Как выбрать правильную силу зажима для вашей литьевой машины?

Правильная сила зажима для машина для литья под давлением определяется путем умножения площади проекции детали (в квадратных дюймах или квадратных сантиметрах) на давление в полости, необходимое для формования материала, с последующим добавлением запаса прочности в 10–20% для учета отклонений процесса. Выбор слишком малого усилия зажима приводит к дефектам заусенцев и неточностям размеров; выбор слишком большого количества приводит к потере энергии, ускоряет износ пресс-формы и увеличивает стоимость оборудования. В этом руководстве подробно рассматривается весь метод расчета, переменные материала и детали, влияющие на результат, а также практические правила, которые опытные инженеры-технологи используют для проверки своего выбора, прежде чем переходить к спецификации машины.

Что на самом деле делает зажимная сила

Во время литья под давлением расплавленный пластик впрыскивается в закрытую форму под высоким давлением — обычно между От 5000 до 20 000 фунтов на квадратный дюйм (от 345 до 1380 бар) в зависимости от материала и геометрии детали. Это давление впрыска действует на выступающую часть полости формы и создает силу, которая пытается раздвинуть половинки формы. Зажимной узел должен прикладывать достаточное усилие, чтобы удерживать форму закрытой против этой разделяющей силы на этапах впрыска и упаковки.

Если сила зажима недостаточна, форма слегка приоткрывается под давлением впрыска, позволяя расплавленному материалу вытекать в линию разъема — дефект, известный как вспышка . Flash портит эстетику детали, создает острые края, требующие последующей обработки, и со временем может необратимо повредить поверхность разъема пресс-формы. И наоборот, обработка небольшой детали на крупногабаритном станке приводит к потере энергии и создает ненужную нагрузку на пресс-форму, сокращая ее срок службы.

Основная формула для расчета необходимой силы зажима

Стандартная отраслевая формула для оценки минимальной силы зажима:

Усилие зажима (тонны) = Проектируемая площадь (дюйм²) × Давление в полости (фунты на квадратный дюйм) ÷ 2000

В метрических единицах: Усилие зажима (кН) = Площадь проекции (см²) × Давление в полости (бар) ÷ 100

Определение проецируемой площади

Проецируемая область — это тень, которую деталь отбрасывает на плоскость разъема, если смотреть со стороны отверстия формы, другими словами, плоский след полости, если смотреть прямо сверху. Для многоместной пресс-формы проецируемая площадь включает в себя все полости плюс система направляющих . Деталь с одной полостью размером 4 × 6 дюймов имеет проекционную площадь 24 кв. дюйма; форма с четырьмя гнездами для одной и той же детали имеет площадь проекции 96 кв. дюймов плюс площадь направляющих.

Рабочий пример

Рассмотрим форму с 4 полостями для изготовления крышки из полипропилена (ПП) с площадью проекции 18 кв. дюймов на полость и системой направляющих, обеспечивающей дополнительные 8 кв. дюймов:

• Общая проектируемая площадь = (4 × 18) 8 = 80 дюймов²
• Давление в полости ПП = приблизительно 3000 фунтов на квадратный дюйм (см. таблицу материалов ниже)
• Минимальная сила зажима = 80 × 3000 ÷ 2000 = 120 тонн
• При запасе прочности 15 %: 120 × 1,15 = 138 тонн → выберите 150-тонная машина

Давление в полости в зависимости от материала: справочные значения

Давление в полости значительно различается в зависимости от материала в зависимости от вязкости, длины потока и температуры обработки. В таблице ниже представлены широко используемые справочные значения для распространенных материалов для литья под давлением. Это средние значения — фактическое давление в полости зависит от толщины стенки, конструкции затвора и длины потока, поэтому для приложений, где точность критична, следует использовать программное обеспечение для моделирования.

Пять переменных, которые корректируют расчетный результат

Формула прогнозируемой площади дает надежную основу, но пять ключевых переменных могут привести к тому, что фактическая требуемая сила зажима будет выше или ниже, чем предполагает первоначальный расчет.

1. Толщина стенки

Более тонкие стенки требуют более высокого давления впрыска для заполнения до того, как материал замерзнет, что напрямую увеличивает давление в полости и, следовательно, потребность в усилии зажима. Часть с толщина стенки менее 1,5 мм может потребоваться на 20–40 % большее усилие зажима, чем для той же детали при толщине стенки 3 мм. И наоборот, толстостенные детали (более 4 мм) текут легче и допускают более низкое давление впрыска.

2. Отношение длины потока к толщине стенки (отношение L/T)

Соотношение L/T — расстояние, которое расплавленный пластик должен пройти от литника, деленное на толщину стенки, — является прямым показателем сложности наполнения. Соотношение L/T выше 150:1 указывают на сложную заправку, которая потребует повышенного давления впрыска и, следовательно, большей силы зажима. Например, путь потока 300 мм через стенку толщиной 2 мм имеет соотношение L/T 150 — верхний предел комфортной обработки для большинства стандартных смол.

3. Размер и расположение ворот

Затворы меньшего размера создают падение давления в точке входа, что требует более высокого давления впрыска для компенсации, что увеличивает давление в полости и потребность в зажиме. Горячеканальные системы с клапанными шиберами или большими вентиляторными шиберами, расположенными по центру детали, уменьшают потери давления и могут снизить требования к усилию зажима за счет 10–25% по сравнению с небольшими краевыми воротами на той же детали.

4. Сложность детали и особенности глубокой вытяжки

Детали с глубокими ребрами, выступами или сложной геометрией создают высокие локальные концентрации давления. Эти функции часто требуют более высокого давления уплотнения для достижения полного заполнения и точности размеров, что увеличивает среднее давление в полости по всей проецируемой площади. Добавить 15–20% буфер расчетному усилию зажима для деталей со значительной глубиной ребра (глубина ребра превышает 3 толщины стенки) или сложной геометрией выточки.

5. Количество полостей и баланс бегунка

Многогнездные формы сбалансированы настолько, насколько сбалансирована их система направляющих. Несбалансированный литник заполняет одни полости раньше других, что приводит к перенасыщению полостей при раннем заполнении, поскольку машина продолжает проталкивать материал в форму. Переполненные полости оказывают значительно большее давление на форму, чем сбалансированное заполнение. Для семейных форм или форм с более чем 8 полостями добавьте Буфер зажимного усилия 10–15 % если система направляющих не была проверена на сбалансированное заполнение посредством моделирования или пробных запусков.

Практическое правило: тонны на квадратный дюйм

Для быстрой оценки на ранних этапах планирования проекта — до завершения детального проектирования пресс-формы — профессионалы отрасли обычно используют упрощенное практическое правило тонн на квадратный дюйм. Эти цифры предполагают стандартную толщину стенок (2–3 мм) и типичную конструкцию ворот:

Используя тот же пример с крышкой из полипропилена, который использовался ранее: 80 кв. дюймов × 2,0 тонны/кв. дюйм = 160 тонн — немного более консервативный, чем результат формулы в 138 тонн, который подходит для быстрой оценки до завершения детального проектирования.

Распространенные ошибки при выборе силы зажима

• Использование общей площади детали вместо проекционной площади. Деталь в форме чаши имеет большую площадь поверхности по стенам и основанию, но ее проекционная площадь (плоский след, смотрящий прямо вниз) может быть намного меньше. Использование общей площади поверхности значительно завышает требования к усилию зажима и приводит к выбору станка слишком большого размера.
• Игнорирование направляющей системы в многогнездных формах. Системы направляющих могут увеличить эффективную проецируемую площадь на 10–30 % в зависимости от расположения направляющих. Несоблюдение этого требования постоянно приводит к недостаточному зажиму и заусенцам на линии разъема бегунка.
• Применение слишком большого запаса прочности. Хотя буфер безопасности в размере 10–20 % уместен, некоторые инженеры обычно применяют запас в 50–100 % «просто для безопасности». Выполнение 100-тонной работы на 200-тонной машине требует значительных затрат энергии — электрические машины наиболее эффективны при 70–90 % номинальной силы зажима - и приводит к ненужному износу формы из-за избыточного давления зажима.
• Не учитываются существенные изменения в процессе производства. Переход с ПП на ПК на одной и той же форме без перерасчета усилия смыкания — частая причина заусенцев. ПК при давлении в полости 8000 фунтов на квадратный дюйм в форме, размер которой рассчитан на ПП при давлении 3000 фунтов на квадратный дюйм, требует почти 2,7× усилие зажима за ту же проектируемую площадь.
• Для тонкостенных упаковочных деталей можно полагаться только на эту формулу. Детали с толщиной стенок менее 1 мм и высоким соотношением L/T очень чувствительны к изменениям процесса. Для этих применений важно моделирование течения пресс-формы (с использованием такого программного обеспечения, как Moldflow или Moldex3D) — оценки на основе формул могут занижать требования к зажиму из-за 30–50% .

Как проверить правильность выбора силы зажима

Прежде чем завершить выбор машины или приступить к производству, проверьте расчетную силу зажима, используя один или несколько из следующих методов:

• Моделирование течения пресс-формы: программное обеспечение, такое как Autodesk Moldflow, Moldex3D или Sigmasoft, может моделировать распределение давления в полости по всей проецируемой площади и выдавать точные требования к усилию зажима. Это золотой стандарт для новых конструкций пресс-форм, особенно для прецизионных, оптических или медицинских деталей.
• Датчики давления в полости: установка пьезоэлектрических датчиков давления в полости формы во время первоначальных испытаний измеряет фактическое давление в полости в режиме реального времени. Сравнение измеренного давления с расчетными оценками подтверждает или выявляет необходимость корректировки спецификации силы зажима.
• Пробное снижение усилия зажима: на существующем станке постепенно уменьшайте усилие зажима во время производственного цикла с шагом 5 тонн до тех пор, пока на детали не появится заусенец. Сила, при которой появляется заусенец, является минимально необходимой силой зажима; работающий в 110–115% от этой величины обеспечивает надежное и эффективное производственное окно.

Выбор правильной силы зажима начинается с простого расчета — проецируемая площадь, умноженная на давление в полости материала, — но точность этого результата зависит от правильного учета толщины стенки, соотношения L/T, конструкции литника, сложности детали и количества полостей. Примените запас прочности в 10–20 % сверх расчетного минимума, округлите до следующего стандартного размера машины и подтвердите с помощью моделирования течения формы или измерения давления в полости любую новую конструкцию формы. Ни завышение, ни занижение размера не способствует повышению эффективности производства: цель состоит в том, чтобы создать самую маленькую машину, которая надежно удерживает форму в закрытом состоянии на протяжении каждого кадра при минимально возможных затратах энергии на деталь.