Возможно, вы уже это видели. Изделие выглядит превосходно в CAD-файле, но в реальности детали выглядят как брак. Это потому, что пластик живет своей собственной жизнью. Он «дышит», сжимается и сопротивляется. Инженеры, понимающие допуски литья под давлением, могут предвидеть эти изменения и проектировать с учетом этих факторов.
Допуск — это язык высокоточной обработки. Это не рекомендация. Каждая десятичная точка на чертеже — это обещание, которое необходимо соблюдать на протяжении миллиона циклов и всего срока службы детали.
Что такое допуски при литье под давлением?
Допуск при литье под давлением — это допустимое отклонение от размеров детали. Это значение, выражаемое плюсом или минусом, часто измеряемое в миллиметрах или дюймах.
Например, если в CAD-файле указан диаметр 100 мм, допуск 0.05 мм позволяет определить, будет ли деталь по-прежнему хорошо подходить и функционировать при диаметре 100.05 или 99.95 мм.
Допуски могут быть жесткими или высокоточными. В общем, жесткий допуск составляет приблизительно плюс-минус 0.05 мм. Это приемлемо для соединительных приспособлений.
Высокоточный допуск составляет приблизительно плюс-минус 0.025 мм. Это требование предъявляется к критически важным деталям в аэрокосмической или медицинской отраслях.
При допусковых значениях необходимо учитывать:
- Различия в партиях материалов
- Изменения температуры охлаждающей воды
- Износ инструмента по линиям разъема
Идеального производства не существует. Размеры детали всегда будут естественным образом отличаться от первоначального проекта.
Чем жестче допуск, тем выше стоимость производства. Чем свободнее допуск, тем менее надежной будет работа детали.
Целью допусков при литье под давлением является установление максимально широких размерных пределов, в пределах которых деталь может функционировать на 100% эффективно и изготавливаться быстро.
Почему допуски так важны?
Допуски гарантируют корректную работу деталей. В реальных условиях эксплуатации допуски напрямую влияют на безопасность, эффективность работы и общую стоимость владения.
Даже небольшое отклонение хирургического компонента всего на несколько десятых миллиметра может привести к неудаче медицинской процедуры и поставить под угрозу жизнь пациента. Слишком слабое крепление автомобильного зажима может вызвать опасное короткое замыкание.
Частые механические поломки из-за неправильно подобранных деталей приводят к дорогостоящим простоям и увеличивают затраты на техническое обслуживание.
Когда деталь изготавливается с соблюдением надлежащих допусков, она демонстрирует лучшие эксплуатационные характеристики, служит дольше и обходится дешевле в производстве.
Типичные допуски для деталей, изготовленных методом литья под давлением.
| Сектор промышленности | Примеры деталей | Типичный допуск (мм) |
| Мед | Хирургические клапаны и дозирующие инструменты | ± 0.01 – 0.05 |
| Электроника | Микроразъемы и лотки для SIM-карт | ± 0.02 – 0.05 |
| Аэрокосмическая индустрия | Корпуса и уплотнения авионики | ± 0.020 – 0.050 |
| Косметика | механизмы поворота помады | ± 0.030 – 0.080 |
| Автомобильная | Топливные форсунки и датчики | ± 0.050 – 0.100 |
| Промышленное | Высоконагруженные шестерни и подшипники | ± 0.080 – 0.125 |
| Упаковка | Герметичные крышки для бутылок | ± 0.100 – 0.150 |
| Бытовая Техника | Чехлы для телефонов и ноутбуков | ± 0.125 – 0.200 |
| Игрушки | Конструкторы и фигурки героев | ± 0.10 – 0.5 |
| Предметы домашнего обихода | Контейнеры для хранения и корзины для белья | ± 0.5 мм или больше |
Почему тугое — не всегда лучше
В вопросах допусков существует распространенное заблуждение. Суть в том, что «запрашивая самые жесткие допуски при литье под давлением, мы можем гарантировать превосходные результаты».
Это хвост виляет собакой. Не указывайте допуск, который был бы жестче, чем термическое расширение или сжатие смолы. В противном случае деталь выйдет из строя при каждом изменении погоды.
Максимальная точность обеспечивается за счет механической свободы. Это интуитивно понятная геометрия, позволяющая использовать широкий диапазон расширения и сжатия, гарантируя при этом высочайшую производительность и надежность в различных условиях эксплуатации.
Типы допусков при литье под давлением
Допуски на размеры
Допуск на размеры — это допустимое отклонение длины, ширины и диаметра детали, обеспечивающее бесперебойную работу.
Геометрические размеры и допуски позволяют производителям контролировать деформацию, выравнивание и округлость деталей, предназначенных для установки и функционирования в трехмерном пространстве.
Пластик расширяется и сжимается неравномерно, поэтому конструкторы и инженеры, используя моделирование потока расплава, задают разные допуски для деталей по осям X, Y и Z.
Допуски на размеры включают коммерческие и точные допуски, регулируемые стандартами ISO 20457 и DIN 12020-2 [1].
В обоих случаях допустимый допуск увеличивается с увеличением номинального размера детали.
| Группа по контролю размеров | Диапазоны допусков (мм) | Примеры приложений |
| TG3 | 0.03- 0.15 | Микроэлектроника, аэрокосмическая отрасль |
| TG4 | 0.04 – 0.20 | Медицинская, аэрокосмическая, высокотехнологичная электроника |
| TG6 | 0.07- 0.57 | Товары для дома, потребительские товары, упаковка, автомобильная отделка |
| TG9 | 0.50 – 1.50 | Тяжелая промышленность, строительство |
В производстве потребительских товаров стандартные допуски на размеры составляют плюс-минус 0.07–0.57 мм. Этот диапазон соответствует требованиям TG6.
При высоких допусках на размеры, необходимых в сложных механических узлах, где детали должны защелкиваться на месте, диапазон составляет от 0.03 до 0.20 мм (TG4).
Допуски прямолинейности и плоскостности
Допуски на прямолинейность и плоскостность определяют внешнюю форму деталей.
Если вы достаточно долго работаете в этой сфере, вы понимаете, что дифференциальная усадка — неизбежная часть процесса литья пластмасс под давлением . Внешняя сторона детали часто остывает быстрее, чем сердцевина, и по мере охлаждения сердцевины она растягивает поверхность, вызывая неровности.
Однако для обеспечения герметичности, предотвращения протечек и надежной сборки необходима равномерная плоскостность. Поэтому требуется точная прямолинейность и допуски на плоскостность.
Допустимые диапазоны прямолинейности и плоскостности определяются длиной детали, как подробно описано в стандартах ISO 1101 и ISO 20457 [2].
Допустимое отклонение прямолинейности и плоскостности увеличивается с увеличением длины поверхности.
| Группа допусков на плоскостность/прямолинейность | Диапазон допуска (мм) | Примеры приложений |
|---|---|---|
| TG3 | ± 0.05 – 0.10 | Аэрокосмическая, медицинская |
| TG4 | ± 0.20 – 0.40 | Автомобилестроение, электроника |
| TG5 | ± 0.50 – 1.00 | Игрушки, упаковка потребительских товаров |
Допуски по диаметру и глубине отверстий
Эти допуски контролируют размер и глубину отверстий в формованной детали и определяют, как деталь взаимодействует с крепежными элементами, штифтами и каналами для жидкости.
Допуски по диаметру и глубине составляют от ± 0.03 до 0.1 мм в зависимости от номинального размера детали.
Эти размеры также регулируются стандартом ISO 20457, но их сложнее поддерживать из-за особенностей течения пластика вокруг стержня.
При колебаниях температуры сварочные швы образуют плоское пятно. Пластик должен хорошо срастись, чтобы отверстие оставалось в пределах допустимых отклонений.
Допуски на концентричность и овальность
При изготовлении трубы с внутренней и внешней стенкой желательно, чтобы толщина стенки была одинаковой по всей окружности. Это называется концентричностью, и такие допуски помогают минимизировать отклонения.
Оваличность показывает, насколько идеально круглая форма детали. Например, если пластиковая крышка от бутылки слишком овальная, она не будет плотно прилегать. Допуски на овальность направлены на улучшение равномерности радиуса за счет предотвращения неравномерности при охлаждении.
| Тип допуска | Группа допусков (ISO 20457) | Типичный допуск | Примеры приложений |
| округлость (Овалитность) | TG4 | ±0.03 мм | Высокоскоростные рабочие колеса или лопатки турбин. |
| TG6 | ±0.15 мм | Пластиковая крышка от бутылки или стандартный трубный фитинг | |
| концентричность | TG4 | ±0.05 мм | Медицинские шприцы с двойной дозой или зубчатые механизмы. |
| TG6 | ±0.20 мм | Батарейные отсеки или простые корпуса ручек. |
Допуски и суммирование допусков
Возможно, проще добиться и поддерживать индивидуальные допуски при литье под давлением. Но настоящая проблема начинается, когда несколько деталей соединяются вместе в процессе сборки.
Небольшие допустимые отклонения могут накапливаться и превращаться в большие недопустимые ошибки. Это называется накоплением допусков. Это одна из основных причин отказов продукции.
Решение? Перед изготовлением оснастки проведите тщательный анализ наихудшего сценария или статистический анализ накопления допусков. Эти сценарии позволяют определить оптимальные допуски для отдельных деталей, необходимые для предотвращения отказов, связанных с накоплением допусков.
Стандарты ASME Y14.5 и ISO 1101 [3] требуют, чтобы допуски на пакетную сборку учитывали как размерные, так и геометрические (формовые/позиционные) отклонения.
Факторы, влияющие на допуски при литье под давлением
| фактор | Как это влияет на толерантность | |
| Дизайн детали | толщина стенки | Однородные стенки обеспечивают стабильные допуски. |
| Углы уклона | Большие углы наклона исключают риск деформации поверхности детали во время выталкивания. | |
| Сложность детали | Детали сложной конструкции сложнее поддаваться допусковой точности из-за наличия «мертвых зон». | |
| Выбор материала | Кристаллический против аморфного | С кристаллическими пластмассами (например, нейлоном) сложнее поддерживать заданные допуски, поскольку они дают гораздо большую усадку, чем аморфные пластмассы (например, АБС-пластик). |
| Коэффициенты усадки кристаллических пластмасс (%) | PEEK 1.2 – 1.5 POM (ацетал) 1.8 – 3.5 PA 66 (нейлон 6/6) 0.7 – 3.0 PP 1.0 – 3.0 HDPE 1.5 – 4.0 | |
| Коэффициенты усадки аморфных пластмасс (%) | ПК 0.5 – 0.8, АБС 0.4 – 1.6, ПММА 0.1 – 1.0, ПС 0.1 – 0.8, ПВХ 0.1 – 0.6 | |
| коробления | Различные участки детали сжимаются с разной скоростью. | |
| Термическое расширение | Пластмассы расширяются и сжимаются при изменении температуры в процессе обработки или в процессе эксплуатации, что, по сути, изменяет допуски. | |
| Рекомендации по инструментам | Качество оснастки | Инструмент класса 101 обладает большей термической стабильностью. |
| Точность обработки инструмента | Формы должны быть изготовлены с более жесткими допусками, чем сами детали. | |
| Несоответствие линии разъема | В месте соединения двух половин формы может наблюдаться небольшое смещение. | |
| Контроль над процессом | Поддержание параметров впрыска. | Разделите давление упаковки и давление наполнения, чтобы минимизировать растяжение. Поддерживайте стабильную температуру расплава и температуру охлаждения для обеспечения точности размеров. |
| Взаимодействие множества компонентов и допусков | Если соединяются две или более деталей, то индивидуальные допуски увеличиваются в несколько раз. |
Важные заметки
1. Используйте равномерную толщину стенок. Если одна сторона вашей детали имеет толщину 3 мм, а другая — 5 мм, то результат допуска будет неблагоприятным.
2. Используйте уклон в 1–3 градуса (в зависимости от качества обработки поверхности) для получения бесшовных поверхностей деталей.
3. После извлечения детали необходимо подождать 24 часа, прежде чем измерять допуски. Пластик снимает напряжение, возникшее в процессе литья, за счет усадки или деформации.
4. Используйте конструкцию, обеспечивающую высокую точность изготовления, с учетом требований к прочности стали. Оставьте немного лишнего металла в полостях пресс-формы. Если деталь получится слишком маленькой, можно сточить излишки стали.
5. В любой сборке желательно, чтобы все детали были изготовлены из одних и тех же групп материалов, чтобы они расширялись и сжимались с одинаковой скоростью.
6. При литье с закладными элементами или литье с наплавкой используйте чрезвычайно жесткие допуски для первой детали, чтобы во второй детали не образовался облой.
Международные стандарты и правила допустимых отклонений
ISO 20457: 2018
ISO 20457:2018 — это самый современный стандарт допусков, заменивший DIN 16901 и DIN 16742.
Стандарт ISO 20457:2018 разделяет точность производства на группы допусков.
В число групп допусков ISO 20457:2018, которые применяются непосредственно к литью под давлением, входят:
- TG1–TG3 для деталей сверхвысокой точности
- TG4 для высокоточных деталей
- TG5 — это базовый (стандартный) уровень точности в приложениях.
- TG6 (для крупных деталей), где допустимы свободные допуски.
- TG7–TG9 (для очень грубых деталей), где скорость усадки высока или непредсказуема.
Для получения более подробной информации обратитесь к нашим начальным таблицам в разделе «Типы допусков при литье под давлением».
DIN 16901
Стандарт DIN 16901 с тех пор был отменен. Однако он по-прежнему широко используется в Германии и ориентирован на общие допуски. Этот стандарт предлагает очень простой способ отнесения материалов к конкретным категориям допусков, известным как серии.
Серия 3 предназначена для применения с ультравысокими допусками, серия 2 — для точности, а серия 1 — для стандартных коммерческих допусков. В этом стандарте используется вторая разбивка, которая предоставляет фактические допустимые числовые отклонения в мм и номинальные диапазоны [4].
| Номинальный диапазон (мм) (размеров деталей) | Тип А (± мм) | Тип B (± мм) |
| 0 – 1 | 0.18 | 0.08 |
| 1 – 3 | 0.19 | 0.09 |
| 3 – 6 | 0.20 | 0.10 |
| 30 – 40 | 0.30 | 0.20 |
| 90 – 120 | 0.51 | 0.41 |
| 315 – 400 | 1.30 | 1.20 |
Отклонения типа B относятся к деталям, расположенным в одной половине стального блока, а отклонения типа A — к подвижным частям в пресс-форме.
стандартами качества ISO 8062
Стандарт ISO 8062-1:2007 определяет термины, используемые для обозначения допусков, в частности, геометрические характеристики изделий, касающиеся плоскостности и округлости деталей.
В стандарте ISO 8062-3:2007 указаны необходимые допуски на размеры (DCTG) и геометрические допуски (GCT) для формованных деталей.
В соответствии с этим стандартом, допуски при литье под давлением варьируются от DCTG 4 до DCTG 8 для стандартной точности.
Для ответственных компонентов допуски на высокоточные соединения варьируются от DCTG 1 до DCTG 3. На эти диапазоны влияют индивидуальные показатели усадки материала.
Методы и инструменты для измерения допусков
Допуски при литье под давлением измеряются с помощью координатно-измерительных машин (КИМ) и оптических компараторов.
Координатно-измерительная машина использует зонд для трехмерного отображения поверхности детали с субмикронной точностью.
Эти методы также можно комбинировать с автоматизированными системами машинного зрения. Они фотографируют детали в момент их извлечения из формы и передают изображения в системы машинного обучения и искусственного интеллекта, которые мгновенно проверяют и подтверждают размеры.
Передовые методы достижения жестких допусков при литье под давлением
Дизайн для технологичности (DFM)
Начинайте устанавливать допуски на ранней стадии проектирования. 20-минутная беседа о допусках во время проектирования с учетом технологичности производства может сэкономить вам десятки тысяч долларов на доработках деталей в дальнейшем.
Основная цель DFM в проектировании и производстве допусков — найти оптимальное отклонение, при котором деталь будет максимально свободной для быстрого и экономичного производства, и в то же время максимально плотной для надежной посадки и производительности.
В процессе проектирования с учетом технологичности производства это делается следующим образом:
- Оптимизация равномерности толщины стенок
- Выбор смол, обеспечивающих большую стабильность размеров.
- Использование расположения литниковых каналов и линий разъема, минимизирующих сварочные швы и обеспечивающих равномерное заполнение полости.
- Снижение допустимых отклонений для некритических размеров до стандартных допусков.
EzraMade
Проектирование для литья под давлением: практическое руководство по DFM (проектированию с учетом технологичности).
Понимание окружающей среды
При определении допусков учитывайте условия эксплуатации детали. Пластик имеет высокий коэффициент теплового расширения, поэтому ваша деталь может идеально собраться в лаборатории при температуре 60°F (15°C), но выйти из строя на складе при температуре 110°F (43°C).
- Всегда применяйте коэффициент теплового расширения материала к сумме допусков.
- Если вы работаете со смолами, которые впитывают влагу, например, с нейлоном, используйте форму большего размера.
- Смоделируйте и спрогнозируйте, как ультрафиолетовое излучение, химические вещества и чистящие средства могут повлиять на прямолинейность, плоскостность или округлость деталей.
Анализ потока в пресс-форме
Это этап, предшествующий резке стали. Анализ потока расплава в пресс-форме использует программное обеспечение, которое помогает увидеть, как пластик будет заполнять форму и где могут возникнуть линии сварки, деформация или другие проблемы.
Используйте анализ потока расплава, чтобы скорректировать допуски в виртуальном мире, прежде чем потратить хоть копейку на реальную сталь:
- Изменить местоположение ворот
- Отрегулируйте расположение каналов охлаждения.
- Размеры полости пресс-формы переключателя
- Добавьте вентиляционные отверстия в местах, где воздух, по-видимому, сжат.
Автоматизация
Использование робототехники исключает человеческие ошибки, благодаря чему каждый цикл выполняется идентично. Это обеспечивает исключительную стабильность при жестких допусках в таких критически важных отраслях, как медицина и аэрокосмическая промышленность.
Робототехника может быть использована в системах управления технологическими процессами с обратной связью для автоматической регулировки давления и температуры в соответствии с заданными допусками. Она также может помочь в прецизионном удалении деталей и интегрированном визуальном контроле.
Плановое техническое обслуживание и проверки качества
Поддержание пресс-формы и оборудования в исправном состоянии предотвращает отклонение допусков. Для предотвращения повышения избыточного давления необходимо вручную очистить полость пресс-формы и удалить остатки смолы из вентиляционных отверстий.
Регулярно заменяйте уплотнения и уплотнительные кольца, чтобы предотвратить падение давления и скачки температуры, которые негативно сказываются на стабильности размеров.
Регулярно проверяйте наличие размывания в местах соединения литников и разъемов, чтобы убедиться в отсутствии эрозии стали. Аналогичным образом, убедитесь, что термопары машины точно отражают температуру, чтобы предотвратить изменение вязкости.
Заключение
Допуски — это гораздо больше, чем просто предотвращение отклонений размеров. Лучший допуск не обязательно самый жесткий. И это число — не просто цифра в файле САПР. Это значение, которое обещает две вещи, которые почти всегда противоречат друг другу: простоту изготовления и высочайшую производительность детали. Его трудно достичь, обеспечивая, чтобы проектирование, металлургия, материаловедение и физика обработки никогда не расходились в любом заданном цикле.
Частые вопросы (FAQ)
Наивысший допуск, достижимый при литье под давлением, обычно составляет около ±0.01 мм (0.0004 дюйма) при строго контролируемых условиях производства.
Конструкция стального сейфа позволяет максимально использовать металл и уменьшить количество пластика. Извлечь металл из полости пресс-формы легко, но добавить его в форму сложно. Поэтому полость пресс-формы намеренно делают немного меньше, чтобы отформованная деталь получалась немного большего размера. Затем инженеры могут удалять сталь из пресс-формы, постепенно достигая конечных целевых размеров.
Потому что пластик оказывает сопротивление. Со временем деталь снимет напряжение или давление, возникшее во время формования, и это можно заметить по усадке или деформации после формования. Поэтому инженеры всегда должны ждать 24-48 часов после формования, прежде чем измерять допуски, чтобы избежать ложных срабатываний.
источники:
- СКРИБД: Обзор допусков DIN ISO 20457 TG6
- ISO/DIS 20457(en): Литые пластмассовые детали — Допуски и условия приемки
- Ежеквартальный отчет CMM: Основные различия между геометрическими допусками и размерами по стандартам ASME и ISO.
- Молд Хаусс: Допуски для пластмасс DIN.16901-130
