Проектирование для пост-формовочной обработки: бурение, обрезка и методы отделки

В производстве успех формованной детали выходит далеко за рамки первоначального процесса формирования. Постформовочные операции - бурение, обрезка, отделка - это то, где многие продукты либо соответствуют спецификации, либо терпят неудачу. Проектирование деталей с учетом этих шагов вниз по течению сокращает время цикла, снижает скорость утилизации и обеспечивает последовательное качество. Эта статья предоставляет практические руководящие принципы проектирования для каждого этапа, охватывающие поведение материалов, доступ к инструментам, оптимизацию геометрии и методы проверки. Интегрируя эти принципы на ранней стадии, инженеры могут избежать дорогостоящей переработки и доставки высокопроизводительных компонентов.

Понимание пост-модернистских процессов

После формования обработка охватывает все операции, выполняемые после первичного этапа формования - литье под давлением, литье под давлением или металлоформование. Эти процессы корректируют допуски, обеспечивают функции, которые не могут быть формованы, и улучшают свойства поверхности. Три критические категории - сверление, обрезка и отделка, каждая с различными конструктивными последствиями.

бурение

Бурение создает отверстия для крепежа, воздушного потока, прохода жидкости или выравнивания сборки. В то время как формование может производить некоторые отверстия через ядра, многие лучше всего добавлять после формования, чтобы избежать сложных инструментов или подрезаний. Отверстия могут быть через, слепые, ступенчатые, противопоставленные или прослушиваемые. Конструкция должна учитывать вход и выход инструмента, удаление чипа и деформацию материала.

обрезка

Обрезка удаляет излишки материала, такие как вспышки, спружиненные остатки, остатки ворот и следы свидетелей на линии разъединения. При отливке и отделке на месте шаг обрезки интегрирован; при литье под давлением инъекций он может включать вторичные пунш-прессы, маршрутизацию ЧПУ или ручное переливание. Чистые линии отделки улучшают внешний вид и форму.

Завершение

Отделка повышает качество поверхности, коррозионную стойкость, износостойкость и эстетичный вид. Общие методы включают отладку (механическую, термическую, электрохимическую), полирование, взрыв бусин, анодирование, покраску и печать накладок. Каждый метод накладывает ограничения на геометрию деталей и выбор материала.

Дизайн-соображения для бурения

Бурение — это высокоскоростная операция резки, которая генерирует тепло, чипы и боковые силы. Особенности дизайна, которые минимизируют эти эффекты, улучшают срок службы инструмента, точность и прочность деталей.

Выбор материала и обрабатываемость

Материалы сильно различаются по обрабатываемости. Наполненные стеклом нейлоны и углеродно-волоконные композиты вызывают быстрое износ инструмента; мягкие термопласты, такие как полиэтилен, могут плавиться или измельчаться. Металлы, такие как магний и цинковые сплавы, сверлить чисто, в то время как алюминий требует геометрии, разрушающей чипы. Всегда указывается сорт материала и содержание наполнителя на чертеже. Если материал, как известно, трудно сверлить, конструктивные особенности, такие как постепенные изменения глубины отверстия и пробные отверстия, могут смягчить проблемы. Для получения дополнительной информации о обрабатываемости материала, обратитесь к Руководство по обрабатываемости для хлористики .

Толщина стен и близость дыр

Адекватная толщина стенки вокруг отверстия предотвращает растрескивание, деформацию и прорыв. Для термопластов типична минимальная толщина стенки в 1,5 раза больше диаметра отверстия. Для металлов часто достаточно 1,0 раза диаметра, но для высоконапряженных применений требуется 1,5-2×. Расстояние от края отверстия (от центра отверстия до края части) должно быть не менее 2,0× диаметра, чтобы избежать разрыва. Когда несколько отверстий находятся близко друг к другу, шатайте их, а не размещайте их по прямой линии, чтобы уменьшить концентрацию напряжения. Рассмотрите возможность использования мостовых функций или гуссетов вблизи слабых секций.

Геометрия и толерантность дыр

Конструкция стандартных диаметров отверстий, где это возможно; метрические или дюймовые стандартные сверла избегают пользовательских затрат на оснастку. Для резьбовых отверстий укажите, образуется ли нить (предпочтительно для пластмасс) или разрезается (для металлов). Слепые отверстия требуют глубинного зазора внизу - по крайней мере, 1,5 × длина наконечника инструмента. Контраборы и противопотоки должны быть измерены со стандартными углами инструмента (например, 90° или 82° противопотока). Допуск к отверстию обычно ±0,1 мм для общего использования, ±0,05 мм для точных посадок. Используйте примечание для поверхностной отделки, чтобы указать требования к отрыжке: «Прорежьте острые края 0,1 мм максимум».

Доступ к инструментам и эвакуация чипов

Инструменты бурения нуждаются в прямолинейном доступе к оси отверстия. Угловые или изогнутые отверстия требуют EDM или специальных приспособлений, добавляя стоимость. Конструкция деталей так, чтобы отверстия были ориентированы перпендикулярно плоской поверхности, если это возможно. Если ось сверления является наклонной, обеспечить чамфер или плоскую поверхность в точке входа сверла, чтобы предотвратить блуждание инструмента. Для глубоких отверстий (глубина > 3 × диаметр), включить циклы бурения клювом в план процесса и обеспечить геометрию деталей не ловить чипы. Предоставить клиренс для бурового отверстия и коллета - по крайней мере 2 × диаметр над поверхностью входа. Для через отверстия, избежать захваченных объемов, где чипы могут накапливаться; проектировать четкий путь для охлаждающей жидкости и чипов для выхода.

Стратегии дизайна для обрезки

Эффективность обрезки сильно зависит от того, как деталь покидает форму или отмирает.Правильная конструкция разделительных линий, ворот и тяговых углов упрощает удаление и снижает вторичную работу.

Дизайн линии и ворот

Найдите линии разъединения вдоль плоскости, где вспышка легко удалить - как правило, самая большая плоская поверхность. Избегайте сложных 3D-линий разъединения, которые создают вспышку в изогнутых или утопленных областях. Вещество вентиляции должно быть размещено на скрытой поверхности или на той, которая видит обрезку в любом случае. Для инструментов с несколькими полочками, пространственные полости, так что обрезка ударов может работать без помех. Используйте размер ворот, который позволяет чистый разрез сдвига; для туннельных ворот, поддерживать по меньшей мере 0,5 мм толщину стенки вокруг области ворот, чтобы предотвратить разрыв. Рассмотрите использование термальных ворот или клапанных ворот, которые оставляют минимальный остаток.

Углы и излучаемые выступы

Углы наклона (1°-3° сбоку) позволяют детали выпускать из формы чисто, уменьшая вспышку и делая линии нарезки резкими. Щедрые радиусы на внутренних углах распределяют напряжение и помогают инструментам для обрезки скользить. Осколочные углы концентрируют напряжение и создают слабые места, которые ломаются во время операций по обрезке. Рекомендуется минимальный внутренний радиус 0,5 мм (предпочтительно 1 мм). Для литья металлических кристаллов углы наклона от 1,5° до 2,5° облегчают выброс и обрезку.

Избегать тонких секций и слабых функций

Тонкие ребра, высокие неподдерживаемые стены и острые углы склонны к поломке во время ручной или автоматической обрезки. Убедитесь, что минимальная толщина стенки составляет не менее 1,5 мм для термопластов, 1,0 мм для литья алюминиевых кристаллов. Если тонкие особенности неизбежны, добавьте гусеницы или ребра для их укрепления. При проектировании «отрывной» вкладки для многочастного формования, включите выемку или канавку для направления перелома, а не полагайтесь на полноширотный сдвиг.

Автоматизация-дружественные макеты

If trimming is done by robot or press, part geometry must allow consistent orientation. Design flat base surfaces that work as datum planes for nest fixtures. Avoid overhangs that complicate pick-and-place. Feature symmetry helps; asymmetric parts need secondary orientation sensors. For progressive die trimming, the part must index predictably—use pilot holes or edge locators. A well-designed "runner scrap" area can be trimmed in one press stroke.

Техники отделки и интеграция дизайна

Завершение этапов улучшает функцию и внешний вид, но добавляет стоимость и время цикла. детали дизайна, которые уменьшают отделочные работы или делают их более последовательными, снижают общие расходы.

Механическая отделка

Вибрационная отделка, кувыркание и струйная продувка гладких шероховатых краев и отрывных мелких деталей. Части, которые хорошо качаются, имеют гладкие контуры, нет глубоких слепых отверстий (медиа может упаковываться внутрь) и закругленные наружные поверхности. Короткие края и тонкие вкладки могут отломаться или стать ошпаренными . Если деталь требует вибрационной отделки, укажите ее на чертеже и позвольте разрыву отрыжков. Для продувки носителя (например, стеклянная бусина или керамика), избегайте тонких текстур, которые могут быть эродированы - дизайн с однородными требованиями к шероховатости поверхности. Рассмотрите возможность включения руководящие принципы библиотечной отделки для пластмасс , чтобы предотвратить повреждение деталей.

Химическая и электрохимическая отделка

Химическое травление, электрополировка и химическая полировка удаляют тонкие слои для улучшения поверхностной отделки и удаления микрозарядов. Эти процессы требуют, чтобы деталь была полностью погружена; захваченные воздушные карманы или закрытые полости предотвращают однородную обработку. Конструкция деталей с дренажными отверстиями и избегают внутренних мертвых пространств . Для электрополирования металлических деталей убедитесь, что поверхность детали гладкая (Ra ≤ 3,2 мкм) перед ванной, и что острые внешние углы облицованы, чтобы избежать чрезмерного удаления. Маскировка для селективного финиширования требует, чтобы маскируемые элементы были по крайней мере 2 мм от области, которую нужно закончить.

Правила дизайна покрытия и маркировки

Покраска, порошковое покрытие, анодирование, гальваническое покрытие и ПВД требуют хорошей адгезии и равномерной толщины. Избегать резких канавок, глубоких прорезей и слепых отверстий, которые улавливают жидкость покрытия или препятствуют потоку тока. Для анодирования внутренние нити должны быть разрезаны после покрытия, так как слой оксида утолщается и уменьшает толерантность. При окраске, дизайн в углах «свертывания краски» — вертикальные поверхности лучше, чем плоские горизонтальные для стока. Для гальванического покрытия, поддерживать постоянную плотность тока, избегая больших плоских областей рядом с глубокими углублениями. Добавить вспомогательные аноды или щиты, необходимые для достижения покрытия. Стандарт тестирования солевого распыления ASTM B117 часто ссылается на требования к коррозионной стойкости.