为什么材料科学是零件互动的关键

写道:Protolabs.|发布:02/21

甚至一个完美设计的注塑部件如果由错误的材料制造,并且凭借字面上的数百种热塑性塑料和弹性体,甚至可以选择,通常难以知道哪些符合应用程序的要求。这就是为什么在选择注塑材料时必须仔细考虑一系列机械强度,化学和紫外光耐光性,润滑性,耐磨性和更多的因素。

这种情况变得更具挑战性,具有超成型的部分,设计师不仅必须更密切地遵守建立的成型原则,而且还使其所选材料之间的化学和物理粘合剂既有强大和永久性。该提示讨论了三个关键领域 - 材料兼容性,附着力和摩擦学 - 设计人员应该在设计模制部件时知识渊博。

摩擦和磨损

让我们从制造地板上经常听到的术语开始。摩擦学是在相对于彼此移动的两个表面之间发生的摩擦和磨损的研究。例如,它涉及一种互锁夹和卡扣配合容器的互补夹和突片之间的相互作用。An engineer looking at the tribology of parts would probably care less about the chemical and mechanical bonds needed to overmould a handle for a power tool (because they don’t slide against one another, assuming the design is sound), and more about the feel and grippability of the overmoulding material itself.

这些塑料齿轮一起移动,展示了部件设计如何受到在彼此相互作用之间发生的摩擦和磨损的影响,这是在为模塑部件选择材料时考虑的重要元素。

在按扣式夹子示例中,诸如HDPE的耐磨性聚合物可能是一个不错的选择,尽管缩醛等相对润滑的材料也可以是候选者。两种材料都有自己独特的美德,应该在开发过程中仔细称重。然而,产品设计本身也可以发挥巨大的摩擦学因素。彼此相互作用的表面应该是平滑的,以免在粗糙的表面上发现的微型峰和山谷,并重复使用。

用于制造该部分的方法也起到了作用。在夹子示例中,可以容易地延伸到具有配合或互锁表面的任何数量的塑料部件,机加工饰面与3D印刷品不同,如注塑表面(并且可能比或者)更光滑)华体会365。这里的消息是,当部分互动是设计问题时,应仔细分析和测试这些和其他零件特性并进行测试。

这是另一个例子。金属插入件是Protolabs的流行选项。无论您需要在注塑风扇刀片中的青铜衬套,塑料滑轮中的不锈钢套管,或设备旋钮中的螺纹黄铜螺母,将这些和其他插入物放置在注塑部件中都没有大量大量。对材料兼容性的影响很小,设计师将面临的最大障碍是确保当塑料在插入物上方和周围注入塑料时会产生良好的机械键。那个说,青铜和黄铜使良好,低成本的轴承表面,但更容易磨损而不是实际的滚珠轴承。问问自己:您的设计是否符合该产品的长期要求?对摩擦学的良好理解将有助于解决这一重要问题。

材料兼容性

很少有人争辩说,由于快速注射模具,塑料零件的最酷事物是最酷的事情之一。它是一个很好的选择,任何地方都需要柔软或用户友好的材料 - 仪器手柄,可能或手持式电子设备外壳 - 或者在美学原因需要多种颜色。在线有很多信息设计过型过程,讨论对两个邻接材料之间的具有声音机械键的化学兼容性。

好消息是,可以获得许多化学兼容材料。例如,Protolabs提供TPV Sarlink 3170一种热塑性弹性体,其与聚丙烯形成强化学键。有TPC Hytrel 4068一种热塑性弹性体,其与ABS,聚碳酸酯等相配得很好。另一方面,尼龙是由于其吸湿倾向而在更加困难的基材中,尽管它仍然是一系列应用的流行材料。

粘附

然而,它比它更多。部件设计可以对超成型部件的粘合水平产生显着影响。衬底和覆盖物之间的过渡应该突然避免使用凹槽或肩部避免羽化或减薄,以产生清晰的切断点。可以消除卷曲和潜在的撕裂点放置关闭在一个营造柔软,柔软和非常可流动的TPE的硬盘的位置。使用太薄的叠加 - 说出少于1/16英寸厚的东西 - 材料可能会太快地冷却,以适当的粘合力。长长度到厚度的比率会导致类似的问题。

另外,请注意,当过度制定时,请注意两种材料的独特热特性。你可能会选择液体硅橡胶(LSR)为其优异的热和耐化学性,低温柔韧性和固有的润滑性,但请记住,LSR在150至200摄氏度下固化,对于ABS,聚乙烯,聚丙烯和许多其他温度过高。热塑性塑料生存。通风也很重要,因为燃烧,不足,不完全腔内填充短射击 - 可以在不正确的模具中发生。

这很容易检查兼容性图表在线,但如果您愿意提供自己的材料,可能最好检查塑料供应商进行成型和应用建议。如果您使用定制聚合物混合,这尤其如此,越来越多的Protolabs客户所做的。请注意,着色剂可以创造粘附问题,可以高量的添加剂如金属和玻璃。我们的建议是始终在拉动较高卷上触发器之前始终运行一些样品零件并进行彻底测试。

包覆成型部件的化学粘附是棘手的。基板和覆盖层之间的过渡应该突然以避免羽化/变薄。使用凹槽或肩部来产生截止点。通过将截止部放置在为软,可流动的TPE产生硬盘的位置,可以消除卷曲和撕裂点。左图中的图显示了灰色和TPE中的基板和蓝色的潜在卷曲。在右侧,衬底是灰色的,TPE是黄色的,所示的截止显示停止TPE。

坚持设计指南

示例列表是长期的,可能的聚合物组合几乎无限。That’s why it’s important to check with someone knowledgeable on the vagaries of polymer adhesion and chemical compatibility early in the design process, to verify that A) your chosen materials will play nice together, B) the part or overmoulded assembly is moldable given your current design, and C) that the materials are tribologically sound—that is, they are slippery enough, wear-resistant enough, or sticky enough for the product’s purposes.

这是粘附于普兰族的准则时的一次尤为重要。使用高添加剂的塑料可能有助于您实现产品要求,但它也可能意味着在产品设计上花费更多时间;随着塑料添加剂的增加,颗粒状的“甜点”变得越来越小,并且只有高复杂性部位变得更具挑战性。

害怕的?不要。所有这些情况都是非常可管理的,在设计过程中,它只需要更多地关注,并且可能第二次查看您的材料选择。如有疑问,即使你在这一点上只是踢了轮胎,也会给予Protolabs。我们在知识渊博的员工之间,自动引用过程和自由可含可分析,即使是最具化学挑战性的材料也很容易掌握。

一如既往,如果您有疑问或疑虑,请随时与Protolabs的应用工程师联系,+44(0)1952 683047或cheuduservice@protolabs.co.uk.讨论选项。