Průvodce konstrukcí vyfukovacích forem - Custom-Pak, Inc.

Průvodce návrhem vyfukování od společnosti Custom-Pak vám poskytne základní nástroje pro návrh konstrukčních vyfukovaných dílů. Tento průvodce se zaměřuje na proces vyfukování vytlačováním. Žádné dva návrhy nejsou stejné, proto je třeba formu a proces upravit tak, aby se každý návrh optimalizoval. Softwarové produkty mohou pomoci předpovědět vlastnosti výlisku a naši inženýři jsou zde, aby vám pomohli vytvořit skvělý výrobek. Naše pomoc při navrhování je důvěrná a bezplatná.

A. Proces vyfukování
B. Materiály
C. Zachycení parazitů
D. Návrh vnější dutinové formy
E. Návrh vnitřních dutinových forem
F. Vzduchový prostor
G. Vytváření struktury
H. Dokončovací práce

A. Proces vyfukování

Prvním krokem je míchání, tavení a vytlačování plastu (extruze) za účelem jeho zformování do trubky zvané parison, která bude použita k výrobě dílu.
Pro vytvoření požadovaného tvaru dílu se používá forma. Forma má dvě poloviny, které jsou uzavřeny kolem roztaveného parisonu.
Do vnitřku parisonu se vhání vzduch, aby se roztavený plast rozpínal proti povrchu formy.
Forma se ochladí, aby se plast ustálil do nového tvaru formy.
Vytvarovaný plastový díl se vyjme z formy, oddělí se od přebytečného materiálu parisonu zvaného flash a dokončí se. (Většinu dokončovacích kroků lze dokončit přímo ve formě, ale některé zahrnují sekundární operace.)

B. Materiály

Výběr materiálu je kritickým aspektem návrhu a měl by zahrnovat seriózní studium:

vlastností plastové pryskyřice
nákladů na materiál
zpracovatelských vlastností
cílů vašeho hotového dílu

Ačkoli jsou k dispozici tisíce plastových materiálů, většina z nich nebude splňovat potřeby vašeho výrobku. Zkušenosti s vyfukovacími materiály jsou nezbytné a my máme praktické zkušenosti s použitím každého vyfukovacího materiálu

Komoditní materiály

Některé z nejlevnějších materiálů se také nejsnáze zpracovávají. Polyethylen (PE) a polypropylen (PP) jsou nejoblíbenější vyfukovací pryskyřice. PE je v současnosti levnější, ale PP bývá tužší, což někdy vyrovnává rozdíl v nákladech. Tyto materiály jsou odolné vůči většině chemikálií. Jedním z rozdílů jsou teplotní vlastnosti, přičemž PE má lepší vlastnosti při teplotách -75 až +160 °C a PP má dobré vlastnosti při teplotách -0 až +170 °C. Z těchto materiálů se obvykle tvoří díly odpovídající principům popsaným v tomto průvodci konstrukcí.

Inženýrské pryskyřice

Mnoho inženýrských pryskyřic lze vyfukovat. Mezi některé zkratky patří PPO, PC, PETG, ABS, TPE – představu máte. Tyto pryskyřice vyžadují před lisováním zvláštní pozornost. Většina z nich vyžaduje sušení před zpracováním, speciálně navržené vytlačovací šneky a specifické podmínky zpracování. Konstrukční kritéria uvedená v této příručce se nemusí vztahovat na díly lisované z některých technických pryskyřic. Správné informace o návrhu pro váš konkrétní projekt získáte přímo od našich technických pracovníků.

C. Zachycení parisonu

Chcete-li navrhnout vyfukovaný výrobek, musíte porozumět interakci mezi roztaveným plastovým parisonem a formou. Pokud jste vyfoukli bublinu ze žvýkačky, dokážete vyfukování pochopit. Plastový materiál se natahuje stejně jako žvýkačka, a pokud je příliš tenký, praskne. Protože je parizon vytlačován jako trubka, je snadné vyrobit díl ve tvaru trubky nebo láhve, k velkému natahování nedochází. Dvě poloviny formy se otevřou, vloží se parison, poloviny formy se uzavřou a díl se vyfoukne. Rozdělení mezi polovinami formy se nazývá dělicí čára. Na dělící čáře kolem tvaru dílu se často nachází hrana podobná noži, známá jako pinch-off.

Pokud se tvar dílu, který má být lisován, změní z trubky na plochý díl panelového typu, musí se
parizonová trubka zploštit, aby vznikl panel. Když se tak stane, obvod parisonu se stane plochou, která musí pokrýt šířku panelu. Snažíme se tedy mít dostatečně velký průměr parisonu, aby se při jeho zploštění mohl zachytit celý obvod panelu v místě odštípnutí. Pokud parizon nedosáhne na všechny oblasti pinch-off, musí se protáhnout na zbytek cesty.

Měkký plast se může protáhnout jen na krátkou vzdálenost, než se začne ztenčovat. Podobně jako u žvýkačky je první tenké místo nejslabší a nejrychleji se ztenčuje, dokud nepraskne. Pokud plastový parizon praskne, nazývá se to „vyfouknutí“ a výsledkem je, že se díl vůbec nevytvoří.

Pokud složitost dílu postupuje k dvoustěnným tvarům s bočními stěnami a vnitřními konturami, musí být parizon nejen zachycen ve všech bodech podél dělící čáry, ale musí také splňovat požadavky na tloušťku materiálu pro různé podmínky tváření specifické pro každou oblast dílu. Mnohá konstrukční kritéria použitá pro výrobu zásobníku s tvarovanými vnitřními tvary budou stejná i pro konstrukci složitého průmyslového dílu.

D. Návrh vnějšího povrchu (dutiny formy)

Vnitřní a vnější stěny dílu jsou tvořeny současně a integrálně, ale návrhy vnitřního a vnějšího povrchu jsou v podstatě nezávislé, takže si je rozebereme zvlášť. Při vývoji návrhu by měl konstruktér začít přemýšlet o interakci plastu a formy, která bude díl vyrábět. Vizuální exteriér mnoha výrobků je tvořen v jedné polovině formy zvané dutina. Následují některé vlastnosti dutin forem, které bude chtít konstruktér zvážit.

Poměr dutina – vyfukování dutiny = W>D

Lahve jsou typickým příkladem vyfukovaného dílu vytvořeného pomocí dvou polovin formy s dutinami. Kulatá láhev má vyfukovací poměr, který se skládá z šířky = průměru a hloubky = poloměru (2:1). Výsledkem je vynikající rozložení materiálu v kulaté láhvi. Ne všechny díly však budou kulaté. Když konstruktéři začnou posouvat hranice tažení do dutin, jak daleko by měli zajít? Odpověď závisí na elasticitě materiálu a na tom, jak tenkou stěnu jste ochotni akceptovat. Obecně však platí, že materiál se do dutiny neprotáhne o mnoho více (hloubka = D), než je šířka materiálu, který se do dutiny vejde (šířka = W). Snažte se tedy navrhnout díl s dutinou tak, aby nebyl hlubší, než je šířka.

Poměr dutiny a jádra = W>2D

Mnoho průmyslových dílů se tvaruje pomocí kombinace dutinových a jádrových tvarových prvků, kdy jádro tvoří vnitřní tvary. Jádro mění parametry vyfukovacího poměru.

Průměr válcového parisonu, který tvoří dvoustěnný díl, musí umožnit vstup dostatečného množství materiálu do formy, aby bylo možné dostatečně vytvarovat každou polovinu dílu. Polovina válcového parisonu se použije k vytvoření vnější poloviny (dutiny) dílu a druhá polovina válcového parisonu tvoří vnitřní polovinu (jádro) dílu. Protože podél stěn formy nedochází k proudění materiálu (pouze k roztahování), vyplývá z toho, že hloubka dutiny (D) by neměla být větší než polovina délky nebo šířky dutiny (W). Konstrukce dílu s hloubkou dutiny přesahující tento vztah bude podléhat silnému ztenčení nebo vyfouknutí. Stejně jako u vztahu mezi průměrem a poloměrem by tedy díly s dutinami měly mít celkový poměr vyfukování W>2D.

Při vícenásobných nebo dělených dutinách by každá dutina měla splňovat tento požadavek W>2D.

Konstrukce některých složitých dílů bude vyžadovat změny v umístění dělící čáry, aby se tento vztah dodržel. Tyto kroky v dělící čáře musí zahrnovat vůli pro opakované otevírání a zavírání polovin formy a musí být umístěny tak, aby nedošlo ke střihu parisonu při uzavírání formy. Do kroků dělící čáry formy se obvykle navrhuje úhel ponoru 10° nebo větší. Pokud tah 10° není možný, lze použít možnosti, jako je naklonění formy ve stroji tak, aby dělící čáry tvořily vůči sobě kladný tah, nebo přesouvání částí formy.

Boční stěny & Tah

Plastový parizon se přilepí a začne tuhnout, jakmile narazí na formu. Materiál se pak při vyfukování roztáhne a vyplní dutinu. Nedochází k proudění materiálu podél stěn formy. Je třeba vzít v úvahu tři aspekty ztenčování.

Ztenčování způsobené protahováním má za následek slabost. Každé tenké, slabé místo je náchylné k dalšímu ztenčení, protože se stalo & slabým. Ztenčení v těchto místech rychle postupuje.
Zjevná tuhost (nebo pevnost) jakékoli oblasti na dílu se mění úměrně se čtvercem tloušťky stěny.
Změna tloušťky stěny může mít za následek deformace.

Ztenčení podél bočnic a v rozích je důvodem, proč by díly měly mít vnější úhel tahu. Vnější tah není pro vyjmutí dílu z dutin rozhodující, protože plast se při chladnutí smršťuje od vnějších stěn formy. Tah se doporučuje v případě, že mají být vnější stěny texturovány.

Plastové tvarování těžkých parizonálních dílů tak, aby odpovídalo těmto kritickým oblastem, může
stav zlepšit, ale ne odstranit. Z tohoto důvodu se musí návrh dutiny vyhnout prvkům, které přispívají ke ztenčení. Návrhy, které využívají ostré 90° rohy, budou mít za následek díly s extrémně tenkými a slabými rohy. Existuje řada konfigurací rohů, které tento problém zlepšují nebo zmírňují. Nejběžnějším přístupem je zkosení boční stěny a umístění poloměru nebo zkoseného úhlu v rohu.

Problémem může být odebírání dílů u profilů se zpětným tahem. Oblasti se zpětným profilem mohou zablokovat díl ve formě. Pokud je to možné, měl by mít díl se zpětným tahem na jedné straně stejný kladný tah na straně opačné. Tedy díl s 15° zpětným tahem na jedné straně a 15° kladným tahem na druhé straně lze vyjmout jako díl bez tahu. V opačném případě mohou formy potřebovat k odstranění prvku se zpětným tahem pohyblivé části.

Smršťování & Deformace

Smršťování se liší podle materiálu, rychlosti změny teploty a tloušťky materiálu. U materiálů PP a PE je nejlepším prediktorem tloušťka materiálu. Tenkostěnné díly se mohou smršťovat pouze o 1 % a tlustostěnné díly o více než 10 %. Díl o tloušťce 0,060″ se při ochlazování smrští přibližně o 1,65 % a díl o tloušťce 0,125″ se smrští přibližně o 1,85 %. Očekávané smrštění je třeba vzít v úvahu při nastavování velikosti formy.

Konstrukce, které umožňují, aby v dílu docházelo ke změnám v tenkosti stěny, mohou mít za následek pokřivení dílů. Tenké oblasti se před ochlazením smrští méně než silné oblasti. Rozdíly v rychlosti a vzdálenosti smršťování mohou způsobit deformaci dílu. K určitým odchylkám v tloušťce stěny & smrštění dochází u každého výlisku, protože se bude lišit rychlost chlazení plastu. Plášť materiálu proti kovu formy se ochladí a ustálí dříve než materiál, který se kovu formy ve skutečnosti nedotýká. Výsledkem je tendence vnějších stěn k deformaci směrem dovnitř, která je kompenzována tendencí vnitřní stěny k deformaci směrem ven. Použití strukturálních žeber, svarů mezi stěnami, oblouků nebo stupňů může vytvořit strukturu, která pomáhá omezit deformace.

Chlazení

Pro kontrolu rozměrů, vzhledu povrchu a deformací je důležité mít co největší kontrolu nad chlazením dílu. Průtoková rychlost je hlavním faktorem pro odvod tepla a dobu cyklu. Vytvořením turbulentního proudění lze zlepšit odvod tepla a dobu cyklu. Pro kontrolu deformací u mnoha konstrukcí je nezbytné, aby chlazení formy bylo cílené a zajišťovalo dodatečný odběr tepla v částech dílu s těžšími stěnami. Kvalitu dílu ovlivňuje také celkový průběh proudění. Voda se při průtoku formou ohřívá.

Forma by měla obsahovat několik vtoků a výtoků v oscilujícím vzorci chlazení.
Chladný povrch formy může také způsobit problémy při reprodukci povrchových detailů, například textury. Nástrojáři mohou zaměřit vodní linky v blízkosti každého kritického úseku formy, aby zajistili potřebnou kontrolu rozměrů a vzhledu.

Ventilace

Při uzavření formy se parizon zachytí na odštípnutí. Mezi vnější stranou parisonu a dutinou formy se zachytí určité množství vzduchu. Při vhánění vzduchu k
rozpínání parisonu se zachycený vzduch stlačuje rozpínajícím se parisonem, dokud není dosaženo rovnováhy vnitřního a vnějšího tlaku. Když k tomu dojde, parizon se zcela nedotkne stěny formy. Výsledkem jsou viditelné povrchové abnormality, ztráta textury & detailů gravírování, výskyt rýh a vlečných linií a delší cykly v důsledku špatného chlazení formy.

Ventilaci lze snadno umístit na okraj libovolné vložky v dutině. Lze zakoupit drážkované odvzdušňovací vložky nebo pórovité kovy, které se vejdou téměř na jakékoli místo. Některé způsoby odvzdušnění vytvoří na hotovém dílu viditelné značky. K zamaskování značek vytvořených v místě odvzdušnění lze použít texturu, vložky a další techniky.

E. Vnitřní povrch (jádro formy) – konstrukce

Vnitřní povrch dvoustěnných vyfukovaných dílů je obvykle tvořen jádrem formy. Protože se jádro formy musí vejít do dutiny, nemělo by být pochyb o tom, že splňuje stejný požadavek na celkovou velikost W>2D jako dutina.

Polovina parisonu, která je obtažena přes jádro formy, již začíná tuhnout, když je do parisonu vstřikován vzduch. Stejně jako v dutině se plast začíná roztahovat, aby se přizpůsobil obrysu formy. Nedochází téměř k žádnému proudění. Na rozdíl od dutiny zde platí některá odlišná pravidla.

Výfukový poměr – W>D

Jak se poloviny formy uzavírají na parisonu, jádro tlačí na parison a tlačí ho do dutiny, dokud není po obvodu dílu uzavřen pinch-off. Nejvyšší bod na jádru tvoří nejhlubší prohlubeň uvnitř dílu.

Pokud má konstrukce dvoustěnného dílu dělící stěnu mezi dvěma oddíly, je tato stěna vytvořena protažením plastu do drážky v jádru formy. Jakmile se plast začne protahovat do drážky, začne se ztenčovat. Pokud je drážka příliš hluboká, plast rychle dosáhne bodu, kdy se ztenčí, až vnitřní vzduch vyfoukne stěnu ven z dílu. Žádný díl se nevytvoří.

Z tohoto důvodu existuje jedno jednoduché, ale absolutní pravidlo, kterým se řídí konstrukce žeber nebo dělení mezi oddíly. Hloubka (D) drážky mezi oddíly jádra nesmí přesáhnout šířku (W) žebra W>D. Toto pravidlo platí i pro ostatní konstrukční tvary. Například 1″ vysoký kulatý sloupek uprostřed zásobníku by musel mít průměr 1″ nebo více.

Pokud konstrukce dílu vyžaduje pro správnou funkci dílu dělící čáru formy, která je odstupňována do různých úrovní, pak musí mít jádro na těchto stupních v místě odštípnutí kladný tah, aby odpovídal odštípnutí na dutinovém prvku nástroje. Různé úrovně odštípnutí mohou změnit vztahy W-D blízkých kapes nebo žeber. Všechny úrovně uvnitř dílu musí splňovat požadavek W>D v každém směru.