Процесс конструирования изделий из пластмассы включает в себя следующие этапы:
- определение конечных требований к изделию (оценивается назначение детали, её тираж, конкурентные возможности, требования к дизайну, анализируются предполагаемые условия эксплуатации);
- создание предварительного эскиза и оценка способа его изготовления с учётом возможностей производства (парк оборудования, наличие сырья, трудовые и энергетические затраты, наличие рабочего инструмента);
- предварительный подбор материала (выбирается несколько материалов, ориентировочно способных обеспечить работу изделия);
- конструирование изделия в соответствии со свойствами материала (создание полного чертежа изделия с учётом необходимых инженерных расчётов);
- окончательный выбор материала (утверждается наиболее подходящий и отвечающий условиям переработки на предприятии материал);
- изменение конструкции с учётом требований производства (внесение различных изменений в конструкцию изделия, в связи с требованиями заказчика или условиями производства);
- прототипирование (изготовление прототипа изделия);
- конструирование и изготовление формующего инструмента (изготовление необходимой оснастки);
- производство (выпуск опытной партии изделий).
2.1.1 Определение конечных требований к изделию. Разработка любого изделия начинается с определения технических характеристик и требований, предъявляемых потребителем. Если будут заданы не все технические характеристики, или будут заданы неверно, то изделие не будет соответствовать условиям эксплуатации. Обычно среди факторов, влияющих на конструкцию детали учитывают механические воздействия, условия окружающей среды, требования к габаритам детали, соответствие стандартам и запросам рынка.
Нагрузка – виды нагрузки, длительность пребывания в нагружённом состоянии, частота механических воздействий. Изделие может подвергаться нагрузке в процессе хранения, сборки, транспортировки и во время эксплуатации.
Окружающая среда – диапазон температур, относительная влажность, химическая агрессивность окружающей среды. Тут главная задача состоит в правильности определения границы наиболее вероятных условий при эксплуатации.
Требования к габаритам – критические размеры, качество обработки поверхности, плоскостность. Все размеры должны быть указаны вместе с реальными значениями допусков, особенно когда деталь используется как компонент для сборки.
Соответствие стандартам – свойствам определённого материала, размерам, эксплуатационным характеристикам.
Ограничения, связанные с требованиями рынка – количество производимых изделий, срок службы, максимальная стоимость изделия. Учитывая все эти показатели, мы можем создать конструкцию, которая обладает наилучшим соотношением цена – качество. Также существуют эстетические требования к изделию – цвет, размер, форма изделия.
2.1.2 Создание предварительного эскиза. На современном уровне в качестве моделей используют 3D изображения, получаемые с помощью CAD систем. Части изделия, которые имеют особое значение – помечены и показаны на отдельных увеличенных изображениях. На этом этапе проектирования необходимо определить, какие параметры и размеры изделия будут оставаться неизменными, а какие можно изменять. К фиксированным параметрам относятся те, которые нельзя изменить с точки зрения конструктора (стандартные размеры), а к переменным относятся те, которые не были определены на начальных этапах конструирования.
2.1.3 Предварительный подбор материала. Сводится к поиску марок пластмасс, пригодных для производства данного изделия. Выбор материала осуществляется путём сравнения свойств подбираемых материалов с комплексом свойств конечного изделия. На начальном этапе можно выбрать несколько потенциально пригодных вариантов. При отборе материалов следует начинать поиск по параметрам, которые не могут быть учтены при конструировании изделия – прозрачность, химическая стойкость, температура размягчения и т.д.
2.1.4 Конструирование изделия в соответствии со свойствами выбранного материала. На этом этапе необходимо иметь несколько марок материалов, пригодных для изготовления конкретного изделия. Отличия в свойствах отдельных марок могут привести к различиям в предполагаемых геометрических формах изделия.
2.1.5 Окончательный выбор материала. На этом этапе процесса конструирования следует определить наиболее предпочтительный материал для производства нашего изделия, оставляя оставшиеся варианты в резерве.
2.1.6 Изменение конструкции изделия для производства. После выбора материала и определения начальной конструкции изделия, возможно некоторое её изменение с учётом особенностей производства. Конструкция должна учитывать то воздействие, которое могут оказывать различные этапы технологического процесса литья под давлением на конструкцию изделия.
Каждый этап литья под давлением предъявляет свои требования к конструкции.
2.1.7 Прототипирование. Для оценки возможности изготовления и эксплуатационных характеристик данного изделия используют прототип. Необходимо отлить прототип изделия из материала, который предполагается использовать. Для изготовления прототипа может использоваться мягкая оснастка, или одногнёздная форма из мягких материалов.
2.1.8 Формующий инструмент и производство изделия. Как только прототипы формующего инструмента и изделия оценены и модифицированы, можно начинать предварительное изготовление производственной оснастки. Чтобы сэкономить время работу по изготовлению формующей оснастки начинают задолго до этого момента. Далее приступают к производству изделий.
2.1.9 Производство. После того, как формующая оснастка готова к процессу литья под давлением, производится отливка опытной партии изделий. Изделия проходят контроль на производстве, сверяются с конструкторской документацией и отправляются заказчику на проверку. После получения положительного ответа от заказчика начинается серийное производство изделия.
Конфигурация изделия должна быть таковой, чтобы оно было простым в изготовлении, удобным в эксплуатации, чтобы оно легко оформлялось и извлекалось из формы (например, вместо 1 сложного изделия целесообразно изготовить несколько простых). Чем проще изделие, тем дешевле форма, выше производительность труда, выше точность и качество изделия, и ниже себестоимость проекта. С другой стороны (например, введение рёбер жёсткости) может привести к усложнению конструкции, однако это улучшит характеристики изделия (увеличение прочности при минимальной массе и избежание коробления для больших поверхностных изделий).
Общая технологичность изделия направлена:
- рациональные условия заполнения расплавом формующей полости;
- повышение прочности;
- уменьшение поверхностных напряжений в изделии;
- повышение степени точности размеров и отклонений;
- устранение необходимости механической обработки изделия.
Общая конфигурация изделия – не должна препятствовать течению расплава при заполнении формующей полости, поэтому нужно стремиться к наибольшему упрощению конструкции наружных и внутренних поверхностей формы.
Основными параметрами материала, влияющими на выбор формы изделия, являются текучесть, или вязкость пластмассы. Поэтому конфигурация изделия должна обеспечить наиболее короткий путь потоку полимера. Условия течения пластмассы влияют на характер и величину внутренних напряжений, усадку и ориентацию материала.
Форма изделия должна обеспечивать возможность применения неразъёмных элементов, т.к. они резко повышают стоимость формующей оснастки и увеличивают трудоёмкость её изготовления.
Также форма изделия будет напрямую влиять на количество плоскостей разъёма в форме, а, следовательно, на простоту извлечения изделия.
Далее рассмотрим основные конструктивные элементы, которые имеются у всех изделий – стенка, дно, рёбра жёсткости, отверстия и углубления, радиусы округления, резьбовые отверстия и армированные элементы.
Технологическая карта изделия - важный документ, разрабатываемый технологами, по которому впоследствии ориентируются рабочие при создании детали.
