DFM pràctic en col·locació a pressió: estratègies per a cost i qualitat

TL;DR

El disseny per a la fabricabilitat (DFM) en l'emmotllament per injecció és una pràctica d'enginyeria essencial per optimitzar els dissenys de peces per a una producció eficient i econòmica. L'objectiu fonamental és minimitzar la complexitat del procés de fabricació, cosa que al seu torn redueix costos i millora la qualitat del producte final. Això implica seguir principis bàsics com aplicar angles de sortida per facilitar l'expulsió de la peça del motlle, mantenir un gruix de paret uniforme per evitar defectes com la porositat, i utilitzar de manera estratègica elements com arredoniments i nervis per afegir resistència mentre es minimitza l'ús de material.

Principis fonamentals del DFM en emmotllament per injecció: Angle de sortida, gruix de paret i radis

La base d’un disseny eficaç de col·locació per a la fabricabilitat descansa en uns quants principis essencials que afecten directament la qualitat, el cost i la velocitat de producció. Assolir aquests conceptes és el primer pas cap a la creació d’una peça que no només és funcional, sinó també econòmica de produir. Ignorar-los pot provocar una sèrie de problemes, des de l’expulsió difícil i el malbaratament de material fins a fallades estructurals crítiques. Aquests fonaments bàsics —inclinació, gruix de paret i l’ús d’acanellaments i radis— aborden la física del flux de metall fos i de la seva solidificació dins el motlle.

A angle de desmolde és una lleugera inclinació aplicada a totes les superfícies paral·leles a la direcció en què s’obre el motlle. Aquesta petita inclinació, típicament entre 1 i 3 graus, és crucial per permetre que la peça colada sigui expulsada netament del motlle sense danys. Quan el metall fos es refreda i es contraiu, pot agafar-se fortament a les característiques interiors del motlle. Sense inclinació, les forces d’expulsió necessàries podrien deformar o trencar la peça. Tal com es detalla a La guia de disseny de Gabrian , les parets exteriors necessiten menys inclinació ja que la peça es retrau d'elles, mentre que les parets interiors i forats necessiten una inclinació més gran perquè el metall s'estreny al seu voltant.

Mantenint un gruix uniforme de la paret és possiblement una de les regles més importants de DFM. Quan les seccions de paret varien significativament, el metall fos es refreda a velocitats diferents. Les seccions més gruixudes triguen més a solidificar-se, cosa que pot crear tensions internes, porositat (bules de gas) i marques de contracció a la superfície. Per contra, les parets massa fines poden fer que el metall es solidifiqui prematurament, impedint que el motlle s'ompli completament —un defecte conegut com a injecció curta. La majoria de dissenys apunten a un gruix de paret entre 1,5 mm i 4 mm. Si les variacions de gruix són inevitables, la transició ha de ser gradual i suau per assegurar un flux i refredament del metall uniformes.

Finalment, és fonamental evitar les cantonades agudes. Això s'aconsegueix incloent arredoniments i radis —unions corbades entre superfícies. Els arredoniments s'apliquen als cantons interiors, mentre que els radis s'utilitzen als cantons exteriors. Els cantons interns aguts creen punts de concentració d'esforç que poden esdevenir punts de fallada sota càrrega. A més, interrompen el flux suau del metall fos, provocant turbulències que poden portar a porositat. L'addició d'arredoniments i radis generosos, fins i tot tan petits com 0,5 mm, millora el flux del metall, reforça la peça i facilita un producte final més robust i fiable.

Pràctiques recomanades clau en el disseny

• Angles de desmolde: Aplicar una inclinació d'almenys 1-2 graus a totes les superfícies verticals per garantir una fàcil extracció de la peça. Augmentar l'angle per a parets interiors i característiques profundes.
• Espessor del parell: Esforcir-se per assolir uniformitat en tota la peça. Si cal canviar el gruix, utilitzar transicions graduals per prevenir defectes i assegurar un refredament uniforme.
• Arredoniments i radis: Substituir tots els cantons aguts per vores arrodonides. Utilitzar arredoniments als cantons interiors i radis als cantons exteriors per reduir l'esforç i millorar el flux del metall.

Reforçar Parts i Reduir Pes: Ribs, Bosses i Butxaques

Un objectiu central del DFM és produir peces que compleixin els requisits de resistència sense material innecessari, el qual augmenta el cost i els temps de cicle. Tres característiques clau ajuden als dissenyadors a assolir aquest equilibri: ribs, bosses i butxaques. Quan es dissenyen correctament, aquests elements milloren la integritat estructural i la funcionalitat, alhora que optimitzen la peça per al procés de fundició en motlle. Permeten dissenys forts i lleugers que són eficients de fabricar.

Varetes són característiques fines amb forma de paret que s'utilitzen per afegir suport i rigidesa a una peça sense augmentar-ne el gruix general de la paret. Això és crucial per evitar deformacions i millorar la relació resistència-pes. Mitjançant la incorporació d'arestes d'unió, un dissenyador pot mantenir una secció de paret prima i uniforme en tota la peça mentre reforça àrees crítiques. Per obtenir uns resultats òptims, les arestes haurien de tenir un gruix equivalent a una fracció del gruix de la paret principal, normalment al voltant del 60%, per evitar marques de contracció a la superfície oposada. A més, les arestes poden actuar com a canals per ajudar el metall fos a fluir cap a zones llunyanes o complexes del motlle.

Bosses són protrusions cilíndriques que serveixen com a punts de muntatge, separadors o ubicacions per a elements de fixació. En lloc de perforar forats en una secció gruixuda de la peça després de la colada, els bosses poden integrar-se directament al disseny, estalviant així temps i operacions secundàries significatives. Per adherir-se al principi d'espessor uniforme de paret, els bosses han d'estar buidats pel centre, és a dir, han de tenir un forat al mig. Això evita que es converteixin en masses gruixudes de material que es refredarien lentament i provocarien defectes. També s'han de connectar a les parets principals mitjançant arredoniments generosos i nervis per garantir resistència i un flux suau del metall.

Per reduir encara més l'ús de material i el pes de la peça, els dissenyadors poden afegir estratègicament brossos o seccions buides. Aquest procés, sovint anomenat "extracció de nucli", elimina material d'àrees que no són estructuralment crítiques. En crear aquests buits, es pot mantenir un gruix de paret constant en tot el component, fins i tot en geometries complexes. Això no només estalvia costos de material, sinó que també redueix el temps de refredament al motlle, portant a cicles de producció més ràpids. Cal una anàlisi cuidadosa per assegurar que les bosses no comprometin la resistència o funcionalitat general de la peça.

Optimització per a motlle i expulsió: línies de part, sota-talls i espigues

Una peça d'inyecciò exitosa és el resultat de la sinergia entre la geometria de la peça i la mecànica del motlle. Les decisions de disseny preses sense tenir en compte l'eina poden portar a motlles cars i complexos i a altes taxes de defectes. Els aspectes clau a considerar inclouen la col·locació de la línia de part, la gestió dels sotsguets i la ubicació dels passadors d'expulsió. Un disseny reflexiu en aquestes àrees simplifica l'eina, redueix els costos i assegura que la peça es pugui extreure de manera fiable del motlle després de la injecció.

Les línia de separació és la línia de juntura on es troben les dues meitats del motlle. La seva ubicació és una de les primeres i més importants decisions en el disseny de l’eina, ja que afecta gairebé totes les altres característiques. Sempre es prefereix una línia de juntura senzilla i plana, ja que això facilita la fabricació de l’eina i en redueix el cost. Una línia de juntura complexa i no plana pot augmentar significativament el cost del motlle i pot provocar problemes amb el rebava: un fil prim de metall excedentari que surt per la junta i que s’ha d’eliminar en una operació secundària. Els dissenyadors haurien d’orientar la peça de manera que permeti la línia de juntura més recta possible.

Sota tall són característiques que impedeixen que una peça sigui expulsada directament d'un motlle senzill de dues parts. Inclouen superfícies enrecessades o elements que faran que la peça quedi bloquejada al motlle. Tot i que de vegades són necessaris per a la funcionalitat, cal evitar els sotalls sempre que sigui possible, ja que requereixen nuclis laterals o lliscadors: components mòbils dins el motlle que formen la característica del sotall i després es retrauen abans de l'expulsió. Aquests mecanismes afegiran un cost considerable, complexitat i punts potencials de fallada a l'eina. Si un sotall és inevitable, és fonamental treballar amb un soci manufacturador per trobar la solució d'eina més eficient. Les empreses amb capacitats pròpies de disseny de motlles poden oferir una experiència valuosa en optimitzar eines complexes per a la fabricabilitat.

Finalment, passadors d'expulsió són varetes d'acer que empenyen la peça solidificada fora de la cavitat del motlle. Aquestes espigues són essencials per extreure la peça, però inevitablement deixen marques circulars petites a la superfície de la mateixa. La funció del dissenyador és identificar superfícies no crítiques o no estètiques on aquestes marques seran acceptables. És ideal col·locar les marques de les espigues d'expulsió en superfícies planes i resistents, ja que això assegura una distribució uniforme de la força durant l'expulsió i minimitza el risc de deformació de la peça. Comunicar aquestes ubicacions acceptables al fabricant del motlle des del principi del procés evita problemes estètics al producte final.

Llista de verificació per a un disseny d'expulsió fàcil

• Simplifica la línia de parting perquè sigui tan plana i recta com sigui possible.
• Elimina els sota-talls sempre que sigui possible per evitar la necessitat de nuclis laterals i lliscants costosos.
• Incorpora angles de sortida generosos a totes les superfícies paral·leles al moviment del motlle.
• Identifica superfícies no estètiques on es permetin les marques de les espigues d'expulsió.
• Assegureu-vos que els passadors d'expulsió estiguin situats en superfícies planes i estables per evitar deformacions durant l'expulsió.

Preguntes freqüents sobre el DFM en la fundició per injecció

1. Què inclou el disseny per a la fabricació (DFM)?

El disseny per a la fabricació (DFM) en la fundició per injecció implica un conjunt de principis destinats a simplificar i optimitzar el disseny d'una peça per facilitar-ne la producció. Els elements clau inclouen l'aplicació d'angles de sortida per a l'expulsió, assegurar un gruix de paret uniforme per prevenir defectes, utilitzar arredoniments i radis per evitar cantonades agudes, i dissenyar elements com nervis i bosses per afegir resistència reduint alhora el material. També inclou consideracions sobre les eines, com simplificar la línia de parting i evitar sota-talls.

2. Com s'aborda el disseny per a la fabricabilitat?

L'aproximació comença aviat en la fase de disseny tenint en compte tot el procés de fabricació. Implica col·laborar amb enginyers de fabricació per identificar possibles reptes de producció. Els passos clau inclouen simplificar el disseny, minimitzar el nombre de peces, estandarditzar components sempre que sigui possible i seguir regles específiques del procés, com ara les destinades a la fundició (inclinació, gruix de paret, etc.). L'objectiu és resoldre proactivament els problemes de fabricació en el plànol, on els canvis són econòmics, en lloc de fer-ho a la fàbrica, on resulten costosos.

3. Què caracteritza el disseny per a la fabricabilitat?

El disseny per a fabricabilitat es caracteritza per la seva atenció a l'eficiència, la reducció de costos i la millora de la qualitat mitjançant decisions de disseny intel·ligents. Un disseny optimitzat per a la fabricabilitat és normalment més senzill, utilitza menys material, requereix menys operacions secundàries i té una taxa d'errors més baixa. Reflecteix una comprensió profunda de les capacitats i limitacions del procés de fabricació triat, resultant en un producte que no només és funcional, sinó també econòmic i fiable de produir a gran escala.