Что такое выталкивающие штифты и почему они критически важны при литье под давлением?
Выталкиватели — это закаленные стальные стержни, которые после охлаждения и затвердевания пластика выталкивают деталь со стороны пуансона пресс-формы. Это одни из самых распространенных — и чаще всего недооцениваемых — элементов оснастки для литья под давлением1. По опыту ZetarMold, с выталкивателями связано около 15–20% всех проблем при обслуживании пресс-форм.
Стадия извлечения кажется простой — достаточно вытолкнуть деталь. Но инженерные сложности значительны: деталь ещё тёплая и немного податливая, усадка может плотно удерживать её на сердечнике, а на декоративных поверхностях не должно быть следов штифтов. Ошибки извлечения приводят к застреванию деталей, дефектам поверхности, поломке штифтов и простою производства.
Каковы основные типы выталкивающих штифтов и когда следует применять каждый?
Разная геометрия деталей и декоративные требования требуют разных типов выталкивателей. Ниже приведено полное сравнение.
| Тип выталкивателя | Описание | Лучшее для | Типичный диаметр | Стоимость |
|---|---|---|---|---|
| Прямой штифт (круглый) | Стандартный цилиндрический штифт из закалённой стали | Универсальное назначение, плоские поверхности | 1.0–12.0 mm | Низкая ($2–10) |
| Ступенчатый штифт | Штифт двух диаметров — более крупная головка, меньший наконечник | Глубокие полости и тонкие стенки, где требуется наконечник меньшего размера | Головка 4–12 mm, наконечник 1–4 mm | Средний (5–20 долларов США) |
| Втулочный выталкиватель | Полая цилиндрическая втулка, выталкивающая деталь вокруг стержня пуансона | Бобышки, цилиндрические элементы, сквозные отверстия | Наружный диаметр 3–20 mm | Средняя-высокая ($15–50) |
| Лопаточный толкатель | Плоский штифт прямоугольного сечения | Тонкие рёбра, узкие стенки, щели | Толщина 1–3 mm | Высокая ($20–60) |
| Наклонный толкатель/наклонный штифт | Штифт, перемещающийся под углом во время выталкивания | Поднутрения, внутренние элементы | Индивидуальное изготовление | Высокая ($50–200+) |
В нашем инструментальном цехе примерно 70% форм используют стандартные прямые выталкиватели, 15% — трубчатые, 10% — плоские, а 5% требуют наклонных толкателей для поднутрений. Выбор определяется геометрией детали, а не стоимостью: применение неподходящего типа ради экономии создает гораздо более дорогие проблемы качества.
«Больше выталкивателей всегда означает лучшее выталкивание — следует максимально увеличить их число».False
Избыточное количество выталкивающих штифтов может ослабить конструкцию пресс-формы, создать больше потенциальных мест образования облоя и оставить ненужные следы на поверхности детали. Цель — использовать минимальное число штифтов, которые равномерно распределяют усилие выталкивания, не превышая предел текучести материала при сжатии в месте каждого штифта. Для большинства деталей обычно достаточно 4–12 штифтов.
«Выталкивающие штифты следует размещать прежде всего в зонах максимального удержания детали — наибольшей глубины и самого плотного охвата сердечника, а не распределять равномерно».True
Деталь сильнее всего удерживается на пуансоне там, где усадка охватывает глубокие сердечники, ребра и бобышки. Размещение выталкивателей в этих точках высокого удержания обеспечивает чистое отделение детали. Равномерное распределение может не охватить критические зоны сцепления, из-за чего деталь застрянет или перекосится при выталкивании.
Как рассчитать правильное усилие выталкивания?
Расчет силы выталкивания предотвращает две проблемы: слишком малая сила (деталь прилипает) и слишком большая сила (деформация детали или появление следов от толкателя). Формула учитывает площадь поверхности детали, усадку и трение.
Формула F = μ × P × A
Где:
- F = усилие выталкивания (N)
- μ = коэффициент трения между пластиком и сталью (0.2–0.5 в зависимости от материала и качества поверхности)
- P = контактное давление, вызванное усадкой (5–30 MPa в зависимости от материала, толщины стенки и времени охлаждения)
- A = общая площадь контакта детали со стержнем (mm²)
Пример: коробчатая деталь из ABS с площадью контакта с пуансоном 100 см²:
- μ = 0.3 (ABS по полированной стали)
- P = 10 MPa (типично для стенки 2 mm при достаточном охлаждении)
- A = 10,000 mm²
- F = 0.3 × 10 × 10,000 = 30,000 N = 30 kN
- При 8 штифтах диаметром 4 mm: 30,000 ÷ 8 = 3,750 N на штифт
- Напряжение штифта: 3,750 ÷ (π × 2²) = 298 MPa — в пределах предела текучести инструментальной стали H13, равного 1,500 MPa
Каковы ключевые принципы размещения выталкивающих штифтов?
Расположение штифтов не менее важно, чем их тип. Неправильное размещение вызывает неравномерное выталкивание, наклон детали и косметические дефекты.
Наши правила проектирования в ZetarMold:
- Поддерживайте зоны с высоким удерживающим усилием — размещайте выталкиватели рядом с глубокими пуансонами, высокими ребрами и плотно охватывающими элементами, где деталь держится сильнее всего.
- Уравновешивайте распределение усилий — результирующая всех усилий выталкивателей должна проходить через центр тяжести детали, чтобы исключить перекос.
- Избегайте лицевых поверхностей — следы выталкивателей неизбежны, поэтому размещайте их на скрытых участках: внутренних гранях, сопрягаемых поверхностях и местах под этикетками.
- Минимальный диаметр выталкивателя — используйте самый крупный выталкиватель, который допускает геометрия. Для долговечности минимальный диаметр составляет 2 мм, предпочтительный — 4–6 мм. Более тонкие выталкиватели чаще изгибаются и ломаются.
- Расстояние от выталкивателя до края — край выталкивателя должен находиться от края детали на расстоянии не менее 1,5 толщины стенки, чтобы не допустить продавливания.
- Длина хода — ход выталкивания должен как минимум на 5 мм превышать наибольшую глубину вытяжки, чтобы деталь полностью отделилась.
Каковы распространённые дефекты от выталкивающих штифтов и как их устранить?
Даже при правильном проектировании возникают дефекты выталкивания. Знание признаков и решений экономит производственное время.
| Дефект | Предотвращает образование утяжин на противоположной поверхности | Решение |
|---|---|---|
| Видимые следы штифтов (глянцевые круги) | Торец штифта не заподлицо с поверхностью полости; торец штифта переполирован | Отрегулируйте длину штифта; согласуйте качество его торца с окружающей текстурой |
| Продавливание выталкивающим штифтом (вмятины/отверстия) | Чрезмерное усилие выталкивания; недостаточное время охлаждения | Добавьте выталкиватели для распределения усилия; увеличьте время охлаждения; предусмотрите угол уклона2 |
| Прилипание детали к сердечнику | Недостаточный уклон; слишком мало выталкивателей; высокий вакуум | Добавьте уклон; добавьте штифты; добавьте воздушные тарельчатые клапаны для снятия вакуума |
| Облой в местах расположения штифтов | Штифт изношен или имеет недостаточный диаметр; отверстие под штифт изношено и увеличено | Замените штифт; разверните отверстие до следующего размера и установите соответствующий штифт |
| Поломка штифта | Штифт слишком тонкий для нагрузки; боковое усилие из-за прилипания детали | Увеличьте диаметр штифта; добавьте направляемое выталкивание (возвратные штифты) |
| Деформация детали при выталкивании | Несбалансированное усилие выталкивания; недостаточная жесткость детали | Перераспределите расположение толкателей; увеличьте время охлаждения; используйте плиту-съёмник |
«Следы выталкивающих штифтов невозможно устранить — это неизбежное ограничение литья под давлением».False
Хотя штифты всегда оставляют некоторый след, видимые отметины можно устранить несколькими способами: съемные плиты распределяют усилие по всему периметру детали вместо отдельных точек; пневматическое выталкивание использует сжатый воздух без контакта; втулочные выталкиватели позволяют размещать следы на невидимых внутренних бобышках. Следы штифтов также можно замаскировать текстурированием окружающей поверхности.
Выталкивающие стержни для литья под давлением: Типы, Конструкция и Устранение неисправностейTrue
Полированный торец штифта создаёт глянцевый круг, контрастирующий с текстурированной поверхностью детали. Согласование текстуры торца штифта с окружающей поверхностью полости, обычно эквивалентной MT-11010–MT-11020, маскирует след штифта. В ZetarMold это стандартная практика для всех текстурированных деталей.
Как обслуживать выталкивающие штифты для долгого срока службы формы?
Выталкивающие штифты относятся к изнашиваемым деталям и требуют регулярного осмотра и замены. Надлежащее обслуживание предотвращает незапланированные простои и ухудшение качества.
Применяемый нами график технического обслуживания:
- Каждые 5 000 циклов: визуально проверяйте рабочие торцы выталкивателей на износ, отложения и повреждения
- Каждые 25 000 циклов: извлекайте выталкиватели, очищайте отверстия, проверяйте на задиры и повторно смазывайте высокотемпературной смазкой для пресс-форм
- Каждые 100 000 циклов: измеряйте диаметры выталкивателей и отверстий; заменяйте любой выталкиватель с износом более 0,02 мм и любую втулку с превышением диаметра более 0,03 мм
- Отложения материала: удаляйте их латунной щеткой и растворителем для очистки пресс-форм3. Никогда не используйте стальные инструменты на поверхности выталкивателей.
Готовы оптимизировать систему выталкивания вашей пресс-формы? Свяжитесь с ZetarMold для получения экспертной поддержки в проектировании и инжиниринге пресс-форм.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
Из какого материала изготавливают выталкивающие штифты?
Стандартные штифты выталкивателя изготавливаются из закалённой насквозь инструментальной стали H13 (HRC 48–52) или аналога SKD61. Для абразивных материалов, таких как стеклонаполненный полиамид, азотированные или покрытые TiN штифты служат в 3–5× дольше. Для коррозионных материалов, таких как PVC, штифты из нержавеющей стали (420 или 440C) предотвращают ржавчину и питтинг.
Сколько выталкивающих штифтов требуется типичной форме?
Для небольшой детали размером с кредитную карту обычно требуется 4–8 штифтов. Для средней детали размером с чехол телефона — 8–16 штифтов. Для крупных деталей размером с крышку ноутбука может потребоваться 20–40+ штифтов либо сочетание штифтов и съёмных плит. Количество зависит от необходимого усилия извлечения, жёсткости детали и требований к внешнему виду.
Можно ли размещать выталкиватели на текстурированных поверхностях?
Да, но поверхность штифта должна иметь текстуру, совпадающую с текстурой окружающей полости. Полированный штифт на текстурированной поверхности создаёт заметный блестящий круг. В ZetarMold мы текстурируем поверхности штифтов в соответствии с полостью методом EDM или дробеструйной обработки после нанесения текстуры формы.
В чем разница между выталкивающими штифтами и выталкивающими втулками?
Выталкивающие штифты — сплошные круглые стержни, давящие на плоскую область детали. Выталкивающие втулки — полые трубки вокруг сердечника, распределяющие усилие по окружности бобышки или цилиндрического элемента. Втулки дороже, но необходимы для бобышек, где сплошной штифт не достигает поверхности выталкивания.
Как предотвратить следы выталкивателей на декоративных поверхностях класса A?
Варианты: (1) перенести штифты на недекоративную сторону (сторону B); (2) использовать съёмную плиту, толкающую весь периметр детали; (3) применить воздушное выталкивание (сжатый воздух через тарельчатый клапан); или (4) выталкивать за внутренние конструкционные элементы, такие как рёбра и бобышки, невидимые в готовом изделии.
Почему ломаются выталкивающие штифты?
Основные причины: (1) диаметр штифта слишком мал для требуемого усилия; (2) деталь прилипает с одной стороны, создавая поперечную изгибающую нагрузку; (3) после технического обслуживания пресс-формы нарушено совмещение штифта и отверстия; (4) на штифте накапливается материал, создающий чрезмерное трение. Применение штифтов диаметром не менее 2 mm и правильное совмещение пресс-формы предотвращают большинство поломок.
Резюме
Выталкиватели, пожалуй, самый недооцененный элемент конструкции пресс-формы для литья под давлением, хотя от них напрямую зависят качество детали, время цикла и срок службы формы. Важно подобрать подходящий тип выталкивателя для каждого элемента, рассчитать достаточное усилие, стратегически разместить выталкиватели во избежание дефектов внешнего вида и регулярно их обслуживать. В ZetarMold мы проектируем каждую систему выталкивания с той же тщательностью, что полость и систему охлаждения: отличная деталь, которую нельзя аккуратно извлечь, все равно остается браком. Подробный обзор представлен в нашем полном руководстве по литью под давлением. Подробный обзор представлен в нашем полном руководстве по литью под давлением.
-
Литье под давлением — это производственный процесс, при котором расплавленный термопласт под высоким давлением впрыскивается в закрытую полость пресс-формы, охлаждается и затвердевает, принимая заданную форму, после чего система выталкивания извлекает готовую деталь. ↩
-
Угол уклона — это небольшой наклон, обычно 0,5–3°, на вертикальных стенках литой детали, который позволяет при выталкивании аккуратно снять ее с пуансона без задиров и чрезмерного усилия. ↩
-
Дефекты литья под давлением — нежелательные особенности литых деталей, такие как облой, утяжины, недоливы и прижоги, возникающие из-за недостатков конструкции пресс-формы, неправильного выбора материала или параметров процесса. ↩
Получите конкурентную цену, рекомендации DFM и график производства от инженерной команды ZetarMold.
