וירטואליות המחסוך זמן וכסף תוך תשואות חלקים חזקים יותר. אימות עולם אמיתי באמצעות סטטי, עייפות, ובדיקת לא הרסנית מאשרת כי הכוח המתוכנן הוא למעשה מושג.כפי חומרים ויישומים מתפתחים, להישאר הנוכחי עם עיצוב שיטות הטובות ביותר - וללמוד מכל אחד מהם - מבטיח כי כל חלק חדש דוחף את הגבולות האפשריים של ייצור מדויק.

לקריאה נוספת על עיצוב עובש עבור כוח, מדריך עיצוב FLT:0Xometry עבור הזרקת עובש כוח ULFLT 1 מספק הנחיות מעשיות, ואת FLT:2Plastics Design LibraryFLT 3 מציע אוסף מקיף של הפניות על הקשר בין עיצוב עובש וביצועים חלק.