Projektowanie narożników

projektowanie narożników

Wpis “projektowanie narożników” będzie moim pierwszym wpisem w nowo utworzonej kategorii na temat projektowania wyprasek. Wiedza, którą chcę Wam przekazać powinna się przydać pracownikom konstruującym wypraski. Ustawiacz maszyn wtryskowych, inżynier i technolog również skorzysta. Ktoś może zapytać kiedy i w jakim celu? Odpowiedź jest prosta: najczęściej w przypadku zmagania się z deformacją i wypaczeniem ścianki na wyprasce 😉

Prawidłowo zaprojektowane części formowane metodą wtrysku charakteryzują się możliwie jednakową grubością ścianki, kątami zbieżności i zaokrąglonymi narożnikami. Projektowanie narożników w poprawny sposób ma dwie podstawowe funkcje:

  1. Poprawia przepływ stopu wokół naroża dzięki czemu możemy wypełnić gniazdo przy użyciu niższych ciśnień.
  2. Zmniejsza naprężenia powstające w wyprasce.

Zanim omówimy zasady projektowania narożników, odpowiemy sobie na pytanie jaki mają one wpływ na deformację ścianki.

Dlaczego ścianka się deformuje?

Podczas wtrysku wypełniamy formę uplastycznionym stopem o temperaturze często przekraczającej 230°C. W wyniku kumulacji ciepła w narożniku i tworzenia się węzłów cieplnych na stemplu formy zwiększa się miejscowy skurcz. Błędnie zaprojektowany narożnik jest podatny na kumulowanie ciepła. Dlaczego? Ponieważ grubość ścianki w narożniku jest większa niż grubość wypraski. O ile? W zdecydowanej większości grubość ścianki w błędnie zaprojektowanych częściach można opisać poniższym wzorem:

s′ = √2 × s ≈ 1,4 × s

Żebyś łatwiej mogła/mógł zrozumieć powyższy zapis to zobacz jak to wygląda na poniższym rysunku:

deformacja ścianki projektowanie narożników wypraski deformacja
Rysunek 1: Rozkład ciepła w narożniku wypraski (źródło: opr. własne).

Jeżeli teraz wyobrazisz sobie, że każdy kwadrat w grubości naszej ścianki oddaje ciepło do formy wtryskowej w kierunku stempla i matrycy to zauważysz, że:

  1. Kwadrat biały oddaje ciepło do formy wtryskowej tylko z jednego swojego boku. Mówimy wtedy o standardowym odbiorze ciepła.
  2. Kwadrat niebieski oddaje ciepło z dwóch swoich boków. Mamy tu do czynienia z intensywnym odbiorem ciepła.
  3. Kwadrat czerwony? Nie oddaje ciepła z żadnego swojego boku. To oznacza, że mamy do czynienia z kumulacją ciepła.

W związku z większą ilością ciepła jaką musimy odprowadzić z wypraski, która jest błędnie zaprojektowana w narożniku najczęściej wydłużamy czas chłodzenia. To niestety niesie za sobą konsekwencje w postaci obniżenia naszych zysków ze sprzedaży powyższego produktu.

Oprócz powyższej straty w czasie cyklu możemy mieć do czynienia z różnymi wadami wyprasek. Są to m.in deformacje, o których wspomniałem wcześniej oraz z jamami skurczowymi (Rysunek 2). Jeżeli chcesz się dowiedzieć więcej na temat wad to zachęcam do przeczytania tych wpisów 🙂

wady wyprasek jama skurczowa narożnik
Rysunek 2: Deformacja oraz jama skurczowa w narożniku (źródło: opr. własne).

Wady wyprasek, o których wspomniałem są w takich przypadkach trudne do usunięcia. To nie zmienia jednak faktu, że możemy je zmniejszać.

Jak próbować eliminować powyższą wadę za pomocą zmian parametrów? W zdecydowanej większości wyprasek możemy mieć wpływ na wielkość deformacji poprzez różnicowanie temperatur stempla i matrycy, a jeszcze lepiej kiedy mamy możliwość wyodrębnienia obiegu najbardziej zbliżonego do problematycznego obszaru. Dzięki tym zmianom wpływamy na temperatury Qw1 oraz Qw2 (Rysunek 1). Zmieniając te temperatury, zmieniamy szybkość chłodzenia konkretnych obszarów formy i tym samym zmniejszamy wielkość skurczów. Jednak nie zawsze można tą metodą uzyskać satysfakcjonujący efekt.

Zasady projektowania narożników

Najlepszą metodą na minimalizację deformacji oraz jam skurczowych będzie prawidłowy projekt narożnika. Zasada jest bardzo prosta. W celu eliminacji zgrubienia s` (Rysunek 1) należy tak zaprojektować narożnik, żeby odpowiadał on grubości ścianki s (Rysunek 1). W tym celu stosuje się promienie: większy na zewnątrz, mniejszy wewnątrz (Rysunek 3).

projekt narożnika zasady konstrukcji wypraski
Rysunek 3: Zalecana konstrukcja narożnika (źródło: opr. własne).

Dla grubości ścianki s zaleca się wykonanie promienia zewnętrznego R 1,5s oraz promienia wewnętrznego R 0,5s. Dzięki temu zmniejszymy efekt kumulacji ciepła oraz zmniejszymy naprężenia panujące w tym obszarze, co odwdzięczy się stabilną produkcją z mniejszym odpadem 🙂 Od razu podpowiem, że istnieją wypraski, w których nie ma najmniejszych szans powyższe zalecenie, to nie zmienia jednak faktu, że w zdecydowanej większości można je stosować 😉

Innym sposobem, ale również konstrukcyjnym jest taka budowa formy, która pozwoli na zwiększenie efektywnego odbioru ciepła z naroża. Przykładem może być przytoczone przeze mnie wydzielenie konkretnego obiegu chłodzącego newralgiczny obszar lub zastosowanie wstawek np. z brązu berylowego, które będą efektywniej odprowadzać skumulowane ciepło.

Podsumowując powyższy wpis mogę z pełną odpowiedzialnością powiedzieć, że nie wyczerpuje od wszystkich zasad projektowania narożników. Mam jednak nadzieję, że wyjaśni Ci powody powstawania jednego z rodzajów deformacji oraz umożliwi zweryfikowanie, czy czasem to nie błędna konstrukcja wyrobu jest powodem Twoich problemów 😉

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *