Kunsttrucs die elke werktuigbouwkundige zou moeten kennen

Als het gaat om productontwerp, zal een beroep worden gedaan op mechanische ingenieurs om het coole uiterlijk van een nieuw product van de industrieel ontwerpers te behouden, alle onderdelen van het product te laten werken, en dit met de hoogste kwaliteit en zo goedkoop mogelijk te blijven . De buitenste onderdelen van de behuizing zijn vaak gemaakt van plastic om een ​​glad uiterlijk te krijgen tegen lage kosten met veel functionele kenmerken die erin verborgen zijn, en voor productie in grote volumes betekent dit spuitgegoten, geconstrueerde kunststoffen. Om dit te bereiken, zal een ingenieur in de loop der jaren een reeks trucs ontwikkelen die werken om gegoten plastic onderdelen van hoge kwaliteit te produceren, sommige strategisch en sommige gedetailleerd.

In de afgelopen jaren is de overtuiging ontstaan ​​dat het voldoende zal zijn om enkele 3D CAD-bestanden van de buitenoppervlakken en een deel uit elkaar te halen voor de gegoten plastic behuizing van een nieuw productconcept, aangezien de overzeese gereedschapmaker en vormer deze bestanden dan zal nemen en een goede tolerantiestudie voor spelingen tussen onderdelen zodat ze altijd goed passen, voeg alle diepgang toe aan de onderdelen voor een schone lossing van de metalen spuitgietmatrijzen en zorg voor een perfecte afwerking. Dit veronderstelt natuurlijk dat de vormer en de gereedschapmaker de gedachten van de ontwerpers kunnen lezen, aangezien er geen overdracht is in deze benadering van de ontwerpintentiedetails, de sleutel die cruciaal is voor de functie van de montagefuncties, de strategie om de uitlijning te regelen, noch overwegingen voor de montagevolgorde. In feite zullen veel matrijzenmakers alleen wijzigingen aanbrengen om de malstroom te garanderen en vervormingen door zinken en krimpen tot een minimum te beperken, en ze zullen dit doen op een manier die het voor hen gemakkelijker maakt, d.w.z. snellere en gemakkelijkere vormcycli om hun winstmarge te verbeteren. Als de CAD- en tekeningbestanden die ze hebben ontvangen niet duidelijk zijn, zijn ze niet verplicht om opnieuw ontworpen plastic onderdelen te leveren, en het is waarschijnlijker dat de vormer alleen zal leveren wat ze hebben gekregen, en dan extra in rekening brengen om de tooling te repareren om te krijgen de onderdelen goed. We zien dit spelen voor bedrijven die proberen om een ​​kortere weg naar een gereedschapsmaker/molder/contractfabrikant te nemen zonder behoorlijk technisch onderzoek of overweging van de industriële ontwerpintentie, en in sommige gevallen betekent dit het einde van een nieuwe start-up. Het is jammer, aangezien een meer doordachte aanpak met kennis van enkele van de valkuilen die men kan tegenkomen, en technieken om goede onderdelen te produceren, vanaf het begin het pad van het product naar productie hadden kunnen sturen.

Goed doordachte 3D-bestanden en tekeningen om de details en behoeften van de onderdelen en het productontwerp te communiceren, vormen een "contract" van de behoeften en verwachtingen van de uiteindelijke onderdelen, voor alle betrokken partijen, en bieden een plaats van waaruit kleine details kunnen worden viel meteen mee. Dit is echt de eerste vormtruc. Laat het gedetailleerde werk dan niet over aan het einde, maar zorg ervoor dat er goed over nagedacht is met het team voordat het aan fabrikanten wordt vrijgegeven. Dit bespaart uiteindelijk tijd en geld, en bouwt een werkrelatie op met de gieter die de eerste productieonderdelen doorloopt en zich afmeldt.

Maak het niet glanzend! Dit is echt de truc om het volledige team te betrekken, zelfs in de vroege industriële ontwerpfasen van de productontwikkeling, zelfs voordat de mechanische engineering in detail kan beginnen. Vaak kan hetzelfde productontwerp worden bereikt met kleine wijzigingen die grote kopzorgen of kosten achteraf voorkomen. Moet het zijpaneel van het onderdeel dat 18 inch hoog is echt worden gewelfd met 0,080 inch met een straal van 628 inch? Dit kan zonder enige gedachte worden gedaan, het kan de weergave er beter uit laten zien in de grafisch gegenereerde verlichting, maar moet het worden vastgelegd in de 3D CAD en tool om het echte plastic onderdeel te maken. Dit kenmerk kan volledig onopgemerkt blijven op het eindproduct, maar maakt het moeilijker om de belangrijkste montagekenmerken die in het gereedschap zijn gegoten bij de fabricage te controleren en te inspecteren. Aan de andere kant is er een keerzijde; een ontwerp met het simplistische, platte, grote paneel met een glanzende afwerking. Hierbij moet er mogelijk een lichte kromming zijn om het gezicht naar buiten te buigen om te voorkomen dat de afgewerkte kant eruitziet alsof deze hangt of olieblikken naar binnen, zelfs als het geen probleem heeft met kromtrekken wanneer het uit de mal komt, of als de onderdeel kan wat laadtijd of gebruikerscontact vergen, dan kan het baat hebben bij dit formulier om na verloop van tijd een kwaliteitsuiterlijk te garanderen.

Andere industriële ontwerpkenmerken zien er misschien goed uit op een computerscherm, maar de kleine unieke karakterbult in de rand van het product vereist een liftactie van $ 4000 in het vormgereedschap, en zal misschien nooit worden opgemerkt als het product eenmaal op de plank in huis is geplaatst , mag niet bijdragen aan de waarde van het product. Een karakterfunctie als deze kan alleen maar afleiden van het uiterlijk van een product. Door het onderdeel en de functie op de juiste manier te dimensioneren, te kijken naar de pasvorm en alle productbehoeften, en of functies echt iets toevoegen aan het product, kan worden voorkomen dat iets dat er goed uitziet dat op het computerscherm wordt opgeblazen, problemen veroorzaakt bij de fabricage en release van een product. In feite worden veel van dit soort functies, die zonder andere overwegingen worden toegevoegd om een ​​gevarieerd uiterlijk te krijgen, geschrapt en komen ze niet in productie. De industrieel ontwerpers en werktuigbouwkundigen moeten vanaf het begin samenwerken om de doelen van functie, maakbaarheid, kosten en uiterlijk te bereiken. Het is OK om een ​​glanzende afwerking te hebben, maar houd er rekening mee dat het wat meer werk zal vergen tijdens het hele proces.

Verberg die opening van deel tot deel! Het goed gieten van plastic onderdelen is niet eenvoudig, net zo min als het produceren van een assemblage van die plastic onderdelen die gemakkelijk strak in elkaar passen om het strak ogende product te produceren dat in de originele renderings werd getoond. De belofte van goedkope onderdeelkosten kan verdwijnen als het plastic onderdeel vervormt of kromtrekt na de injectiecyclus. Dit kan verschillende redenen hebben, waaronder onderdeelgeometrie, variaties in wanddikte, procesprocedures tijdens het gieten, inclusief cyclustijd, en uiteindelijk kunnen de kosten van post-matrijskoelopstellingen nodig zijn. Veel complexe onderdelen zullen deze problemen tot op zekere hoogte hebben, en voor sommige onderdelen en ontwerpvereisten zullen de extra kosten van armaturen nodig zijn, maar voor de meeste andere zullen armaturen slechts een extra stap en kosten zijn vanwege slechte ontwerpoverwegingen. Aangezien veel onderdelen, vooral dunne of onderdelen met verschillende doorsneden, tot op zekere hoogte moeite zullen hebben met kromtrekken, zal extra aandacht besteden aan het ontwerp van onderdelen en het passen tussen onderdelen tijdens de gedetailleerde industriële ontwerp- en engineeringcyclus een lange weg afleggen om een ​​goed resultaat te krijgen. uitziend product op tijd klaar. Hiervoor kan het nodig zijn goed te kijken naar montagedetails, interne kenmerken zoals ribben en lippen van het ene plastic onderdeel die in elkaar passen om ze ten opzichte van elkaar te positioneren, en mogelijke verkeerde uitlijning te verbergen.

Zelfs als de onderdelen zonder al te veel problemen worden gegoten, hoe goed doordacht was het ontwerp om ervoor te zorgen dat de montage van de onderdelen geen variaties in pasvorm vertoont of extra tijd nodig heeft bij de montage om de juiste pasvorm te krijgen, belangrijk om een ​​kwaliteitsproduct te produceren voor de doelkosten. Dit is waar het niet nodig is om een ​​mogelijke verkeerde uitlijning "centraal" in uw productontwerp te plaatsen. Dit wil niet zeggen dat alle karakterlijnen over meerdere onderdelen moeten worden vermeden of dat er geen soepel passende behuizingen moeten worden ontworpen, maar er is vanaf het begin moeite nodig om te overwegen wat redelijk is om kosteneffectief te produceren en om een ​​strategie te hebben om het onderdeel passend te maken tussen de delen met kenmerken in de passtukken. Als nadat alle engineering is voltooid, gereedschapsarmaturen zijn ontworpen, lijn-tot-lijn-passingen zijn overeengekomen, en de fabrikant terugkomt en vraagt ​​om nog eens 0,03 inch slop in gedeeltelijk passende uitlijning en nog eens $ 5 per onderdeel, kunnen sommige ontwerpen zwaar opnieuw worden gewerkt om dat hele deel van het ontwerp van het product te verwijderen om het probleem met de pasvorm en de kosten te voorkomen. Een verandering die zo laat in het proces door de gieter wordt aangebracht, ziet er vaak "toegevoegd" uit, en dit zorgt ervoor dat het ontwerp- en engineeringteam er slecht uitziet alsof ze niet hebben samengewerkt om de uitdagingen te overwegen, en de klant die bekroonde niet langer heeft kijk, ze dachten dat ze 5 maanden geleden zouden krijgen, en dit had voorkomen kunnen worden als we het hele proces in een vroeg stadium hadden overwogen.

Maak het niet nog een keer glanzend! Elk product zal zijn buitenste schil hebben en moderne producten zijn steeds strakker geworden met een getunede look. Echter, om de pasvorm van het onderdeel aan te pakken, zoals zojuist besproken, zal de binnenkant van een onderdeel een reeks ribben en nokken hebben die dingen bij elkaar brengen, evenals interne onderdelen monteren en structuur bieden. In elk van deze gevallen hebben deze innerlijke kenmerken van de huid van het product gewoonlijk enige sterkte nodig, maar kunnen ze het zich vaak niet veroorloven om veel plastic volume te gebruiken, niet zozeer vanwege de materiaalkosten of het gewicht, maar omdat men wil voorkomen dat er plaatselijk dikke dwarsdoorsneden ontstaan van spuitgegoten materiaal dat met verschillende snelheden zal afkoelen dan de omringende dunnere huid. Dit kan verzakkingen veroorzaken in de tegenoverliggende wand of het buitenoppervlak van het onderdeel, en zelfs als het probleem niet te dramatisch is, kan het verbuigingen van gladde buitenoppervlakken veroorzaken die highlights kunnen opvangen die er niet goed uitzien, waardoor de moeite die wordt gestoken om het product glad te maken, verpest wordt . Glanzende afwerkingen zijn erger dan onvolkomenheden die getextureerde afwerkingen verbergen, maar dit is slechts een uitdaging die hoort bij het gebied van productontwerp. Hier zijn enkele werktuigbouwkundige trucs, die niet altijd algemeen bekend zijn of gedeeld worden door alle ingenieurs of vormers:

• Voor brede uitlijningslipjes of ribben kunnen ze worden opgedeeld in vele geskeletteerde ribben
• Voor schroefnokken kunnen deze aan de binnenkant van een deelwand rond de onderkant van een naaf worden geplaatst, waardoor een gracht aan de basis wordt gemaakt, waardoor de hoeveelheid materiaal in dat gebied wordt verminderd. Bovendien kan het feit dat de boring van het naafgat dieper is dan de naaf hoog is, de buitenwand van het onderdeel plaatselijk dunner maken tot 30 procent van de nominale wanddikte, en het risico van wegzakken of blozen op het buitenoppervlak effectief verminderen.
• Voor ribben, zal het selectief verminderen van de trek op lange ribben om ze aan de bovenkant een levensvatbare dikte te houden en niet te dik aan de onderkant, de kans op kuiltjes aan de andere kant. Het minimaliseren van interne ribbels kan worden gedaan, maar interne ribben zijn vaak nodig om een ​​onderdeel te versterken, en de ribben helpen bij het vloeien van plastic door het onderdeel tijdens het vormen.
• Hoeken waar gegoten behuizingswanden samenkomen, kunnen profiteren van kernen of inkepingen die de effectieve diagonale materiaaldikte in dit gebied van het onderdeel verminderen, wat niet alleen kan leiden tot blos op het buitenoppervlak, maar ook tot het naar binnen buigen van de behuizingswanden, wat de pasvorm beïnvloedt naar andere delen.
• Coring, in het algemeen, van dikke secties of overgangen kan al vroeg tijdens de lay-outplanning worden bereikt en door gebruik te maken van 3D CAD-tools om dikke secties te identificeren, en ze te kernen zelfs voordat de plastic tooler hun eerste malstroomanalyse uitvoert, wat zou moeten laat je niet afschrikken in de ontwikkelingscyclus.
• Houd deze spuitgiettips in gedachten, zelfs voor prototypes, aangezien gegoten prototypen vergelijkbare of zelfs ergere problemen kunnen hebben bij de fabricage met een aantal van de bovenstaande punten.
• Ook al zijn wanddikte en kernboringen geen limieten voor 3D-printen, als de uiteindelijke onderdelen moeten worden gegoten, zal het hele ontwerpproces er baat bij hebben als de eindfabricagemethode in gedachten wordt gehouden, waardoor de geometrie van het 3D-geprinte prototype meer lijkt op het laatste deel, en dit zal ook 3D-geprint materiaal conserveren en dikke onderuitgeharde secties in uw 3D-geprinte delen voorkomen.

Deze tips voor het vormen en ontwerpen van onderdelen zijn niet alleen voor het spuitgietproces alleen, aangezien andere processen, zoals structuurschuim, die de zorgen rond zinkvlekken verminderen, eigenlijk nog steeds beperkingen hebben op dunnere en dikkere secties, en het kan moeilijk zijn om een vormer die zich inzet voor de cosmetische kwaliteit van een structureel schuimonderdeel zonder dat dezelfde spuitgietproblemen volledig in overweging worden genomen.

Deze overwegingen en tips voor het ontwerpen van plastic onderdelen zijn het soort dingen dat vroeg moet worden besproken met de vormer en de gereedschapmaker van het project. Als ze niet begrijpen wat er van hen wordt gevraagd, gebruik dan eerst de CAD-tools om voorbeelden te laten zien van wat er wordt gezegd. Als ze het nog steeds niet begrijpen, is het misschien het beste om zo snel mogelijk een andere matrijzenwinkel te kiezen.

Dus aarzel niet om enkele van deze vuile kleine trucs en teamstrategieën te gebruiken om soepelere en meer kosteneffectieve plastic onderdelen voor uw volgende productontwerp te garanderen. Uiteindelijk is het een overstap naar eleganter ontworpen onderdelen die tot betere productresultaten zullen leiden, en kunnen jij en je team je eigen trukendoos bouwen voor toekomstige productontwikkelingen.