Le parti dello stampo non sono così misteriose una volta smontati alcuni strumenti per la riparazione. Il nucleo costituisce la superficie interna, la cavità costituisce l'esterno e tutto il resto è lì solo per supportare questi due pezzi o spostare le cose. Ma i dettagli diventano confusi a seconda di cosa stai modellando e di quanto tempo deve durare lo strumento.
L'acciaio P20 è quello utilizzato dalla maggior parte dei negozi domestici per gli utensili per uso generale. Costa circa $ 5,40/libbra da Castle Metals quando ne abbiamo ordinati 1800 libbre nel marzo 2024. È pre-indurito a 30 HRC in modo da poterlo lavorare senza trattamento termico, risparmiando settimane fuori programma. Per una base di stampo di medie-dimensioni, forse 18"x24", occorrono 400-500 libbre di acciaio solo per i blocchi del nucleo e della cavità.
L'H13 costa di più e le macchine sono più lente ma ottieni una migliore resistenza all'usura. Lo utilizziamo solo quando il cliente utilizza materiali riempiti di vetro-o desidera una durata di ciclo di oltre 200.000. La durezza dopo il trattamento termico è di circa 50 HRC contro 30 per P20, il che significa utensili in metallo duro e avanzamenti più lenti. L'elettroerosione diventa necessaria per qualsiasi lavorazione fine perché non è possibile fresare l'acciaio temprato in modo efficiente.
I perni di espulsione sembrano semplici finché non lo sono
Gli estrattori rotondi standard di Progressive Components costano forse $ 8-12 ciascuno a seconda del diametro. Il problema non è il costo, ma farli funzionare in modo affidabile per decine di migliaia di cicli senza irritare la canna.
L'anno scorso abbiamo realizzato uno strumento per i perni di espulsione - 32 dei rivestimenti interni delle automobili perché la parte aveva una geometria complessa. Dopo 8.000 cicli, sei perni si bloccavano in modo intermittente. Ho strappato lo stampo e ho trovato segni di usura sugli alberi dei perni nel punto in cui scorrevano attraverso la piastra di espulsione. La finitura del foro era di 32 Ra quando avrebbe dovuto essere di 16 Ra o migliore. Dipende da noi se non lo prendiamo durante l'accettazione dello stampo.
Risolto il problema estraendo tutti i perni, lucidando i fori a 12 Ra e installando perni nitrurati. I perni nitrurati costano circa $ 14 ciascuno contro $ 9 per quelli standard, ma la durezza superficiale sale a 65 HRC. Lo strumento ha eseguito altri 40.000 cicli prima di riscontrare eventuali problemi.
Gli espulsori a lama sono diversi - stai utilizzando l'elettroerosione a filo con una forma personalizzata invece di utilizzare materiale rotondo. Dura un'eternità e costa di conseguenza. Realizzato un set per un alloggiamento della batteria che costava $ 2.100 in tempo di lavorazione quando i perni rotondi sarebbero stati forse $ 400 in totale. Ma gli spilli rotondi non avrebbero funzionato con le nervature profonde in quella parte.
I canali di raffreddamento contano molto più di quanto si pensi
Il tempo del ciclo è fondamentalmente controllato dalla velocità con cui puoi raffreddare la parte. Abbiamo misurato questo valore su un alloggiamento in polipropilene con spessore della parete di - 8 mm, temperatura dello stampo di 180 gradi F. Con le linee di raffreddamento da 3/8" di diametro distanziate di 1,2" dalla superficie della cavità, il tempo di raffreddamento è stato di 38 secondi. Spostate le linee a una spaziatura di 0,7 pollici e ridotte a 26 secondi.
Quella riduzione di 12 secondi non sembra molto finché non si eseguono 500.000 parti all'anno. Risparmia circa 1.660 ore di tempo di stampa all'anno, che a una tariffa macchina di $ 65/ora equivale a oltre $ 100.000 in costi di produzione ridotti. Tuttavia, la riprogettazione della linea di raffreddamento ha aggiunto solo forse 3.500 dollari al costo dell’utensile.
Il raffreddamento conformato utilizzando inserti per stampi stampati in 3D può ridurre di un altro 20-30% il tempo di raffreddamento, ma pagherai $ 95-115 per pollice cubo di materiale stampato. Abbiamo effettuato un'analisi dei costi per uno stampo per dispositivi medici: l'inserto stampato sarebbe costato $ 18.000 contro $ 4.000 per il raffreddamento tradizionale forato. Il rimborso è stato di 14 mesi per il loro volume di produzione, quindi l'hanno ignorato.
Le centraline di termoregolazione sono un'altra cosa. Quelli economici provenienti dalla Cina costano $ 1.800-2.500 e hanno una pessima stabilità della temperatura: abbiamo misurato una variazione di ±8 gradi F su un'unità. Le unità Thermal Care costano $ 6.500-9.000 ma mantengono ± 1 grado F. Per le resine tecniche per cui la precisione della temperatura dello stampo è importante, vale la pena pagare.
La portata attraverso i canali di raffreddamento deve raggiungere un flusso turbolento - numero di Reynolds superiore a 4000 circa. Abbiamo testato questo con diverse pompe su uno strumento - a 2 GPM attraverso linee da 3/8", il flusso era laminare e il raffreddamento era risucchiato. L'abbiamo portato a 5 GPM e le temperature si sono stabilizzate. Passare a 8 GPM non ha aiutato molto di più, ha solo sprecato capacità della pompa.
Tipi di cancelli e il caos che causano
I cancelli sui bordi lasciano un segno visibile che necessita di essere tagliato. Semplice da lavorare, ma stai pagando qualcuno per tagliare manualmente le parti o impostare un dispositivo di rifilatura. Per le parti industriali non interessa a nessuno, per i prodotti di consumo è inaccettabile.
I cancelli del sottomarino si staccano durante l'espulsione, quindi non è necessario alcun taglio manuale. Il canale del cancello crea tunnel sotto la superficie del pezzo con uno sformo di 5-7 gradi. Quando l'angolo di sformo è sbagliato o il diametro del cancello è sovradimensionato, il cancello non si taglia in modo netto e si forma materiale strappato nella posizione del cancello.
Se ciò fosse accaduto su una parte estetica dell'alloggiamento, - il cancello era stato specificato con un diametro di 0,060" ma è stato lavorato a 0,072" perché qualcuno ha letto male il disegno. Le parti risultavano con cicatrici ruvide sul cancello che non soddisfacevano le specifiche estetiche. Ci è voluto un giorno intero per rielaborare l'area del cancello e testare gli scatti prima di tornare alle specifiche.
I canali caldi eliminano completamente gli sprechi, ma spendi $ 18.000-30.000 per un sistema collettore per uno strumento a 4 cavità. La manutenzione è costante: gli ugelli si intasano, le termocoppie si guastano, le fasce riscaldanti si bruciano. Prevediamo un budget di $ 1.500-2.500 all'anno per le riparazioni dei canali caldi su strumenti moderatamente complessi.
Alcuni materiali non funzionano affatto nei canali caldi. Una volta abbiamo provato a far passare il PVC in un canale caldo - un'idea pessima. Il materiale si degrada a temperature elevate e si ottiene la fuoriuscita di HCl che corrode tutto. Alla fine sono stato riconvertito al canale freddo nonostante lo spreco di materiale.
Gli otturatori a valvola ti offrono un controllo preciso, ma ogni gruppo perno della valvola costa $ 1.800-2.400. Per uno strumento a 8-cavità costa quasi $ 20.000 solo per l'hardware del cancello, in più è necessaria l'attuazione idraulica o pneumatica. Ha senso solo per le applicazioni-di fascia alta in cui l'estetica del cancello e la coerenza tra uno scatto e l'altro sono fondamentali.
Le azioni collaterali falliscono secondo schemi prevedibili
I perni angolari tirano indietro le diapositive quando lo stampo si apre. L'angolo standard è di 18 gradi dalla verticale - più ripido e si ottengono carichi laterali eccessivi, meno profondi e il perno deve essere troppo lungo. Usiamo un intervallo di 15-20 gradi a seconda dei vincoli di spazio.
I perni falliscono dove il diametro cambia - come passando da 0,500" a 0,375" di diametro. Il raggio di transizione acuto crea una concentrazione di stress e si verificano rotture per fatica dopo 25k{9}}40k cicli. Un lotto di perni angolari si è guastato dopo 32.000 cicli su uno strumento in nylon riempito di vetro. Modificato il raggio di transizione da 0,020" a 0,080" e nitrurati i perni, risolvendo il problema.
Le piastre antiusura sotto le guide devono essere sostituite ogni 60.000 cicli circa. Il PTFE-riempito in bronzo è il materiale standard - costa circa $45-65 per piastra a seconda delle dimensioni di Misumi. La sostituzione richiede forse 90 minuti se progettato per la manutenzione. Alcuni strumenti hanno le piastre antiusura interrate dove sono necessarie 4 ore di smontaggio per accedervi. Cattivo design.
Il nucleo idraulico tira saltando completamente il perno angolare - il cilindro idraulico spinge semplicemente il nucleo dentro e fuori. Maggiore flessibilità nella direzione di attuazione e possibilità di utilizzare nuclei più grandi. Il cilindro costa $ 1.400-2.200 a seconda della dimensione dell'alesaggio e della lunghezza della corsa. La maggior parte delle macchine per lo stampaggio sono dotate di impianto idraulico ausiliario in grado di gestire 2-3 nuclei, oltre a ciò è necessaria un'unità di alimentazione esterna.
Lo sfiato viene ignorato finché non si presentano segni di bruciatura
L'aria intrappolata si comprime durante l'iniezione e si riscalda fino a 700-800 gradi F, bruciando la plastica e lasciando segni neri. Gli sfiati standard sono profondi 0,0008-0,0012 pollici sulla linea di giunzione: abbastanza profondi per l'aria ma troppo superficiali perché la plastica possa passare attraverso.
In pratica, gli sfiati si intasano a causa del rilascio dello stampo e della resina degradata. Li pulisci settimanalmente con spazzole di ottone o sabbiatura. Occorrono circa 30 minuti per stampo se le prese d'aria sono accessibili, più tempo se sono sepolte in un'area di chiusura complicata.
I tappi di ventilazione porosi costano $ 95-140 ciascuno, ma funzionano molto meglio delle prese d'aria lavorate in punti ristretti. Il metallo sinterizzato è poroso su una scala di 25-30 micron, quindi il gas fuoriesce ma la plastica non può penetrare. Li inseriamo in aree con nervature profonde o geometrie complesse dove la ventilazione convenzionale non funziona.
Alcuni costruttori utilizzano l'ablazione laser per la micro-ventilazione ora - brucia canali profondi 0,0003-0,0006" che sono meno soggetti a lampeggiare. Non l'abbiamo provato noi stessi perché non disponiamo di apparecchiature laser. Probabilmente dobbiamo svolgere attività aerospaziali o mediche per giustificare tale investimento.
Quando i componenti economici ti rovinano la giornata
Ho acquistato una volta i perni di ritorno dell'espulsore scontati per risparmiare $ 180 sulla costruzione di uno strumento. I pin misuravano 36 HRC invece del minimo specificato di 48 HRC. Dopo 4.200 cicli le teste dei perni si sono allargate come funghi e si sono incastrate nella piastra di espulsione. Muffa bloccata completamente.
Ho dovuto smontare tutto, sostituire tutti e sei i perni di ritorno con unità di durezza adeguate e pulire i fori danneggiati della piastra di espulsione. Persi tre giorni di produzione e bruciati 1.800 dollari in lavori di riparazione di emergenza. Questo è ciò che accade quando risparmi $ 30 di componenti.
I perni guida e le boccole controllano l'allineamento dello stampo. Il gioco standard è di 0,0007-0,0010" diametrale per un funzionamento regolare senza pendenza. Forniamo perni guida rivestiti diamantati-di DME a $ 135 ciascuno per utensili che utilizzano materiali abrasivi: durano forse 6-8 volte di più dei perni non rivestiti.
Le boccole del canale di colata di Strack o Hasco costano $ 80-120 ciascuna, a seconda del raggio della punta e del diametro del cancello. Il raggio in cui il canale di colata incontra l'ugello è importante: troppo acuto può causare concentrazione di stress ed eventuali rotture. Utilizziamo un raggio minimo di 0,500" sugli utensili a canale freddo, più grande per i collettori a canale caldo.
Lo stampaggio degli inserti diventa complicato
Gli inserti metallici necessitano di un posizionamento preciso - anche un disallineamento di 0,015" può causare problemi dimensionali. I perni di posizionamento caricati a molla- mantengono l'inserto contro le superfici di riferimento durante la chiusura dello stampo. I perni costano circa $ 25-40 ciascuno da Misumi o Fibro, componente piuttosto standard.
La ritenzione dell'inserto dipende dall'incastro meccanico. La zigrinatura sugli inserti cilindrici in ottone migliora la forza di estrazione del 35-40% rispetto agli inserti lisci in base ai test effettuati in nylon 6/6. La zigrinatura a diamante funziona meglio della zigrinatura diritta perché ottieni una superficie maggiore.
Abbiamo realizzato un progetto di sovrastampaggio in cui il primo colpo di ABS necessitava di 5 ore di esposizione atmosferica prima del secondo colpo di TPE. Qualcosa sulla stabilizzazione delle dimensioni prima del sovrastampaggio - l'ingegnere non l'ha spiegato bene ma è quello che ha consigliato il fornitore di resina. Ciò significava che avevamo bisogno di scorte di buffer e di spazio sugli scaffali, il che complicava la pianificazione della produzione.
Gli stampi a due-stampi evitano il problema dell'inventario eseguendo entrambi gli stampi in un unico ciclo. Lo stampo ruota o indicizza tra le stazioni. Ma il costo degli utensili sale a 45.000-65.000 dollari contro i 12.000-18.000 dollari per lo stampaggio sequenziale. Ha senso solo a volumi davvero elevati.
Perché gli utensili in alluminio hanno ancora un posto
Macchine per l'alluminio 4 volte più veloci dell'acciaio per utensili. Una cavità che impiega 28 ore per essere fresata in H13 richiede forse 7 ore in alluminio QC-10. A una tariffa di negozio di $ 90 l'ora sono soldi seri.
Il problema è la durata dell'utensile - l'alluminio è valido per 8.000-12.000 cicli a seconda della resina e delle condizioni. Va bene per la prototipazione o l'attrezzatura per ponti, ma non è possibile eseguire volumi di produzione. L'alluminio QC-10 costa circa $ 9,50/libbra contro $ 5,40 per l'acciaio P20, quindi il costo del materiale è più elevato ma i risparmi di lavorazione lo compensano ampiamente.
Alcuni costruttori utilizzano cavità in alluminio con anime in acciaio e inserti per cancelli. Lo abbiamo fatto per una produzione di 35.000 pezzi - risparmiando circa $ 6.500 in costi di attrezzatura rispetto alla-struttura interamente in acciaio. La cavità in alluminio si è consumata dopo circa 32.000 cicli e necessitava di una lucidatura minore, ma è riuscita a superare il ciclo.
Il Kirksite è persino più economico dell'alluminio, ma non l'ho mai visto utilizzato per lo stampaggio a iniezione. Forse per applicazioni a bassa-pressione ma non per iniezione standard.
Aggiunta suggerita per la fine dell'articolo
Se ti stai approvvigionandoParti per stampaggio ad iniezionee vuoi evitare i grattacapi di cui abbiamo parlato qui, trova un negozio che comprenda effettivamente i fondamenti degli utensili. Preventivi economici non significano nulla quando lo stampo si rompe dopo 15.000 cicli perché qualcuno ha utilizzato componenti spazzatura o ha saltato un'adeguata ventilazione.