Hur designar man utmatningssystemet för formsprutningsformar?

Utmatning får ofta mindre teknisk uppmärksamhet än beslut om gating, kylning och avskiljningslinje i den inledande formdesignfasen. Det behandlas som en detalj som ska lösas efter att den huvudsakliga kavitetsgeometrin har fastställts snarare än som en primär designhänsyn.

Denna beställning är ett misstag. Utkastningssystemet bestämmer direkt:

Där vittnesmärken uppträder på delytan, vilket påverkar kosmetisk acceptans

Hur mycket kraft som appliceras och var, vilket avgör om tunna sektioner förvrids eller spricker

Hur tillförlitligt delen släpper, vilket påverkar produktionstid och skrothastighet

Huruvida formen kan köras vid målcykeltiden, eftersom utstötningsslag och återställningstid är en del av den totala cykeln

Ett dåligt designat utmatningssystem kan få en i grunden sund formkonstruktion att producera konsekvent defekta delar. Den goda nyheten är att principerna är väl-etablerade och att besluten är hanterbara om de fattas i rätt ordning.

Ejector Pins - Standardvalet

Runda ejektorstift är den vanligaste utkastningsmetoden. De är enkla att bearbeta, lätta att byta ut och väl-förstådda av formtillverkare över hela världen. Designbesluten som betyder mest:

Placering: Stiften ska placeras på icke-kosmetiska ytor, i strukturellt sunda sektioner av delen (revben, utsprång, plana områden) och fördelas för att applicera utstötningskraften så jämnt som möjligt över delens fotavtryck. Att koncentrera utstötningskraften på ett litet antal stift skapar lokal spänning som kan deformera tunna sektioner.

Diameter: Stift med större diameter fördelar kraft över ett större område och är mindre benägna att lämna synliga märken. Minsta praktiska stiftdiameter är vanligtvis 2–3 mm; stift under denna storlek är ömtåliga och benägna att gå sönder. Där kosmetiska begränsningar kräver små stift, använd den största diametern som geometrin tillåter.

Antal: Fler stift betyder generellt bättre kraftfördelning. Det vanliga misstaget är att specificera det minsta antalet stift för att undvika extra kostnader, och sedan upptäcka att den minskade kraftfördelningen orsakar delförvrängning. För Injektionsform för musskal applikationer där ytkvaliteten är kritisk bör utkastningslayouten använda så många stift som geometrin tillåter.

Avisoleringsplattor - för delar som inte tål stiftmärken

En stripperplatta ersätter individuella ejektorstift med en platta som kommer i kontakt med hela omkretsen eller en stor del av delen. När plattan matas fram trycker den delen från kärnan jämnt utan den punktkontakt som stiften skapar.

Avisoleringsplattor är den föredragna utstötningsmetoden för:

Tunna-väggiga hus och skaldelar där stiftkontakt skulle skapa vittnesmärken

Delar med stora öppna ytor som skulle förvränga under punktutkastningskraft

Transparenta delar där eventuella ytmärken är synliga

Avvägningen-: avstrykarplattor tillför mekanisk komplexitet till formen och kräver en dellinjekonfiguration där plattan kan fungera utan att störa andra formkomponenter.

Bladutkastare - för revben, fenor och smala detaljer

Bladutkastare är platta, rektangulära utkastarstift som används där en rund pinne skulle vara för bred eller skulle missa funktionen som kräver utkastning. De är standard för att mata ut djupa revben, tunna fenor och smala utsprång som annars skulle greppa kärnan och motstå utstötning.

För kugghjulen på enInsprutningsform för motorväxel, bladutkastare eller en ringutkastare (en hylsa som kommer i kontakt med kugghjulets ytterdiameter) är ofta att föredra framför vanliga runda stift placerade i kugghjulsbanan, eftersom de tillåter mer direkt applicering av utstötningskraft på de funktioner som har mest greppyta.

Luftutmatning - för grunda delar med stor yta

Tryckluft som injiceras genom små portar i kaviteten eller kärnan skapar en tryckskillnad som hjälper till att bryta vakuumförseglingen mellan del och formyta. Luftutstötning är mest användbart för grunda,-ytor-delar (lock, brickor, platta paneler) där sug är det primära motståndet mot utstötning snarare än krympningsgrepp.

Luftutkast räcker sällan som den enda utstötningsmekanismen men fungerar bra i kombination med stift eller en stripperplatta - luften bryter suget medan mekaniska element applicerar utstötningskraften.

Kombinerade system - för komplexa delar

De flesta delar med någon geometrisk komplexitet drar nytta av en kombination av utstötningsmetoder: vanliga runda stift i huvudkroppssektionerna, bladutkastare vid ribbor eller fenor, kanske en hylsutkastare runt en central nav, och luftutkastning vid stora plana ytor. Att designa kombinationen kräver att man kartlägger greppområdena över delens geometri och väljer den mest lämpliga mekanismen för varje region.

Mus Shelvete Injection Mold

Den avgörande utmaningen i Mouse Shell Injection Mold-utkastningsdesign är att den yttre ytan - A-ytan som användaren rör vid - inte kan visa några vittnesmärken från ejektorstift. Den inre ytan har mer tolerans för märken, men även där kan märken som är för tydliga störa inre komponentpassning.

Det föredragna tillvägagångssättet för musskal och liknande hus för konsumentelektronik är:

Identifiera alla kosmetiska ytområden på det yttre skalet och uteslut all ejektorkontakt från dessa regioner

Placera utkastarstift i invändiga ribborrningar - där ribbstrukturen ger stöd mot deformation under utkastningsbelastning

Använd en avstrykarring runt omkretsen om skalet har en definierad bottenkant, vilket tillåter perimeterutkastning utan inre-ytkontakt

Stora stift generöst i de tillåtna områdena för att minimera kontakttrycket och minska märkets djup

En publicerad fallstudie i International Journal of Plastic Technology (2020) fann att omfördelning av ejektorstift från 6 stora stift till 14 mindre stift i ett liknande hushållselektronik minskade utstötningsmärkets djup med 62 % och eliminerade dimensionell distorsion under utkastningen - utan extra formkostnad.

Insprutningsform för motorväxel

Att kasta ut precisionsväxlar utan att förvränga tandgeometrin är en av de mer krävande utmatningsutmaningarna i standardformdesign. De viktigaste övervägandena:

Applicera utstötningskraft på växelbanan eller navet, inte på växelns tänder. Tandkontakt under utkastning kan ge permanent deformation i tandprofilen, vilket äventyrar nätkvaliteten.

Använd en hylsa eller ringutkastare runt växelns OD, kontakta växelns yta jämnt istället för att- peka på någon specifik funktion.

Minimera utkastningsslaget som krävs för att lossa delar. Kugghjul med djupa tänder kan kräva längre slag, men överdrivet slag med kontakt på tandytorna skapar större möjligheter till profilförvrängning.

Se till att formtemperaturen är konsekvent före utmatning. En motorväxel som skjuts ut medan navet fortfarande är betydligt varmare än tänderna löper mycket högre risk för navförvrängning vid utkastning.

Insprutningsform för plast för leksaksbil

I Insprutningsform för plast för leksaksbilkonstruktioner skiftar prioritet till utstötningspålitlighet och cykeltidseffektivitet snarare än kosmetisk perfektion på varje yta. Leksaksbilskarosser och chassikomponenter kastas vanligtvis ut med höga cykelhastigheter, och utkastningssystemet måste vara tillräckligt robust för att fungera tillförlitligt under miljontals skott utan underhållsintensivt slitage-.

Viktiga överväganden inkluderar:

Använd härdade ejektorstift (H13 eller likvärdigt verktygsstål, HRC 48–52) istället för standardstift av mjukt stål, som slits snabbt vid höga cykelhastigheter

Design för enkelt byte av stift - stift kommer så småningom att slitas eller gå sönder, och layouten bör tillåta individuell stiftåtkomst utan större demontering

Balansera utkastning över delen - leksaksbilskarosser har ofta asymmetrisk geometri (ena sidan med hjulöppningar, den andra sidan relativt platt), och utkastningslayouten måste kompensera för denna asymmetri med stiftpositionering som fortfarande uppnår balanserad kraftfördelning

Dragvinkeln - den lätta avsmalning som appliceras på vertikala väggar så att de separeras från formens kärna och hålighet under utkastningen - är lika viktig som själva utmatningssystemets design. Otillräckligt drag är en av de vanligaste orsakerna till att delar fastnar i formen, och det kan inte helt kompenseras genom att lägga till mer utstötningskraft.

Standardriktlinjer för dragvinkel:

Dessa är minimivärden - mer djupgående är alltid bättre ur utkastningssynpunkt, inom begränsningarna för delens funktionella geometri. Strukturerade ytor behöver betydligt mer drag än släta eftersom strukturen fysiskt griper in formytan. Delar som ser ut att ha tillräckligt drag på smidiga prototyper fastnar ofta när produktionsstrukturen appliceras - ett vanligt och undvikande problem.

FörInjektionsform för musskalmönster med fina ytstrukturer, bör dragvinkeln på texturerade ytor bekräftas innan texturen appliceras på formen. Att ändra dragvinkeln efter texturering kräver om-bearbetning av stålet och om-applicering av texturen - en dyr omarbetning.

Kraften som krävs för att mata ut en del beror främst på:

Det projicerade området av alla ytor i kontakt med formkärnan och hålrummets väggar

Friktionskoefficienten mellan delmaterialet och formytan

Formens temperatur vid tidpunkten för utkastning

En förenklad uppskattningsformel som används allmänt inom industrin:

Utstötningskraft (N)=Projicerad kontaktyta (cm²) × Krympgreppstryck (MPa) × Friktionskoefficient

Grepptrycket varierar beroende på material: cirka 5–15 MPa för PP, 10–20 MPa för ABS, 15–25 MPa för POM och 20–35 MPa för PC. Friktionskoefficienter beror på ytfinish och formbeläggning.

Den praktiska användningen av denna beräkning är inte för att få ett exakt tal utan för att förstå hur utstötningskraften skalar med geometrin - och för att säkerställa att den totala utstötningskraften fördelas över tillräckligt med kontaktyta för att hålla sig under det lokala trycket som skulle deformera delen.

Om den uppskattade utstötningskraften delat med antalet ejektorstift ger ett kontakttryck över materialets sträckgräns vid utstötningstemperatur (typiskt 30–60 % av rumstemperatursträckgränsen), behövs fler stift eller en större kontaktyta.

En studie iPolymerteknik och vetenskap(2021) fann att felaktig fördelning av utstötningskraften var ansvarig för cirka 22 % av dimensionsförkastningarna i tunnväggig tillverkning av hushållselektronik för konsumentelektronik -, en betydande andel som helt och hållet kan tillskrivas utstötningssystemets design snarare än material- eller processvariabler.

Forskning inomInternational Journal of Plastic Technology(2020) dokumenterade att omfördelning av utstötningskontakt från koncentrerade stiftuppsättningar till fördelade stripperperimetrar minskade utstötningsrelaterad deformation med 58 % i tunna-väggiga skaldelar.

Publicerat arbete om utkastvinkeleffekter (Journal of Injection Molding Technology, 2019) bekräftade att delar som matades ut med dragvinklar under den lägsta rekommenderade för deras texturnivå visade stick- och dragmärken med hastigheter 4–7 gånger högre än delar med lämpligt drag - oavsett andra formdesignparametrar.

En hemelektroniktillverkare i Sydostasien tillverkade ett trådlöst mushölje i ABS. Formen hade designats med sex ejektorstift på skalets insida för enkelhetens skull. Under produktionskvalificeringen uppstod två ihållande problem:

Först producerade de sex utkastarstiften synliga fördjupningar på den inre ytan som störde kretskortets monteringsfäste på rätt sätt - fästet måste tvingas över märkena, vilket skapade problem med monteringsprocessen. För det andra var skalets ena hörn genomgående något skevt - till följd av att utstötningskraften var ojämnt fördelad, med närmaste stift 45 mm bort från hörnområdet.

Sunhingstones designade om utstötningssystemet i samarbete med formtillverkaren: de sex stora stiften ersattes med tolv mindre stift fördelade mer jämnt över den inre ribbstrukturen, och en partiell stripperring lades till vid skalets nedre omkrets. Hörnområdet som tidigare saknade utstötningsstöd fick två ytterligare stift placerade i en ribbkorsning.

Resultat efter modifieringen av utstötningssystemet:

Grovdjupet på den inre ytan minskat från 0,15 mm till 0,03 mm - under tröskeln för monteringsavstånd, vilket eliminerar problemet med fästets säte

Hörnskevning eliminerade - det tidigare påverkade hörnet nu mätt inom 0,05 mm från nominell över 500 delar mätt i kvalificering

Antalet produktionsbortfall på kosmetiska och dimensionella skäl sjönk från 3,8 % till 0,6 %

Kostnaden för modifiering av formen återvanns inom sex veckor från produktionen baserat på enbart minskat skrot och omarbetning.

Designbeslut för utkastningssystem är hanterbara på designstadiet och dyra att ändra efter att formen byggts. Identifiera de kosmetiska begränsningarna, kartlägga greppkrafterna, välja rätt mekanism för varje region och bekräfta adekvat drag innan texturering - dessa steg utförs korrekt i början förhindrar skrot-, omarbetnings- och mögelmodifieringskostnader som blir följden av att åtgärda utstötningsproblem i produktionen.

På Sunhingstones behandlar vi utstötningsdesign som en primär formteknisk övervägande från den första designgranskningen -, inte en detalj som ska lösas efter att kavitetsgeometrin är klar. Oavsett om applikationen är en precisionsmusskalsinjektionsform, en kugghjulskomponentform eller leksakskomponenter med hög-volym, arbetar vi systematiskt igenom utkastningslayouten innan designen släpps till bearbetning.

Kontakta nu

Rosato, DV och Rosato, MG Injection Molding Handbook, 3:e upplagan. Springer, 2000. [Grundläggande referens för designprinciper för utkastsystem]

Menges, G. et al. Hur man gör sprutformar, 3:e upplagan. Hanser, 2001.

Chen, WC et al. "Uppskattning av utstötningskraft och optimering för formsprutade plastdelar." Polymer Engineering and Science, Vol. 61, Issue 4, 2021.

Lin, CY och Cheng, CH "Effekt av ejektorstiftlayout på dimensionsnoggrannhet i formsprutning med tunn-vägg." International Journal of Plastic Technology, vol. 24, nummer 2, 2020.

Brydson, JA Plastics Materials, 7:e upplagan. Butterworth-Heinemann, 1999. [Materialegenskaper för uppskattning av ejektionskraft]

Shoemaker, J. Moldflow Design Guide. Hanser, 2006.

Pouzada, AS et al. "Driftvinkel påverkar utstötningskrafter och detaljkvalitet vid formsprutning." Journal of Injection Molding Technology, Vol. 12, 2019.