Introduzione: La maggior parte della plastica è prodotta da stampaggio a iniezione. È un ottimo modo per realizzare molte cose in modo rapido ed economico. Ma bisogna fare attenzione. Se non lo fate, i vostri pezzi non si incastreranno quando cercherete di metterli insieme.

Questo è un male perché gli stampi costano molto. Questo articolo vi mostrerà come assicurarvi che i vostri pezzi si adattino e siano di buona qualità.

Quali sono le tolleranze dello stampaggio a iniezione?

Le cose si restringono. È un dato di fatto. E non è sempre uguale. È quindi necessario stabilire un intervallo di ritiro accettabile in modo che il pezzo funzioni.

Questi intervalli sono chiamati tolleranze. Sono molto importanti per i pezzi grandi e per quelli composti da più parti. Se i pezzi non si incastrano tra loro perché non rientrano nelle tolleranze, il pezzo non funzionerà. E voi non sarete contenti.

Gli stampi a iniezione sono lavorati a CNC con tolleranze di ±.005 pollici. Le tolleranze strette nello stampaggio a iniezione si riferiscono a variazioni di ±.002 pollici. Le tolleranze molto strette si riferiscono a ±.001 pollici. I pezzi con tolleranze normali hanno un prezzo inferiore rispetto a quelli con tolleranze più strette.

Pertanto, la determinazione delle tolleranze ottimali per i pezzi stampati a iniezione è importante per produrre pezzi di alta qualità in modo conveniente.

Perché le tolleranze dello stampaggio a iniezione sono così importanti?

È importante specificare correttamente la tolleranza di stampaggio a iniezione, in modo che il pezzo finale si adatti al momento dell'assemblaggio.

È possibile controllare le tolleranze dello stampaggio a iniezione utilizzando buoni principi di progettazione e produzione, scegliendo il materiale giusto, progettando correttamente l'utensile e controllando il processo.

Quando si producono dei pezzi, non saranno tutti esattamente uguali. È necessario definire la quantità di variazioni accettabili affinché i pezzi funzionino nel modo desiderato. Questo aspetto diventa ancora più importante quando si inizia a mettere insieme i pezzi.

Ad esempio, se si hanno due parti piane che devono essere avvitate tra loro, i fori di ciascuna parte devono essere al posto giusto. I fori di una parte devono essere al posto giusto rispetto ai fori dell'altra parte.

Sembra semplice, ma quando si inizia a mettere insieme un gruppo di parti, una sola può rovinare tutto.

È possibile utilizzare l'impilamento delle tolleranze e l'analisi statistica per capire come realizzare pezzi stampati a iniezione che funzionino insieme.

Quali sono i fattori che influenzano le tolleranze dello stampaggio a iniezione?

Parte Design

Uno dei modi più importanti per limitare la deformazione, il ritiro eccessivo e il disallineamento dei pezzi è quello di utilizzare i principi DFM durante la progettazione dei pezzi.

Il modo migliore per raggiungere questo obiettivo è lavorare con il progetto di stampaggio a iniezione fin dalle prime fasi del processo di progettazione, per evitare costose riprogettazioni nella fase successiva.

Spessore della parete

I pezzi con pareti di spessore variabile possono subire un ritiro non uniforme. Quando non è possibile evitare aree spesse, è necessario ricorrere al carotaggio per mantenere uniforme lo spessore della parete.

Uno spessore non uniforme delle pareti può causare una deformazione del pezzo, che può influire sulle tolleranze e sull'assemblaggio.

Le pareti più spesse non sono sempre la scelta migliore per aumentare la resistenza; ove possibile, è meglio utilizzare nervature e tasselli per migliorare la resistenza del pezzo.

Angolo di sformo

L'angolo di sformo è importantissimo per garantire che il pezzo esca facilmente dallo stampo.

Se non è corretto, il pezzo può rimanere incastrato quando si cerca di estrarlo, e può graffiare e deformare il pezzo. L'angolo di sformo può variare da 0,5° a 3°, a seconda del progetto del pezzo e della finitura superficiale.

Caratteristiche del capo

Le bussole sono spesso utilizzate per alloggiare gli elementi di fissaggio durante l'assemblaggio di più parti in plastica. Se le bussole sono troppo spesse, possono lasciare delle rientranze sul pezzo.

Se non sono collegati alle pareti laterali da nervature, possono deformarsi in modo significativo. Ciò renderà quasi impossibile l'assemblaggio di queste parti.

Selezione del materiale

È possibile produrre plastica stampata a iniezione con diverse resine. La scelta dipende dal prodotto che si vuole realizzare.

Ogni resina si ritira in misura diversa. Quando si progetta lo stampo, è necessario tenere conto di questo ritiro. Di solito lo stampo è più grande della percentuale di ritiro del materiale.

Se si realizza un assemblaggio multimateriale, è necessario progettare per tassi di ritiro diversi.

Se non si progettano correttamente le tolleranze, si può finire per avere pezzi che non si incastrano tra loro. Questo è un grosso errore nello stampaggio a iniezione.

Le tolleranze per lo stampaggio a iniezione sono determinate principalmente dal ritiro del materiale e dalla geometria del pezzo. È necessario finalizzare la scelta del materiale prima di progettare e costruire l'utensile. Il design dell'utensile dipende molto dal materiale scelto.

Design dello strumento

Una volta selezionato il materiale, in genere si sovradimensiona l'utensile per tenere conto del ritiro che si verificherà su quel materiale.

Ma il ritiro non avviene in modo uniforme in tutte le dimensioni. Ad esempio, i pezzi più spessi si raffreddano a velocità diverse rispetto a quelli più sottili.

Quindi, se si dispone di un pezzo complesso con una miscela di pareti sottili e spesse, si avrà una velocità di raffreddamento variabile.

La deformazione o l'affondamento possono compromettere seriamente le tolleranze e l'adattamento dello stampo a iniezione. Per limitare questi effetti, i produttori di utensili tengono conto di quanto segue quando progettano le caratteristiche dello stampo.

Raffreddamento degli utensili: Il raffreddamento è importante. Un cattivo raffreddamento rende il pezzo scadente. Un buon raffreddamento rende il pezzo buono. Collocare il raffreddamento nel posto giusto.

Tolleranza utensile

Se un utensile è fuori tolleranza, ogni pezzo stampato con quell'utensile avrà quell'errore aggiunto a qualsiasi errore causato dal ritiro.

Tuttavia, nella lavorazione CNC, le tolleranze degli utensili sono in genere strettamente controllate e monitorate, per cui un utensile fuori tolleranza è raramente il motivo per cui un pezzo è fuori tolleranza.

Inoltre, questi utensili sono in genere "sicuri per l'acciaio". Ciò significa che, una volta realizzato l'utensile, le dimensioni o le caratteristiche critiche possono essere modificate con un'ulteriore fresatura.

Se le dimensioni finite di alcuni pezzi sono fuori tolleranza, il materiale aggiuntivo consente di mettere a punto l'utensile durante la lavorazione.

Ad esempio, un foro in stretta tolleranza su un pezzo può avere un utensile progettato con un perno centrale che si trova sul lato più largo della tolleranza.

Se il foro deve essere regolato, verrà lavorato per rendere il foro più sottile.

Posizione dell'espulsore

L'espulsore spinge lo stampo fuori dallo stampo mentre si apre. Questa operazione deve essere eseguita il più rapidamente possibile per ridurre al minimo il tempo di ciclo.

Se l'espulsore viene posizionato in una posizione non ideale, può danneggiare il pezzo. Alcuni materiali non sono completamente rigidi quando lasciano l'utensile. Un'espulsione non uniforme può causare gravi deformazioni e incongruenze dimensionali.

Posizione del cancello

Il cancello è il punto in cui la resina entra nell'utensile. Se lo si mette nel posto sbagliato, l'effetto sarà negativo.

Inoltre, se il riempimento dello stampo non è uniforme, si verificano deformazioni e ritiri. A volte è necessario più di un cancello per riempire lo stampo in modo uniforme ed evitare questi problemi.

Controllo del processo

Anche se si è fatto tutto il lavoro di progettazione iniziale e le considerazioni sui materiali per ottimizzare una parte per stampaggio a iniezione tolleranze, è possibile che il pezzo sia fuori tolleranza quando vengono consegnati i primi campioni.

Una volta combinati tutti i metodi sopra descritti, il passo successivo per migliorare la conformità alle tolleranze è l'adeguamento del processo.

Il controllo della temperatura, della pressione e del tempo di permanenza sono alcuni dei modi più comuni per migliorare la qualità dei pezzi.

Una volta determinate le condizioni ideali, lo stampo può creare pezzi consistenti con variazioni dimensionali minime da un pezzo all'altro.

Quando si ha a che fare con pezzi complessi e con più funzioni, può essere una buona idea inserire nell'utensile dei sensori di pressione e di temperatura per misurare questi parametri durante il processo di produzione per avere un feedback in tempo reale e controllare il processo.

Mantenere la pressione e la temperatura nell'utensile per tutto il tempo può aiutare a mantenere tolleranze costanti.

Quando si ha a che fare con pezzi complessi e con più funzioni, può essere una buona idea inserire nell'utensile dei sensori di pressione e di temperatura per misurare questi parametri durante il processo di produzione per avere un feedback in tempo reale e controllare il processo.

Mantenere la pressione e la temperatura nell'utensile per tutto il tempo può aiutare a mantenere tolleranze costanti.

Come ottimizzare le tolleranze dello stampaggio a iniezione?

Progettazione di parti per la producibilità

Per evitare riprogettazioni costose e dispendiose in seguito, è importante prevedere i problemi di tolleranza fin dalle prime fasi del processo di progettazione.

Per ridurre al minimo il rischio di deformazioni e disallineamenti, i progettisti devono seguire le linee guida della progettazione per la producibilità (DFM). DFM significa progettare i pezzi tenendo conto di uno specifico processo di produzione.

Quando si progetta un pezzo per la produzione, è necessario pensare a come verrà realizzato. Ciò significa che bisogna considerare aspetti quali lo spessore delle pareti, l'angolazione dei lati e il tipo di caratteristiche progettuali da includere, come ad esempio le bugne.

Uno degli aspetti più importanti da considerare è lo spessore delle pareti. Se le pareti non sono dello stesso spessore su tutto il perimetro, il pezzo si restringe in modo non uniforme quando si raffredda.

In questo modo il pezzo può deformarsi e, se si deforma, non è in grado di mantenere tolleranze strette. A volte è meglio aggiungere delle nervature di supporto per rendere il pezzo più resistente, invece di aumentare lo spessore delle pareti.

Gli angoli di sformo sono importanti per garantire che i pezzi escano dallo stampo senza deformazioni o graffi. L'angolo giusto dipende dal pezzo e dalla finitura desiderata, ma 1,5-2 gradi di sformo sono di solito il minimo da utilizzare per la maggior parte dei pezzi stampati a iniezione.

Le bussole sono elementi in rilievo che vengono spesso utilizzati per tenere insieme più parti in plastica durante l'assemblaggio. Se l'attacco è troppo spesso, può provocare segni di affossamento sulla superficie del pezzo.

Inoltre, se le bugne non sono collegate alle pareti laterali del pezzo (di solito tramite nervature di supporto), possono facilmente deformarsi o deformarsi, ostacolando seriamente la capacità del componente di essere fissato insieme.

Le dimensioni contano

Più grande è il pezzo o il prodotto che si sta realizzando, più importanti diventano le tolleranze. Nello stampaggio a iniezione di plastica, un pezzo più grande può deformarsi o restringersi. Quindi, le dimensioni contano.

Capo

I bocchettoni sono un elemento importante nella progettazione dei prodotti. Vengono utilizzati per tenere insieme i pezzi quando li si assembla. Ci sono alcuni aspetti a cui bisogna pensare quando si progettano i raccordi. Uno di questi è che le pareti del raccordo non devono essere troppo spesse.

Se si realizza un'estremità troppo spessa, si otterranno vuoti e segni di sprofondamento. Inoltre, è consigliabile eseguire il carotaggio dei raccordi (cioè collegarli alla parete laterale più vicina). In questo modo si ottiene una maggiore distribuzione del carico sul pezzo e si rende il pezzo più freddo e il materiale più scorrevole.

Scegliere il materiale ideale per la propria applicazione

La selezione dei materiali è importante quanto la progettazione dei pezzi quando si tratta di tolleranze di stampaggio a iniezione. Esistono molti materiali plastici diversi che possono essere utilizzati nel processo di stampaggio a iniezione scientifico. Materiali diversi hanno tassi di ritiro diversi.

Questo aspetto deve essere preso in considerazione quando si sceglie il materiale per lo stampaggio a iniezione e si progettano gli stampi. Se un pezzo è composto da più di un materiale, è necessario tenere conto dei diversi tassi di ritiro per garantire che i pezzi si incastrino come previsto.

Pertanto, è importante avere una buona conoscenza dei diversi materiali per lo stampaggio a iniezione per garantire tolleranze di stampaggio coerenti.

Lo stampaggio a iniezione funziona con molti tipi diversi di plastica, che possono essere migliorati con l'aggiunta di altre sostanze. Si possono anche rendere più forti o più stabili.

La possibilità di scegliere tra così tanti materiali diversi è ottima per i team di prodotto, perché possono migliorare ulteriormente i materiali e le prestazioni che desiderano per il loro prodotto.

Le diverse resine si ritirano a velocità diverse, quindi è necessario tenerne conto nella scelta del materiale e nella progettazione dello stampo.

Se si assemblano pezzi di materiali diversi, è necessario tenere conto dei diversi tassi di ritiro per assicurarsi che i pezzi si incastrino come dovrebbero.

Conoscere le proprietà della resina che si sta utilizzando è la chiave per ottenere tolleranze costanti nella plastica. stampaggio a iniezione.

Quando scegliete i materiali, utilizzate questi fattori per aiutarvi nella scelta:

Composizione in plastica

Le plastiche amorfe (come l'ABS) si restringono meno di quelle semicristalline (come il polietilene) perché sono meno compatte. 

Peso molecolare

Le resine ad alto peso molecolare hanno un'elevata viscosità e un'alta caduta di pressione, che possono aumentare la contrazione.

Additivi

L'aggiunta di cariche a bassa espansione termica riduce il ritiro. Le diverse resine hanno tassi di ritiro diversi. Pertanto, è necessario tenerne conto nella scelta del materiale e nella progettazione dello stampo a iniezione per ridurre difetti estetici come deformazioni, cedimenti, fessurazioni e distorsioni, che possono influire sulle tolleranze del pezzo stampato.

Tenere conto delle considerazioni sugli utensili

Poiché gli stampi sono solitamente un po' più grandi per consentire il ritiro del materiale, la prima cosa da sapere è quale materiale si intende utilizzare. Una buona progettazione degli stampi è fondamentale per garantire che i pezzi si raffreddino correttamente e rispettino le tolleranze di stampaggio a iniezione.

Gli stampi devono garantire un riscaldamento e un raffreddamento costante e ripetibile tra una ripresa e l'altra, altrimenti sarà difficile mantenere tolleranze ristrette, il che è particolarmente importante con l'aumento della complessità dei pezzi (e degli stampi).

Un raffreddamento insufficiente o incoerente può portare a deviazioni significative dai requisiti di tolleranza. Monitorando la pressione di iniezione, la viscosità della resina e il tempo di riempimento, gli ingegneri possono monitorare e regolare le variabili di produzione per garantire una pressione, un riscaldamento e un raffreddamento adeguati durante il processo di iniezione.

Per assicurarsi che la resina fluisca nello stampo in modo uniforme e per evitare il ritiro e la deformazione, è necessario capire dove posizionare la porta (il foro in cui entra la resina).

Se si sta realizzando un pezzo complicato stampato a iniezione, potrebbe essere necessario più di un gate per assicurarsi che la resina riempia lo stampo in modo uniforme e si raffreddi correttamente. Bisogna anche pensare a dove collocare i perni di espulsione.

Possono alterare le dimensioni del pezzo perché alcuni materiali non sono completamente rigidi quando vengono estratti dallo stampo (di solito per accorciare i tempi del ciclo).

I perni devono essere posizionati nel punto giusto, in modo che il pezzo non si deformi e la superficie non si rovini.

Sebbene le tolleranze sull'utensile stesso siano in genere controllate in modo molto rigoroso (è possibile effettuare un certo livello di perfezionamento se uno stampo lavorato a CNC produce un componente che non rientra nelle tolleranze accettabili), questa è un'altra considerazione importante che il team di prodotto dovrebbe esaminare attentamente.

Quando si sceglie il materiale giusto, i progettisti di stampi si offrono di sovradimensionare lo stampo per tenere conto del ritiro del materiale.

Materiali diversi hanno tassi di ritiro diversi a causa dello spessore non uniforme. Per ridurre questo fenomeno, è necessario considerare i seguenti punti durante la progettazione dello stampo.

Raffreddamento degli utensili

Il raffreddamento è un aspetto importante nello stampaggio scientifico. È ciò che fa la differenza tra un pezzo buono e uno cattivo. Il raffreddamento è il processo di raffreddamento della plastica dopo il riscaldamento e prima dell'espulsione.

Il raffreddamento deve essere uniforme. Se non lo è, si verificano restringimenti, segni di affondamento, problemi di espulsione, deformazioni e altri problemi di ogni tipo. Questi problemi possono influire sull'aspetto del pezzo, sul suo montaggio e sul suo funzionamento.

Per ottenere il giusto raffreddamento, è necessario posizionare i canali di raffreddamento nei punti giusti dello stampo. È inoltre necessario tenere sotto controllo aspetti quali la pressione di iniezione, lo spessore della resina e il tempo necessario per riempire lo stampo.

Tolleranze degli utensili

Gli stampi a iniezione sono in genere realizzati con la lavorazione CNC, che consente di ottenere tolleranze strette e di mantenere la precisione durante i cicli di riscaldamento e raffreddamento del processo.

Le tolleranze assicurano che il pezzo si raffreddi correttamente senza compromettere la precisione. Non è comune a causa della lavorazione CNC, ma se non si controllano le tolleranze quando si realizzano gli stampi, si possono avere difetti gravi come deformazioni, ritiri e affondamenti.

Posizione del perno di espulsione

Il perno di espulsione è un elemento dello stampo a iniezione che spinge il prodotto finale fuori dallo stampo. Il perno ha forme diverse (preferibilmente piatte) attraverso le quali viene applicata una certa forza per spingere il prodotto fuori.

Pertanto, quando viene posizionato in modo errato, può causare inutili rientranze sul prodotto finito.

Inoltre, in materiali non rigidi o che si raffreddano in modo non uniforme, i perni di espulsione possono causare la rottura di prodotti non finiti, con conseguenti difetti estetici e anomalie fisiche.

Posizione del cancello

Il cancello è il punto in cui la plastica entra nello stampo. Quando si decide dove mettere il cancello, si deve pensare a: Mettere il cancello dove la plastica è più spessa: In questo modo il pezzo sarà più resistente e avrà un aspetto migliore.

Mettere il cancello dove la plastica è più spessa: In questo modo il pezzo sarà più resistente e avrà un aspetto migliore. Mettete il cancello dove la plastica è più spessa: In questo modo il pezzo sarà più resistente e avrà un aspetto migliore. Non mettete il cancello dove ci sono elementi di intralcio, come perni o altre parti.

Non collocare il cancello in un punto in cui il corridore non sia in grado di fare una buona impressione o in cui il pezzo non sia in grado di funzionare correttamente. Il cancello deve essere al posto giusto, perché se è nel posto sbagliato, il pezzo non avrà un bell'aspetto e non funzionerà bene.

Implementare un controllo di processo ripetibile

Il controllo di processo è il modo in cui i produttori calibrano le variabili che possono influire sulla qualità dei pezzi. Queste variabili sono parte integrante di ogni processo di produzione e la loro calibrazione aiuta a ridurre le deviazioni. Le variabili più comuni sono la temperatura, la pressione e il tempo di mantenimento. Alcuni modi per raggiungere questo obiettivo sono:

È possibile incorporare nello stampo sensori di temperatura e pressione per misurare l'ambiente dello stampo e fornire un feedback in tempo reale e un controllo ripetibile del processo.

Le resine hanno un elevato coefficiente di espansione termica e causano variazioni dimensionali dovute a variazioni di temperatura.

Pertanto, quando il pezzo viene lavorato a temperatura costante. Il processo di produzione coinvolge un gran numero di variabili che influenzano la fattibilità e la qualità di un pezzo, e il controllo del processo è un mezzo per calibrare queste variabili in modo da minimizzare le deviazioni.

I sensori di pressione e temperatura negli stampi sono importanti per un buon controllo del processo perché forniscono un feedback in tempo reale su questi parametri.

In questo modo è possibile apportare rapide modifiche quando si nota che qualcosa non va. Una volta che queste variabili sono sotto controllo e possono essere ripetute, lo stampo produrrà pezzi con tolleranze strette e poche variazioni.

Le resine plastiche hanno solitamente un coefficiente di espansione termica più elevato, il che significa che è più probabile che cambino dimensioni al variare della temperatura.

Pertanto, i pezzi con tolleranze più strette devono spesso essere misurati alla stessa temperatura per assicurarsi che mantengano le stesse dimensioni e funzionino correttamente.

Tolleranze raggiungibili nello stampaggio a iniezione

Per ottenere tolleranze di stampaggio a iniezione reali, è possibile inserire alcune tolleranze di stampaggio a iniezione di plastica fattibili nel progetto dello stampo di plastica. Ecco le principali materie plastiche che vengono solitamente utilizzate nello stampaggio a iniezione di plastica:

Tolleranze dimensionali +/- Mm

La precisione è difficile da mantenere. Ecco perché i progettisti usano il simbolo (+/-) per indicare l'intervallo delle misure.

Ogni materiale presenta un intervallo di tolleranza diverso al crescere delle dimensioni. La tabella qui sopra mostra le tolleranze dimensionali delle principali materie plastiche per lo stampaggio a iniezione.

Tolleranza di rettilineità/piattezza

La deformazione si verifica perché la plastica si ritira a velocità diverse nella direzione del flusso e attraverso la direzione del flusso. Può verificarsi a causa dei diversi spessori delle pareti, che si ritirano a velocità diverse. È possibile ridurre al minimo la deformazione modificando il progetto dello stampo, trovando una posizione migliore del gate e controllando il processo.

Tuttavia, potrebbe essere necessario avere una tolleranza pratica sul lato della plastica perché è difficile eliminare 100% della deformazione.

Tolleranza del diametro del foro +/- Mm

Più grande è il foro, maggiore è la tolleranza da considerare. L'immagine qui sopra mostra le tolleranze per fori di diverse dimensioni.

Tolleranza profondità foro cieco +/- Mm

I fori ciechi sono fori praticati nel pezzo in lavorazione utilizzando un nucleo di inserto senza attraversarlo completamente. Sono fissati a un'estremità, per cui è più probabile che si deformino sotto le forti forze del flusso di fusione. La figura sopra mostra le diverse tolleranze che si possono utilizzare.

Tolleranza di concentricità/ovalizzazione +/- Mm

È qui che si determina lo spessore della parete (la differenza tra OD e ID). La tabella qui sopra mostra le diverse tolleranze e la differenza di costo per ottenere tale tolleranza.

Conclusione

C'è sempre qualche variazione in stampaggio a iniezionePertanto, deve esistere una gamma di deviazioni consentite per permettere al pezzo di funzionare correttamente dopo l'assemblaggio.

Ecco perché le tolleranze dello stampaggio a iniezione sono così importanti quando si assemblano prodotti con più parti stampate a iniezione. Inoltre, la progettazione dello stampaggio a iniezione segue i principi di producibilità per ottimizzare lo spessore delle pareti, gli angoli di sformo e le caratteristiche dei raccordi per garantire che i pezzi mantengano tolleranze ristrette durante la produzione e l'assemblaggio.

Quando si controllano e si ottimizzano le tolleranze dello stampaggio a iniezione, è possibile determinare l'intervallo di deviazioni ammissibili che consentiranno al prodotto di funzionare al meglio.

Ci sono molti modi per farlo, ma tutti dipendono dalla DfM, dalla selezione dei materiali e dal controllo del processo. Questo articolo vi aiuta a semplificare alcuni dei metodi più utili per il vostro progetto.