Литье под давлением PA6 GF30: Корпус с 2-гнездной горячеканальной системой.
Рассмотрим, как команда Fecision проводит профессиональный DFM-анализ для выявления и решения проблем, связанных со специальным материалом — PA6 GF30% для литья под давлением.
Нейлон литья под давлением
PA6 GF30% (черный)
Индустрия решений в области безопасности и контроля доступа
Характеристики
Обзор проекта
Каковы результаты этого проекта?
Двухгнездная литьевая форма для корпуса из армированного стекловолокном полиамида PA6 с горячеканальной системой и холодным подпиточным каналом, сталью полостей SKD61/S136 и трехпозиционной разъемной конструкцией. Контроль качества осуществляется с помощью измерительной системы OMM 2D и 3D с точностью обнаружения ≤0.002 мм. В процессе проектирования с учетом технологичности (DFM) было выявлено и задокументировано одно критическое отклонение от допуска.
| Тип пресс-формы | Двухпластинчатая инжекция |
| Кариес | Полость 2 |
| Основание пресс-формы | S50C |
| Полость Сталь | SKD61 / S136 |
| Сталь сердечника | SKD11 |
| Система ворот | Hot Runner + Sub Gate |
| Конфигурация исполнителя | 1 горячая зона + холодный сабвуфер |
| Слайдеры | 3 ползунка |
| выбрасывание | Втулка + штифт EJ φ2.0 мм |
| Углубление для штифта EJ | Углубление ≤ 0.05 мм |
| усадка | 0.3 - 0.6% |
| Размеры пресс-формы | 400 × × 300 360 мм |
| Машина | FANUC i100A (100 Т) |
| Раковина с отметкой полости | 0.1 мм / мин |
| Инспекция | OMM 2D&3D ≤ 0.002 мм |
Диагностика проблемы
Инженерные проблемы, выявленные в ходе анализа DFM (проектирование с учетом технологичности).
В ходе проверки конструкции пресс-формы, проведенной до заказа стали, было выявлено пять структурных и технологических рисков. Каждый из них напрямую влияет на соответствие размеров, надежность цикла или качество деталей на производственном участке.
Жесткий допуск по сравнению с усадкой PA6 GF30
На чертеже указаны параметры 5.5 ±0.025 мм с плоскостностью 0.08 А и параллельностью 0.05 В для элемента, занимающего значительную длину. Стекловолокно PA6 сжимается анизотропно — выравнивание волокон вдоль пути потока уменьшает усадку в одном направлении, одновременно увеличивая ее в поперечном.
При диапазоне усадки 0.3–0.6% и общей длине детали, точность ±0.025 мм после формовки находится на пределе возможностей, которые может обеспечить литьевая оснастка без дополнительной механической обработки.
Риск деформации при больших пролетах
На различные параметры материала влияют как вариации усадки, так и деформация — эти два вида разрушения усугубляют друг друга в случае полиамида, армированного стекловолокном. При неравномерном охлаждении детали дифференциальная усадка между зонами с высоким и низким содержанием стекловолокна приводит к её деформации.
Инженерный ответ: Было предложено ослабить допуски на размеры в отмеченных зонах по сравнению со значениями, указанными на чертеже, до ±0.05 мм, чтобы они соответствовали надежным параметрам процесса.
Геометрия с тремя ползунками — Сложность линии разъема
Геометрия корпуса требует наличия трех ползунков для разблокировки подрезных элементов на трех отдельных поверхностях. Каждый ползунок создает стыковочный шов — три шва, сходящиеся на одной детали, многократно увеличивают риск образования облоя и требования к точности выравнивания контакта ползунка с полостью.
Основная линия разъема проходит в средней плоскости (красная линия, разделение передней части полости и задней части сердечника). Швы скользящего элемента PL с каждой стороны должны закрываться в соответствии с одним и тем же стандартом, не оставляя следов на функциональных поверхностях.
Система выброса — конфигурация втулка + штифт
Для цилиндрического отверстия (диаметр Ø17 мм) требуется выталкиватель с втулкой, а не обычные выталкивающие штифты — штифт, помещенный внутрь отверстия, оставил бы следы на поверхности отверстия, соприкасающейся с компонентом фиксирующего цилиндра. В остальных местах для выталкивателей используются штифты EP φ2.0 мм с плоским основанием.
Ключевое ограничение: положение выталкивающего штифта должно быть заподлицо или утоплено на ≤0.05 мм — любое выступание над поверхностью детали является критерием отбраковки, поскольку корпус прилегает к прецизионному сборочному интерфейсу.
Выступание эмалево-дентинного соединения: от 0 мм (вровень с поверхностью) до −0.05 мм.
Угол тяги — требуется минимальное уменьшение диаметра.
Анализ уклона выявил две категории поверхностей: поверхности «зеленой зоны» (большая часть внешней поверхности детали) требуют удаления материала менее чем на 0.05 мм с каждой стороны для достижения чистого уклона без влияния на критические размеры. Поверхности «розовой зоны» (внутренняя поверхность отверстия и две поверхности, обращенные к ползунку) требуют еще более плотного зазора — менее 0.03 мм с каждой стороны.
Эти ограничения означают, что операция полировки полости должна контролироваться с точностью до долей миллиметра, чтобы избежать чрезмерного уклона при резке, который должен быть минимальным для сохранения размеров.
Решение для проектирования пресс-форм
В выбранном проекте был Двухплитная форма с горячеканальной системой и холодным подлитником.Горячеканальная система (1 зона нагрева) поддерживает температуру расплава PA6 GF30 при впрыске от машины до коллектора, исключая потери через холодную канавку. Затем холодный подканальный канал (подводный канал) подает расплав через разъемную поверхность таким образом, что он автоматически отделяется от детали при открытии пресс-формы — ручная операция по удалению литника не требуется в каждом цикле.
Выбор стали был преднамеренным: SKD61 для основных поверхностей полости (Эквивалент H13, инструментальная сталь для горячей обработки, отличная устойчивость к термической усталости при высокой температуре обработки PA6 260–290 °C) и S136 для вставок вторичной полости которые требуют более высокой коррозионной стойкости. ядро SKD11 (Эквивалент D2, высокая износостойкость) защищает внутреннюю геометрию отверстия, с которой контактирует выталкиватель гильзы при каждом цикле.
Полные технические характеристики пресс-форм для литья под давлением см. в нашем разделе. Возможности литья под давлением →
- Горячий канал (1 зона) подает холодный поток через подзатвор — нулевые потери холодного потока, автоматическое отключение затвора.
- Полость SKD61/S136 + сердцевина SKD11 — материал, соответствующий требованиям к тепловым характеристикам и износостойкости PA6 GF30.
- Трехпозиционный механизм освобождает все элементы подрезки без дополнительных операций.
- Выталкиватель гильз на отверстии Ø17 + штифты EP φ2.0 на плоском основании — без следов на функциональных поверхностях.
- Контроль качества OMM 2D и 3D с точностью ≤0.002 мм — охватывает все положения чертежа.
- Зоны допуска, отмеченные в соответствии с требованиями DFM, смягчены до ±0.05 мм с согласия заказчика.
Обзор 3D-геометрии
Получена деталь 155.372. Определена область применения DFM (проектирование для производства). Чертеж D000471237-000 (утвержден 01.02.2022) использован в качестве эталонного допуска.
Дизайн ворот и направляющих
Выбран горячий канал (1 зона) + холодный подзатвор. Точка входа затвора на верхней поверхности оценивалась с учетом баланса потока в 2 полости.
Определение разделительной линии
Основная плоскость PL в средней плоскости (красная линия). 3 шва PL с ползунками определены для элементов 1/2/3 на трех отдельных гранях.
Анализ проекта
Зеленые зоны: удаление материала <0.05 мм/сторона. Розовые зоны (отверстие + поверхности ползуна): <0.03 мм/сторона. Полировка полости контролируется соответствующим образом.
Выпущен отчет DFM.
Документировано 8 элементов конструкции пресс-формы. Критически важный момент: запрос на смягчение допусков по размерам, подверженным усадке. Требуется подтверждение заказчика.
Закупка и обработка стали
Основание из стали S50C, вставки для полостей SKD61+S136, сердечник из стали SKD11. Пресс-форма размером 400×300×360 мм на прессе FANUC i100A.
Образец Т1 + проверка OMM
Все положения чертежа измерены на системе OMM 2D&3D с точностью ≤0.002 мм. Отчет о размерах прилагается к первому изделию.
Стратегия производства и контроль качества
Компания Fecision проводит формальную оценку рисков продукта в начале каждой новой программы. Оценка охватывает соответствие экологическим требованиям, классификацию применения и условия контакта с телом — эти три фактора определяют, какие сертификаты материалов, средства контроля технологического процесса и требования к отслеживаемости применяются.
Стратегия выбора стали
Три различных типа стали для трех функциональных зон.
▲ Основание пресс-формы из стали S50C — прочное, экономичное, достаточное для пресса грузоподъемностью 100 тонн.
▲ Основная полость ствола SKD61 — класс H13, выбрана за термостойкость при многократных выстрелах из PA6 GF30 при температуре ствола 270–290 °C.
▲ Сердечник SKD11 — класс D2, обеспечивающий износостойкость от абразивных стекловолокон на поверхности канала, контактирующей с выталкивающей втулкой, более 200 000 циклов.
Расположение ворот и конструкция бегунков
Сопло горячеканальной системы входит в верхнюю грань геометрической формы детали.
Единственная зона нагрева поддерживает температуру расплава PA6 на уровне коллектора.
Подводные ворота (подводные/туннельные) автоматически срезаются при выбросе — это исключает этап ручного снятия ворот, который в противном случае добавил бы 3–5 секунд к каждому циклу.
Маршрутизация каналов охлаждения
Система охлаждения проходит через блоки полости (передняя часть формы) и стержня (задняя часть формы). Две пары входных/выходных отверстий подают охлаждающую жидкость в блок полости сбоку, а внутренние каналы расположены таким образом, чтобы поддерживать равномерное распределение температуры по всей цилиндрической области — наиболее толстому участку стенки и, следовательно, самой длинной зоне охлаждения.
Равномерное охлаждение в отверстии предотвращает неравномерную усадку, которая могла бы деформировать элемент диаметром 17 мм сверх допустимых значений.
Протокол контроля — OMM 2D и 3D
Ключевые габаритные положения контролируются с помощью измерительной системы VMS-3020 OMM с точностью обнаружения ≤0.002 мм. Используются как 2D (проецированный контур), так и 3D (облако точек поверхности) режимы — 2D для диаметров отверстий и резьбовых элементов, 3D для изогнутых наружных поверхностей корпуса, где применяются требования к плоскостности и параллельности.
Номер полости наносится на деталь со скоростью усадки 0.1 мм/мин, что обеспечивает отслеживаемость без влияния на поверхность посадки детали.
Размерные характеристики
& Показатели процесса
Количественные результаты анализа DFM и конструкции пресс-формы. В тех случаях, когда предлагаемые изменения DFM отличаются от исходного чертежа, указаны оба значения. «До» = требования исходного чертежа; «После/Предлагаемые» = рекомендованные или подтвержденные технологические возможности DFM.
| Параметр | Рисунок / Оригинал | DFM / Предлагаемый | Руководство |
|---|---|---|---|
| Допуск по ширине выступа (функция 5.5 мм) | ± 0.025 мм | ±0.025 мм (контролируемые значения) | — Остановка, отмечен риск |
| Длинные размеры, подверженные усадке | Согласно чертежу (в сжатом виде) | ±0.05 мм (предложенный) | ↗ Снижена надежность процесса |
| Удаление материала из зеленой зоны | Не определен | <0.05 мм/сторона | ✓ Определено в DFM |
| Удаление материала из розовой зоны | Не определен | <0.03 мм/сторона | ✓ Определена более узкая зона |
| Взаимосвязь поверхности штифта EJ | Заподлицо (0 мм) | Углубление 0 – -0.05 мм | ✓ Отсутствие выступа подтверждено |
| Номер полости, глубина | Не определен | 0.1 мм / мин | ✓ Установлен стандарт |
| Диаметр отверстия Ø17 | Ø17 -0/-0.1 мм | Проверено OMM 2D | ✓ Проверено в процессе эксплуатации с помощью OMM |
| Резьба M4×0.5 | GD&T согласно чертежу | 3D-сканирование поверхности OMM | ✓ Положение проверено в 3D |
| Точность системы контроля | Стандартная КИМ | VMS-3020 OMM ≤0.002 мм | ↗ Инструмент повышенной точности |
| Сброс отходов из канавки (система горячего литья) | Холодный заправщик (отходы на выстрел) | Быстрозажимная система — практически безотходное производство | ↗ Экономия материалов за цикл |
5 принципов повторного использования из проекта
Эти выводы применимы не только к данной конкретной детали — они представляют собой принципы, применимые к любой литьевой форме из полиамида, армированного стекловолокном, с жесткими требованиями к допускам и сложной геометрией направляющих.
Анизотропная усадка должна быть зональной, а не усредненной.
Полиамид GF30 не дает равномерной усадки во всех направлениях — выравнивание волокон вдоль пути потока уменьшает усадку на 30–50% по сравнению с поперечным направлением. Применение единого коэффициента усадки ко всей детали приводит к систематическим погрешностям в размерах. Разделите деталь на зоны в соответствии с ожидаемой ориентацией волокон и примените смещения, специфичные для каждого направления, к каждой области полости.
Снижение допусков перед резкой стали обходится дешевле, чем ECN после T1.
В ходе проектирования с учетом технологичности производства (DFM) были выявлены размеры, для которых первоначальный допуск ±0.025 мм был несовместим с технологическими возможностями литья под давлением PA6 GF30. Предложение о снижении допуска до ±0.05 мм на этапе DFM — до заказа стали — не влечет за собой никаких затрат. Аналогичное изменение, внесенное в качестве уведомления об изменении конструкции после этапа T1, влечет за собой затраты на переработку стали, задержку графика и повторный цикл производства первого образца.
Автоматическая система резки Sub-Gate исключает один этап ручной работы за цикл.
Выбор подводного (суб) литникового канала вместо бокового или краевого канала означает, что литник автоматически срезается во время извлечения. На двухгнездной пресс-форме, работающей, скажем, со скоростью 30 секунд в цикле, исключение 4-секундной операции ручного извлечения литника экономит примерно 9,600 операторских секунд на 1,000 циклов. Это суммируется при производстве миллионов деталей. Выбор типа литника — это решение, влияющее на производительность, а не только на качество.
Втулочные эжекторы защищают геометрию канала ствола от следов выброса гильз.
В цилиндрическом отверстии, сопрягаемом с прецизионным механическим компонентом, обычный выталкивающий штифт, расположенный на торце отверстия, создает выпуклую метку при каждом цикле. Втулочный выталкиватель — полый цилиндр, окружающий штифт и приподнимающий деталь снаружи отверстия, — распределяет усилие выталкивания по периметру отверстия, не создавая точечной метки. Это правильный выбор, когда отверстие плотно прилегает к другой прецизионной детали.
Для геометрических допусков и размеров (GD&T) ниже 0.05 мм необходим контроль OMM с точностью ≤0.002 мм.
На чертеже корпуса указаны геометрические допуски и размеры (GD&T), включая плоскостность 0.08 мм и параллельность 0.05 мм. Для статистической достоверности проверки этих параметров неопределенность измерительной системы должна быть как минимум в 5 раз ниже допустимого диапазона. Точность OMM ≤0.002 мм удовлетворяет этому требованию для допуска GD&T 0.05 мм (соотношение: 1:25). Обычная координатно-измерительная машина (CMM) с точностью 0.01 мм была бы недостаточной и ненадежной для данного применения.
Ваша история успеха может стать следующей!
Хотите получить такие же результаты для своего производства?
Свяжитесь со мной — давайте обсудим, чего мы можем достичь вместе.
