Влияние дизайна пресс-форм на прочность деталей и механические характеристики в формовке сжатия

Роль плесени геометрии

Геометрия полости плесени определяет не только форму детали, но и то, как распределяются напряжения во время обслуживания. Плохая геометрическая конструкция может вводить концентрации напряжений, которые резко снижают несущую способность детали.

Толщина стен и единообразие

Разнообразная толщина стенок создает дифференциальную усадку и скорость излечения, что приводит к остаточному напряжению и деформации. В идеале стены должны быть как можно более однородными. Когда переходы толщины неизбежны, постепенные сужения (наклон не более 3:1) уменьшают градиенты напряжения. Толстые секции излечиваются медленнее и могут потребовать длительного времени цикла, чтобы избежать недостаточного лечения и снижения прочности.

Проект Углы и угол Радий

Углы наклона (обычно 1-3° сбоку) облегчают удаление деталей и предотвращают забивание поверхности формы. Что еще более важно, более острые углы концентрируют напряжения во время загрузки. Щедрый радиус (не менее 25% толщины стенки) значительно снижает коэффициент концентрации напряжения. Например, внутри угла 90° с радиусом 0,5 мм может проявлять фактор напряжения 3, в то время как радиус 3 мм падает этот фактор ниже 1,5. Разработчики пресс-формы должны указать самые большие возможные радиусы, которые все еще соответствуют функциональным требованиям.

Сложные функции и подрезки

Такие характеристики, как ребра, боссы и подрезания, увеличивают жесткость деталей, но усложняют конструкцию формы. Ребра должны быть ориентированы параллельно основному направлению нагрузки и их толщина должна быть ограничена 60-80% от прилегающей стенки, чтобы избежать следов раковины. Подрезы требуют механизмов бокового действия или разборных ядер, которые увеличивают стоимость формы и обслуживание. Когда такие функции необходимы, они должны быть разработаны с помощью сквозняка и щедрых радиусов, чтобы избежать концентраций напряжения и обеспечить правильный поток материала.

Механические характеристики и дизайн плесени

Механическая производительность включает жесткость (модуль), прочность (конечная и выходная), ударную вязкость и усталостный срок службы. На каждое из этих свойств влияют параметры конструкции формы.

Жесткость и модуль

Для изотропных материалов жесткость является в первую очередь свойством материала, но конструкция формы влияет на эффективный модуль через ориентацию волокна. В стекло- или углеродистых композитах выровненные волокна вдоль пути нагрузки увеличивают жесткость; смещенные волокна уменьшают его. Геометрия плесени, которая поощряет поток, параллельный направлению первичной нагрузки, например, выравнивание затвора с длинной осью детали, может улучшить гибкий и растягивающий модуль на 20-40%.

Устойчивость к ударам

Прочность удара зависит от способности материала поглощать энергию до разрушения. Остаточные напряжения, вызванные плесенью, и микротрещины снижают ударопрочность. Равномерное охлаждение и надлежащий контроль температуры плесени снижают эти напряжения. Кроме того, острые выемки и тонкие секции действуют как инициаторы трещин. Проектирование критически важных деталей с щедрыми радиусами и постепенными изменениями толщины улучшает поглощение энергии.

Усталость жизнь

Циклическая нагрузка вызывает отказ на уровнях напряжения ниже статической прочности материала, особенно там, где существуют концентрации напряжения. Конструкция пресс-формы, которая минимизирует поверхностные дефекты (например, линии потока, линии сварки и ямы усадки) продлевает срок службы усталости. В формовке сварных линий образуются при стыке двух фронтов потока; это более слабые зоны. Правильное размещение затворов, которое позволяет избежать встречных фронтов внутри полости - или использование нескольких затворов с сбалансированным потоком - может устранить линии сварки. Кроме того, гладкая поверхность формы (например, SPI A-1) уменьшает шероховатость поверхности, которая может зародить усталостные трещины.

Охлаждение и контроль потока материалов

Управление температурой, пожалуй, является единственным наиболее важным аспектом проектирования формы для достижения согласованных механических свойств.Неравномерные температуры вызывают дифференциальные скорости излечения, что приводит к остаточному напряжению, деформации и снижению прочности.

Дизайн охлаждающего канала

Каналы охлаждения должны быть расположены как можно ближе к поверхности полости - обычно в пределах одного-двух диаметров канала - и равномерно расположены для поддержания равномерного охлаждения. Конформные каналы охлаждения, созданные с помощью аддитивного производства, следуют контуру детали и обеспечивают превосходную однородность температуры по сравнению с прямыми линиями. Программное обеспечение моделирования (например, Moldflow, Moldex3D) прогнозирует температурные градиенты и позволяет проектировщикам оптимизировать расположение канала перед обработкой.

Контроль потока и размещение заряда

При формовке компрессии начальное размещение заряда материала существенно влияет на схемы потока. Конструкция пресс-формы может включать в себя направляющие потока или ограничительные кольца , чтобы сначала направить материал в тонкие или удаленные секции, обеспечивая полное заполнение без преждевременного геляции. Для больших или сложных частей многостанционные преформы или запрограммированные скорости закрытия помогают контролировать фронт потока. Современные гидравлические прессы с программируемыми профилями скорости и силы позволяют пресс-форме закрываться в контролируемой последовательности, улучшая распределение материала.