Strukturni dizajn plastičnih proizvoda

Plastični proizvodi su posvuda, ali dizajniranje ih nije jednostavno. Kako inženjeri uravnotežuju čvrstoću, troškove i učinkovitost proizvodnje? Ovaj će članak otkriti složenosti koja stoji iza konstrukcijskog dizajna plastičnih proizvoda. Naučit ćete ključne čimbenike, poput debljine stijenke, ojačanih rebara i još mnogo toga, koji čine trajne, isplative plastične dijelove.

Karakteristike i postupci plastičnog dijela strukturnog dizajna

Plastični materijali nude jedinstvena svojstva i svestrane mogućnosti oblikovanja, izdvajajući ih od konvencionalnih inženjerskih materijala poput čelika, bakra, aluminija i drva. Ova karakteristična kombinacija materijalnog sastava i formabilnosti daje plastiku veći stupanj fleksibilnosti dizajna u usporedbi s njihovim kolegama.

Jedinstveni sastav materijala i svestrani oblici

Različiti raspon plastičnih materijala, svaki sa svojim specifičnim svojstvima, omogućuje dizajnerima da prilagode svoj izbor prema zahtjevima proizvoda. Ova raznolikost, zajedno s mogućnošću oblikovanja plastike u zamršene oblike, omogućava stvaranje složenih geometrija i funkcionalnih značajki koje bi bilo izazovno ili nepraktično s drugim materijalima.

Opći postupak dizajna plastičnog dijela

Za korištenje prednosti plastike i osigurati optimalni strukturni dizajn, ključno je slijediti sustavni pristup. Opći postupak dizajna plastičnog dijela uključuje nekoliko ključnih faza:

1. Odredite funkcionalne zahtjeve i izgled proizvoda:

• Identificirajte namjeravanu upotrebu proizvoda i potrebne funkcije

• Definirajte željenu estetsku privlačnost i vizualne karakteristike

2. Nacrtajte preliminarne crteže dizajna:

• Stvorite početne skice i CAD modele na temelju funkcionalnih i estetskih zahtjeva

• Razmotrite svojstva odabranog plastičnog materijala tijekom procesa dizajniranja

3. Prototipiranje:

• Proizvoditi fizičke prototipove metodama poput 3D ispisa ili CNC obrada

• Procijenite funkcionalnost, ergonomiju i cjelokupni dizajn prototipa

4. Ispitivanje proizvoda:

• Provedite rigorozne testove kako biste procijenili performanse proizvoda u različitim uvjetima

• Provjerite odgovara li dizajn navedene funkcionalne zahtjeve i sigurnosne standarde

5. Dizajn ponovna kalibracija i revizija:

• Analizirajte rezultate ispitivanja i identificirajte područja za poboljšanje

• Izvršite potrebne prilagodbe dizajna kako bi se poboljšale performanse, pouzdanost ili proizvodnja

6. Razviti važne specifikacije:

• Stvorite detaljne specifikacije za konačni proizvod, uključujući dimenzije, tolerancije i materijal

• Osigurajte da se specifikacije usklađuju s procesom proizvodnje i standardima kontrole kvalitete

7. Proizvodnja otvorenog kalupa:

• Dizajnirajte i izradite kalup za ubrizgavanje na temelju finaliziranih specifikacija proizvoda

• Optimizirajte dizajn kalupa za učinkovit protok, hlađenje i izbacivanje materijala

8. Kontrola kvalitete:

• Uspostavite snažan sustav kontrole kvalitete za praćenje i održavanje dosljednosti proizvoda

• Redovito pregledajte proizvedene dijelove kako bi osigurali da ispunjavaju navedene zahtjeve

Temeljni čimbenici u konstrukcijskom dizajnu plastičnih proizvoda

Debljina zida

Debljina zida igra ključnu ulogu u dizajnu plastičnih proizvoda. Pravilna debljina osigurava optimalne performanse, proizvodnju i isplativost.

Preporučene vrijednosti debljine stijenke

plastični materijal	minimalni (mm)	mali dijelovi (mm)	srednji dijelovi (mm)	veliki dijelovi (mm)
Najlon	0.45	0.76	1.5	2.4-3.2
PE	0.6	1.25	1.6	2.4-3.2
P.S	0.75	1.25	1.6	3.2-5.4
Pmma	0.8	1.5	2.2	4-6,5
PVC	1.2	1.6	1.8	3.2-5.8
Pp	0.85	1.54	1.75	2.4-3.2
PC	0.95	1.8	2.3	3-4.5
Pom	0.8	1.4	1.6	3.2-5.4
Abs	0.8	1	2.3	3.2-6

Čimbenici koji utječu na odabir debljine stijenke

1. Svojstva plastičnog materijala

• Stopa skupljanja

• Fluidnost tijekom oblikovanja ubrizgavanja

2. Vanjske sile su izdržale

• Veće sile zahtijevaju deblji zidovi

• Razmotrite metalne dijelove ili provjere snage za posebne slučajeve

3. Sigurnosni propisi

• Zahtjevi za otpor tlaka

• Standardi zapaljivosti

Ojačavajuća rebra

Ojačavajuća rebra pojačavaju čvrstoću bez povećanja ukupne debljine stijenke, sprječavanja deformacije proizvoda i poboljšanja strukturnog integriteta.

Dizajnerske smjernice za jačanje rebara

• Debljina: 0,5-0,75 puta ukupna debljina stijenke (preporučeno: <0,6 puta)

• Visina: manja od 3 puta debljine zida

• Razmak: veća od 4 puta debljine zida

Aspekti dizajna pojačanja kojima je potrebna pažnja

1. Izbjegavajte akumulaciju materijala na sjecištima rebra

2. Održavati okomitost na vanjske zidove

3. Smanjite rebra za ojačanje na strmim padinama

4. Razmotrite izgled utjecaj oznaka sudopera

Kutovi nacrta

Kutovi nacrta olakšavaju uklanjanje lakog dijela iz kalupa, osiguravajući glatku proizvodnju i visokokvalitetne dijelove.

Preporučeni kutovi nacrta za različite materijale

Materijal	kalup jezgre šupljina	plijesni
Abs	35'-1 °	40'-1 ° 20 '
P.S	30'-1 °	35'-1 ° 30 '
PC	30'-50 '	35'-1 °
Pp	25'-50 '	30'-1 °
PE	20'-45 '	25'-45 '
Pmma	30'-1 °	35'-1 ° 30 '
Pom	30'-1 °	35'-1 ° 30 '
GODIŠNJE	20'-40 '	25'-40 '
HPVC	50'-1 ° 45 '	50'-2 °
SPV	25'-50 '	30'-1 °
CP	20'-45 '	25'-45 '

Aspekti odabira kuta koji trebaju pažnju

1. Odaberite manje kutove za sjajne površine i dijelove visokog preciznog

2. Koristite veće kutove za dijelove s visokim brzinama skupljanja

3. Povećajte nacrt za prozirne dijelove kako biste spriječili ogrebotine

4. Podesite kut na temelju dubine teksture za teksturirane površine

R kutovi (zaobljeni uglovi)

Zaobljeni uglovi smanjuju koncentraciju naprezanja, olakšavaju protok plastike i olakšavaju demodiranje.

Dizajnerske smjernice za r kutove

• Unutarnji polumjer kuta: 0,50 do 1,50 puta debljina materijala

• Minimalni polumjer: 0,30 mm

• Održavajte ujednačenu debljinu stijenke prilikom dizajniranja zaobljenih uglova

• Izbjegavajte zaobljene uglove na površinama za razdvajanje kalupa

• Za rubove koristite minimalni polumjer 0,30 mm kako biste spriječili ogrebotine

Rupe

Rupe poslužuju različite funkcije u plastičnim proizvodima i zahtijevaju pažljivo razmatranje dizajna.

Projektni zahtjevi za rupe

• Udaljenost između rupa (a): ≥ d (promjer rupe) ako je d <3,00 mm; ≥ 0,70D ako je d> 3,00 mm

• Udaljenost od rupe do ruba (b): ≥ D

Odnos između promjera rupe i dubine

• Dubina slijepe rupe (a): ≤ 5d (preporučeno je <2d)

• Dubina rupe (b): ≤ 10d

Razmatranja dizajna za posebne vrste rupa

1. Rupe za korake: Koristite više koaksijalno povezanih rupa različitih promjera

2. Kutne rupe: Poravnajte osi s smjerom otvaranja plijesni kad je to moguće

3. Bočne rupe i udubljenja: Razmislite o strukturama povlačenja jezgara ili poboljšanjima dizajna

Šefovi

Šefovi pružaju točke montaže, podržavaju ostale dijelove i poboljšavaju strukturni integritet.

Osnovne smjernice za dizajn za šefove

• Visina: ≤ 2,5 puta promjer šefa

• Koristite rebra za ojačavanje ili pričvrstite na vanjske zidove kad je to moguće

• Dizajn za gladak plastični protok i lako demodiranje

Dizajnerske točke za različite materijale

• ABS: vanjski promjer ≈ 2x unutarnji promjer; Za jačanje koristite kožena rebra

• PBT: Dizajn baze na konceptu rebra; Povežite se na bočne zidove kad je to moguće

• PC: BOCK BOJI ŠESTI SA RIBIM; Koristite za montažu i podršku

• PS: Dodajte rebra za jačanje; Spojite se na bočne zidove kad je u blizini

• PSU: vanjski promjer ≈ 2x unutarnji promjer; visina ≤ 2x Vanjski promjer

Umetnuti

Umetnici poboljšavaju funkcionalnost, pružaju ukrasne elemente i poboljšavaju mogućnosti sastavljanja u plastičnim dijelovima.

Oblik i strukturni zahtjevi za umetke

1. Proizvorljivost: Kompatibilno s procesima rezanja ili žigosavanja

2. Mehanička čvrstoća: dovoljna materijala i dimenzija

3. Čvrstoća vezanja: odgovarajuće površinske značajke za sigurno pričvršćivanje

4. Pozicioniranje: cilindrični produženi dijelovi za jednostavno postavljanje kalupa

5. Prevencija bljeskalice: Uključite plijen šefove strukture

6. Post-obrada: dizajn za sekundarne operacije (navoj, rezanje, prirubnica)

Razmatranja dizajna pri korištenju umetnica

• Osigurajte precizno pozicioniranje unutar kalupa

• Stvorite snažne veze s oblikovanim dijelovima

• Spriječiti propuštanje plastike oko umetaka

• Razmotrite razlike u toplinskoj ekspanziji između umetka i plastičnog materijala

Tekstura površine proizvoda i dizajn teksta/uzoraka

Površinske teksture za plastične proizvode

Površine plastičnih proizvoda mogu se dizajnirati s različitim teksturama za poboljšanje estetike, funkcionalnosti i korisničkog iskustva. Uobičajene površinske teksture uključuju:

1. Gladak

2. Iskričav

3. Uzorkani utisnut

4. Ugraviran

Glatke površine

Glatke površine proizlaze iz poliranih površina plijesni. Oni nude:

• Čist, elegantan izgled

• Lakše izbacivanje iz kalupa

• Niži zahtjevi za kut nacrta

Površine iskričave iskričave

Stvorene kroz bakrenu EDM obradu šupljine kalupa, Spark-iscrtane površine pružaju:

• Jedinstvena, suptilna tekstura

• Poboljšani stisak

• Smanjena vidljivost površinskih nesavršenosti

Uzorkane jetkane površine

Ove površine sadrže različite uzorke urezane u šupljinu kalupa, nudeći:

• Prilagodljivi dizajni

• Poboljšana diferencijacija proizvoda

• Poboljšana taktilna svojstva

Ugravirane površine

Ugravirane površine stvorene su izravnim obradama uzoraka u kalup, omogućujući:

• Duboke, različite teksture

• Složeni dizajni

• Trajnost površinskih značajki

Nacrt kuta za teksturirane površine

Prilikom dizajniranja teksturiranih površina razmislite o povećanju kutova nacrta kako biste olakšali izbacivanje dijela:

dubina teksture	preporučena dodatni kut nacrta
0,025 mm	1 °
0,050 mm	2 °
0,075 mm	3 °
> 0,100 mm	4-5 °

Dizajn teksta i uzoraka

Plastični proizvodi često uključuju tekst i uzorke za marke, upute ili ukrasne svrhe. Ti se elementi mogu podići ili ugraditi.

Podignute nasuprot udubljenim površinama

Preporuka: Upotrijebite podignute površine za tekst i uzorke kad je to moguće.

Prednosti povišenih površina:

• Pojednostavljena obrada plijesni

• Lakše održavanje plijesni

• Pojačana čitljivost

Za dizajne koji zahtijevaju flush ili udubljene značajke:

1. Stvorite udubljeno područje

2. Podignite tekst ili uzorak unutar udubljenja

3. Održavajte ukupni izgled ispiranja uz pojednostavljenje dizajna kalupa

Dimenzije teksta i uzorka

značajka	preporučena dimenzija
Visina/dubina	0,15 - 0,30 mm (podignuto)
	0,15 - 0,25 mm (udubljeno)

Specifikacije veličine teksta

Slijedite ove smjernice za optimalni dizajn teksta:

• Širina moždanog udara (a): ≥ 0,25 mm

• Razmak između znakova (b): ≥ 0,40 mm

• Udaljenost od znakova do ruba (C, D): ≥ 0,60 mm

Dodatna razmatranja dizajna teksta/uzoraka

1. Izbjegavajte oštre kutove u tekstu ili uzorcima

2. Osigurati da veličina pogoduje postupku oblikovanja

3. Razmotrite utjecaj teksta/uzorka na ukupnu snagu dijela

4. Procijenite učinak teksta/uzorka na protok materijala tijekom oblikovanja

Dodatna razmatranja strukturnog dizajna

Načela dizajna konstrukcije ojačanja

Strukture ojačanja igraju ključnu ulogu u poboljšanju ukupnih performansi plastičnih proizvoda. Oni značajno poboljšavaju snagu, krutost i dimenzionalnu stabilnost.

Ključni ciljevi dizajna pojačanja:

1. Poboljšanje snage

2. Poboljšanje krutosti

3. Prevencija prekrivanja

4. Smanjenje deformacije

Pravilno pozicioniranje i dimenzija pojačanja:

• Debljina stijenke: 0,4-0,6 puta glavna debljina tijela

• Razmak:> 4 puta glavna debljina tijela

• Visina: <3 puta glavna debljina tijela

• Ojačanje stupaca vijda: najmanje 1,0 mm ispod površine stupca

• Općenito pojačanje: minimalno 1,0 mm ispod površine dijela ili linija razdvajanja

Napredne tehnike pojačanja:

1. Neusklađene pojačane šipke kako bi se spriječilo nakupljanje materijala

2. Šuplje strukture na raskrižjima ojačanja

3. Dizajni temeljeni na napetosti za vitka pojačanja

Izbjegavanje koncentracije stresa

Koncentracija stresa može značajno utjecati na strukturni integritet i dugovječnost plastičnih proizvoda. Pravilne tehnike dizajna mogu ublažiti ove probleme.

Važnost izbjegavanja oštrih uglova:

• Smanjena snaga dijela

• Povećani rizik od pokretanja pukotina

• Potencijal za preuranjeni neuspjeh

Mjere za smanjenje koncentracije stresa:

1. Komoda

2. Zaobljeni uglovi

3. Nježni nagibi za prijelaze

4. Unutarnja šuplja u oštrim uglovima

tehnike	Opis	koristi
Komoda	Ležerani rubovi	Postupna raspodjela stresa
Zaobljeni uglovi	Zakrivljeni prijelazi	Eliminira oštre točke stresa
Nježni nagibi	Postepena se debljina mijenja	Čak i raspodjela stresa
Unutrašnjost	Uklanjanje materijala u uglovima	Lokalizirano smanjenje stresa

Dizajniranje prikladnih kutova nacrta

Kutovi nacrta ključni su za uspješno izbacivanje dijela iz kalupa. Oni značajno utječu na kvalitetu dijela i učinkovitost proizvodnje.

Principi za određivanje nacrta kutova:

1. Koristite kutove cijelog broja (npr. 0,5 °, 1 °, 1,5 °)

2. Vanjski kutovi> unutarnji kutovi

3. Maksimizirati kutove bez ugrožavanja izgleda

Čimbenici koji utječu na veličinu kuta nacrta:

• Dubina dijela

• Površinski završetak

• Brzina skupljanja materijala

• Dubina teksture

Točke dizajna nacrta za različite materijale:

Materijal	preporučen raspon kuta nacrta
Abs	0,5 ° - 1 °
PC	1 ° - 1,5 °
Pp	0,5 ° - 1 °
P.S	0,5 ° - 1 °
LJUBIMAC	1 ° - 1,5 °

Strukturni dizajn iz perspektive strukture kalupa

Učinkovit dizajn plijesni ključan je za uspješnu proizvodnju plastičnog dijela. Razmotrite ove aspekte kako biste optimizirali dizajn dijela i plijesni.

Izbjegavanje složenih struktura:

• Pojednostavite geometriju dijela

• Smanjite podrez

• Smanjite bočne akcije

Izbjegavanje unutarnjih struktura rezanja:

• Uklonite značajke koje zahtijevaju složene jezgre

• Dizajn za pristupačnost podijeljene linije

Uzimajući u obzir zahtjeve bočnog puštanja:

• Dopustite dovoljno prostora za kretanje klizača

• Dizajn odgovarajućih površina za isključivanje

• Optimizirajte orijentaciju dijela u kalupu

Dizajn za neizotropne karakteristike plastike

Mnoge plastike pokazuju neizotropna svojstva koja zahtijevaju posebna razmatranja dizajna kako bi se maksimizirala performanse.

Usklađivanje smjera protoka materijala s smjerom opterećenja:

• Orient kalup za kalupe za promicanje povoljnih uzoraka protoka

• Razmotrite orijentaciju vlakana u ojačanoj plastici

Smjer sile u odnosu na fuzijske linije:

• Dizajn za sile okomito ili kut na linije zavarivanja

• Izbjegavajte paralelne sile na fuzijske linije kako biste spriječili slabost

Strukturni dizajn iz perspektive montaže

Učinkovit dizajn montaže osigurava funkcionalnost proizvoda, dugovječnost i jednostavnost proizvodnje.

Izbjegavanje velikih veličina s malim tolerancijama:

• Razbiti velike dijelove na manje komponente

• Koristite odgovarajuće hrpe tolerancije

Dizajn sučelja za povezivanje:

• Postavite prioritet smicanju sile zbog napetosti suza

• Povećajte površinu vezanja

• Razmotrite kemijsku kompatibilnost ljepila

Razmatranja priključka za plastične dijelove:

• Upotrijebite umetke za veze s visokim stresom

• Dizajnirajte odgovarajuće građevine šefova

• Razmotrite razlike u toplinskoj ekspanziji

Sažetak

U plastičnom dizajnu proizvoda, ključni strukturni čimbenici poput debljine stijenke, ojačanih rebara i kutova nacrta su neophodni za izdržljivost i performanse. Ključno je razmotriti svojstva materijala, strukturu kalupa i potrebe za montažom tijekom cijelog postupka. Pravilan strukturni dizajn ne samo da povećava funkcionalnost proizvoda, već smanjuje i troškove oštećenja i proizvodnje. Usredotočujući se na ove dizajnerske elemente, proizvođači mogu osigurati visokokvalitetne, ekonomične plastične dijelove koji udovoljavaju i funkcionalnim i estetskim zahtjevima.