Cách thiết kế cấu trúc khuôn ép phun cho vỏ dụng cụ điện chịu thử nghiệm rơi 1.5 m

Đối với thử nghiệm rơi 1.5 m, đừng vội chấp nhận lời hứa chung chung của nhà máy khuôn—con số này không phải là giá trị tiêu chuẩn quốc gia.

Tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc sử dụng 1 m, ba lần rơi và bề mặt bê tông làm tiêu chí đạt. Từ IEC 60745-1, các yêu cầu an toàn chung cho dụng cụ điện cầm tay, đến IEC 62841-1 mới hơn, tiêu chuẩn cơ bản đó vẫn không thay đổi. Yêu cầu 1,5 m là mục tiêu kiểm soát nội bộ nghiêm ngặt hơn do các chủ thương hiệu và khách hàng dụng cụ dùng pin lithium đặt ra. Nó khó hơn 50% so với tiêu chuẩn an toàn. Một khách hàng đưa ra một yêu cầu – “vỏ phải vượt qua thử nghiệm thả rơi từ độ cao 1,5 m” – và tất cả những gì bạn có là một bản vẽ 3D. Bạn nên chọn loại nhựa nào? Cấu trúc nên được thiết kế như thế nào? Những con số nào quan trọng nhất trong thử nghiệm T0? Nhiều người mua và kỹ sư không tự tin về những quyết định đó.

Bài viết này phân tích vấn đề từ khía cạnh thiết kế cấu trúc khuôn: yêu cầu 1.5 m đến từ đâu, nên chọn cấp vật liệu nào, các quy tắc cấu trúc cần tuân thủ, phía khuôn phải làm gì để hỗ trợ thiết kế, và cuối cùng là cách đánh giá tại T0 liệu chi tiết có khả năng đạt yêu cầu hay không. Sau khi đọc, bạn sẽ biết những thông số nào phải được chốt trước khi bắt đầu chế tạo khuôn—thay vì chỉ đoán mò sau khi mẫu bị nứt trong thử nghiệm thả rơi.

Nguồn gốc của yêu cầu 1,5 m

Yêu cầu 1,5 m không phải được chọn ngẫu nhiên. Nó đến từ ba lớp yêu cầu nghiêm ngặt hơn. Các công cụ dùng pin lithium phải vượt qua chứng nhận 3C cho pin theo hệ thống GB 31241, và hạng mục độ bền cơ học đã yêu cầu thử nghiệm thả rơi sáu mặt từ độ cao 1,5 m. Trong các hồ sơ mời thầu mua sắm của chính phủ đối với dụng cụ điện, các yêu cầu về vật liệu vỏ thường được quy định rõ ràng là “dụng cụ trần phải chịu được va đập khi rơi từ độ cao 1,5 m.” Sau đó, các chủ thương hiệu bổ sung tiêu chuẩn nội bộ của riêng họ, và hầu hết các công cụ dùng pin lithium được đánh giá theo tiêu chuẩn 1,5 m. Kết hợp ba yếu tố đó lại, 1,5 m trở thành tiêu chuẩn kiểm tra mặc định trong ngành này.

Yêu cầu an toàn cơ bản là gì? Đối với các dụng cụ cầm tay thông thường, đó là thử nghiệm rơi 1 m, ba lần, tại ba vị trí bất lợi nhất, xuống bề mặt bê tông. Điều 20.3 của GB 3883.7-2012, các yêu cầu đặc biệt đối với dụng cụ búa, nêu rõ: dụng cụ nặng không quá 10 kg phải chịu được ba lần rơi từ độ cao 1 m xuống bề mặt bê tông. Nếu khách hàng kiểm tra ở độ cao 1,5 m, điều đó có nghĩa là thêm 50% năng lượng va đập vào trên mức an toàn cơ bản.

Điểm này phải được làm rõ trước khi bắt đầu chế tạo khuôn. Nếu nhà cung cấp dùng lý do “tiêu chuẩn quốc gia không yêu cầu” để từ chối yêu cầu 1.5 m, đó là sự chuyển đổi loại hình, không phải là một lập luận kỹ thuật hợp lệ. Nếu bạn dự định kiểm tra ở độ cao 1.5 m, đừng mong đợi nhà máy khuôn tự động thiết kế theo mức đó. Hãy đưa tiêu chuẩn chính xác, chiều cao và số lần thả rơi vào hợp đồng. Điều đó quan trọng hơn bất kỳ lời hứa miệng nào.

Cách chọn vật liệu vỏ

Nếu vật liệu sai, ngay cả một cấu trúc được thiết kế tốt cũng không thể cứu được chi tiết. Lựa chọn vật liệu đặt ra giới hạn dưới cho hiệu suất chịu va đập.

Đối với máy mài góc và búa xoay chuyên nghiệp, vỏ thường được làm từ PA66+GF30, hoặc nylon 66 gia cường sợi thủy tinh. Lý do rất đơn giản: khả năng chịu nhiệt khoảng 120 °C, độ cứng cao và ổn định kích thước tốt. Nó có thể xử lý sự tăng nhiệt độ xung quanh khoang động cơ. Nhưng một hiểu lầm phổ biến cần được làm rõ: vật liệu chứa sợi thủy tinh không tự động tốt hơn trong việc chịu va đập khi rơi. Sợi thủy tinh cải thiện độ cứng và khả năng chịu nhiệt. Nó thực sự làm giảm độ bền va đập so với PC/ABS. Khi nylon chứa sợi thủy tinh hoạt động tốt trong các thử nghiệm thả rơi, cấu trúc đang thực hiện phần lớn công việc—chứ không phải chỉ riêng nhựa. Về độ bền va đập khi rơi thuần túy, PC/ABS mạnh hơn một bậc.

(Các dải độ bền va đập trên là giá trị tham chiếu điển hình. Chúng thay đổi theo cấp độ vật liệu, nhưng xu hướng là đáng tin cậy.)

PC/ABS là loại nhựa được sử dụng rộng rãi nhất cho vỏ dụng cụ điện. PC mang lại khả năng chống va đập, và ABS giúp việc đúc dễ dàng hơn. Khả năng chịu nhiệt có thể vượt quá 120 °C. Điểm yếu của nó là nhiệt độ thấp. Ở khoảng -10 °C, độ bền va đập giảm đáng kể. Đối với các dụng cụ xuất khẩu sang Bắc Âu hoặc Nga, việc rơi vào mùa đông có thể khiến PC/ABS nứt vỡ giòn. Nếu độ bền ở nhiệt độ thấp quan trọng, PA66+GF hoặc loại PC/ABS chịu lạnh là một yêu cầu bắt buộc, không phải vấn đề tùy chọn.

Thay đổi vật liệu cũng là con đường sửa chữa tốn kém nhất. Nhựa ABS chỉ có giá khoảng vài đô la mỗi kilôgam, trong khi PA66+GF30 có giá khoảng $4 đến $5 mỗi kilôgam. Chuyển từ cấp độ cơ bản sang cấp độ chuyên nghiệp có thể làm tăng thêm vài đô la vào chi phí của mỗi bộ phận. Vì vậy, thứ tự đúng là khắc phục cấu trúc trước. Bố trí gân, bán kính và độ dày thành thường có thể được cải thiện thông qua việc sửa đổi khuôn mà hầu như không làm tăng thêm chi phí bộ phận. Nếu bộ phận vẫn không đạt yêu cầu sau đó, hãy thảo luận về việc thay đổi vật liệu. Thay đổi nhựa quá sớm có nghĩa là yêu cầu vật liệu giải quyết một vấn đề mà cấu trúc lẽ ra phải xử lý.

Những điều cần chú ý trong thiết kế cấu trúc

Hầu hết các vết nứt trong thử nghiệm rơi đều bắt đầu từ các góc. Đó là nơi năng lượng va đập toàn bộ tác động vào chân chốt và giao điểm của gân. Vì vậy, thiết kế góc và bán kính góc quan trọng hơn các bề mặt phẳng lớn. Xếp hạng theo tần suất, bốn chế độ hỏng hóc chính là nứt góc khi rơi, gãy chốt, nứt tại đường hàn và nứt tại vị trí gắn động cơ hoặc chân tay cầm. Nếu bạn kiểm soát được hai vấn đề đầu tiên, một nửa số vấn đề rơi vỡ đã được giải quyết.

Gân là đặc điểm cấu trúc chính giúp chống rơi và tăng độ cứng.Độ dày gân nên bằng 0,5-0,7 lần độ dày thành danh nghĩa. Chiều cao gân không được vượt quá 3 lần độ dày thành. Bán kính chân gân nên ít nhất bằng 0,5 lần độ dày thành. Khoảng cách giữa các gân nên lớn hơn 2 lần độ dày thành. Vượt quá các con số này, bạn sẽ không tăng thêm độ bền. Bạn đang tạo ra vết lõm và điểm khởi phát vết nứt. Nếu bề mặt thẩm mỹ phải không có vết lõm, độ dày gân cần được giới hạn ở khoảng 0,3 lần độ dày thành.

Độ dày thành phải đồng nhất. 2.5-4 mm là phạm vi điển hình cho các vỏ bọc cấp chuyên nghiệp.Thay đổi độ dày đột ngột là trường hợp tệ nhất. Va đập khi rơi sẽ làm rách bộ phận ngay tại điểm chuyển tiếp. Nếu không thể tránh khỏi sự chuyển tiếp, hãy sử dụng độ côn dần 3:1 thay vì một bước. Thành dày hơn không phải lúc nào cũng bền hơn. Thời gian làm mát tăng gần như theo bình phương độ dày thành, vì vậy thành dày hơn tốn kém hơn và dễ tạo ra vết lõm hơn.

Các góc sắc nhọn là điểm khởi phát vết nứt vì các bộ phận đúc phun rất nhạy cảm với vết khía.Khi bán kính góc chỉ bằng một phần mười độ dày thành, hệ số tập trung ứng suất có thể đạt 3. Khi bán kính đạt ít nhất một nửa độ dày thành, nó có thể giảm xuống khoảng 1,5. Đó là tiêu chuẩn tối thiểu của ngành. Ba vị trí phải có bán kính phù hợp: chân chốt, giao điểm gân và chuyển tiếp độ dày thành.

 

Chốt là điểm hỏng hóc do rơi phổ biến nhất.Bán kính chân lẫy không được nhỏ hơn một nửa độ dày của lẫy. Không tạo giao điểm hình chữ thập giữa lẫy và gân. Giao điểm đó trở thành điểm tập trung ứng suất trong quá trình thả rơi. Đối với lẫy công xôn, hãy làm dày chân lẫy dần dần. Không sử dụng chuyển tiếp góc 90 độ sắc nét. Thường thì tốt hơn là làm lẫy nhỏ hơn một chút lúc đầu và để lại không gian điều chỉnh cho các thay đổi khuôn. Lẫy là một trong những tính năng được sửa đổi thường xuyên nhất trong các dự án vỏ chống rơi. Nếu bạn làm chúng quá mạnh ngay từ lần đầu, chúng sẽ khó tinh chỉnh hơn sau này.

Khi một góc chịu va đập, toàn bộ tải trọng va đập sẽ đi thẳng vào chân chốt.

Phía khuôn phải làm gì

Vị trí cổng phun quyết định vị trí đường hàn.Trong nhiều nhà máy, cổng phun đơn giản được gọi là cuống phun hoặc điểm cổng phun. Đường hàn hình thành khi hai mặt chảy gặp nhau trong khoang khuôn. Độ bền liên kết tại đó yếu hơn, và đây là vị trí nứt phổ biến trong các thử nghiệm thả rơi. Ba quy tắc quan trọng ở đây: đặt cổng phun ở phần dày hơn để nhựa chảy từ dày đến mỏng; giữ đường hàn tránh xa các khu vực chịu tải như chốt, gốc tay cầm và các góc; và cung cấp một giếng vật liệu nguội đủ lớn để vật liệu nguội không đi vào khoang khuôn. Phân tích dòng chảy khuôn tồn tại chính vì lý do này. Trước khi bắt đầu chế tạo khuôn, hãy tính toán vị trí đường hàn sẽ xuất hiện và di chuyển nó ra khỏi vùng chịu tải. Việc khắc phục điều này trong khuôn rẻ hơn nhiều so với trong thiết kế chi tiết.

Hiện tượng bạc màu do đẩy là ứng suất bên trong ẩn bên trong chi tiết.Nếu độ côn không đủ, lực đẩy sản phẩm sẽ tăng lên. Khi đó, chi tiết sẽ xuất hiện vết trắng do chốt đẩy. Điều đó có nghĩa là ứng suất nội bộ đã bị giữ lại bên trong sản phẩm đúc, và chi tiết có thể bị nứt từ vị trí đó trong thử nghiệm rơi. Độ côn không chỉ liên quan đến ngoại hình. Bề mặt nhẵn cần ít nhất 0.5° độ côn. Bề mặt có vân nên có độ côn trên 2°. Vân sần nặng nên có độ côn trên 3°. Gân cao cần thêm 1° độ côn. Các chốt đẩy nên được bố trí theo một mẫu phân tán và cân bằng. Đừng để một điểm cục bộ chịu toàn bộ lực. Các chi tiết có undercut bên trong như chốt/lẫy nên dành không gian cho bộ phận nâng hoặc chốt góc. Đừng ép một undercut vào thiết kế kéo thẳng.

Chọn thép làm khuôn theo điều kiện làm việc, không phải theo sự tăng giá.Đối với khuôn vỏ, thép 718H hoặc NAK80 đã được tiền tôi luyện thường là đủ. Chúng có thể hỗ trợ tuổi thọ khuôn hàng trăm nghìn chu kỳ và vẫn cung cấp mức độ đánh bóng cần thiết. Nếu chi phí phải được kiểm soát, P20 ở HRC 28-32 có thể sử dụng được. S136 thường được dành cho các bộ phận trong suốt. Khuôn vỏ không phải là ứng dụng chịu mài mòn cực cao, vì vậy không cần phải chuyển sang H13 hoặc DC53. Trước khi ra mắt mộtKhuôn ép phunHãy đưa các yêu cầu này vào bảng thông số kỹ thuật khuôn. Điều đó sẽ tiết kiệm một chu kỳ lặp lại hoàn chỉnh so với việc tranh cãi trong quá trình chạy thử.

Cách dự đoán đạt hay không đạt tại T0

Một nhà máy khuôn có năng lực sẽ bắt đầu kiểm tra khả năng chịu rơi ở giai đoạn T0—lần chạy máy thử nghiệm đầu tiên và chạy mẫu đầu tiên. Thử nghiệm đầu tiên ở độ cao 1 m, sau đó chuyển sang 1,5 m để kiểm tra biên độ an toàn. Vị trí nứt sẽ cho bạn biết điều gì sai: thiết kế gân xấu, ứng suất do vị trí cổng phun, hoặc ứng suất nội bộ do hư hỏng khi đẩy sản phẩm. Các vị trí nứt T0 phổ biến nhất là chân chốt và các góc. Điều đó không có nghĩa là khuôn bị loại bỏ. Nó có nghĩa là khuôn nên chuyển sang giai đoạn sửa chữa T1. Nếu bạn đợi đến khi sản xuất hàng loạt mới chạy thử nghiệm rơi, ngay cả một thay đổi nhỏ ở khuôn cũng có thể trở thành một sự gián đoạn lớn.

Ở giai đoạn T0, ba kiểm tra về phía khuôn là đủ để đưa ra đánh giá sớm về hiệu suất chịu rơi:

Khách hàng thường kiểm tra dựa trên hai điểm: không có vết nứt xuyên và khởi động bình thường sau khi rơi. Đối với các bộ phận mang điện và vỏ, điện trở cách điện thường được yêu cầu duy trì ở mức 2 MΩ trở lên. Các vết xước sâu làm lộ vật liệu nền cũng có thể gây ra sự từ chối. Đó là lý do tại sao khách hàng thường ghi lại toàn bộ quá trình thử nghiệm và đôi khi mang theo máy đo độ cứng để bàn. Chỉ có ba cách thực tế để xử lý tranh chấp: xác định tiêu chuẩn, chiều cao và số lần rơi trong hợp đồng trước khi sản xuất; quay video quá trình rơi làm bằng chứng; và chuẩn bị ba bộ mẫu.

Câu hỏi thường gặp

Thử nghiệm thả rơi 1.5 m có được yêu cầu bởi tiêu chuẩn quốc gia không?
Không. Theo hệ thống GB 3883 và IEC 60745/62841, tiêu chuẩn cơ bản về thử nghiệm rơi chung cho dụng cụ cầm tay là 1 m với ba lần rơi. Yêu cầu 1,5 m là một điều kiện nghiêm ngặt hơn do các chủ sở hữu thương hiệu, khách hàng dụng cụ dùng pin lithium và hồ sơ mời thầu đặt ra. Nó khó hơn 50% so với tiêu chuẩn an toàn cơ bản. Khi một nhà cung cấp nói “tiêu chuẩn quốc gia không yêu cầu điều đó,” họ đang sử dụng mức tối thiểu như thể đó là mức mục tiêu.

Vật liệu chứa sợi thủy tinh có khả năng chống rơi tốt hơn không?
Không. PA66+GF30 cải thiện độ cứng và khả năng chịu nhiệt, nhưng độ bền va đập của nó thấp hơn PC/ABS. Nylon gia cường sợi thủy tinh chịu được va đập chủ yếu nhờ thiết kế cấu trúc, chứ không phải vì bản thân vật liệu vốn dĩ bền hơn. Nếu độ bền va đập thuần túy là ưu tiên hàng đầu, hãy chọn PC/ABS. Nếu khả năng chịu nhiệt và độ cứng quan trọng hơn, hãy chọn nylon gia cường sợi thủy tinh. Mỗi loại giải quyết một vấn đề khác nhau.

Thành vỏ dày hơn có luôn cải thiện khả năng chống rơi không?
Không. Độ dày thành đồng nhất là ưu tiên hàng đầu. Phạm vi tiêu chuẩn chuyên nghiệp điển hình là 2,5-4 mm. Thay đổi độ dày đột ngột trở thành điểm tập trung ứng suất, và bộ phận sẽ bị rách/vỡ tại đó trong quá trình rơi. Hãy sử dụng chuyển tiếp dần 3:1 thay vì một bước/gờ.

Nếu mẫu T0 bị nứt trong thử nghiệm rơi, liệu khuôn có bị loại bỏ không?
Không. T0 tồn tại để tìm ra vấn đề. Vị trí vết nứt chỉ ra nguyên nhân. Nứt tại chân chốt và các góc có nghĩa là tập trung ứng suất. Nứt tại đường hàn có nghĩa là vấn đề liên quan đến cổng phun. Nứt tại các điểm bạc màu do chốt đẩy có nghĩa là độ côn không đủ. Cách khắc phục là điều chỉnh gân, di chuyển cổng phun hoặc thêm độ côn, sau đó xác minh lại sau khi sửa lỗi T1.

Yêu cầu 1,5 m tiết lộ điều gì về cách một nhà máy khuôn hoạt động

Giải pháp cho thử nghiệm thả rơi 1.5 m không nằm ở bản thân việc thả rơi. Nó nằm ở công việc thiết kế được thực hiện trước khi bắt đầu gia công khuôn. Cấu trúc là tuyến phòng thủ đầu tiên, vật liệu là thứ hai, hỗ trợ khuôn là thứ ba, và T0 là giai đoạn mà sự phòng thủ đó được xác minh. Đảo ngược thứ tự đó, chi phí sẽ tăng gấp đôi. Thay đổi vật liệu trước, sửa đổi cấu trúc thứ hai, và chỉ sau đó kiểm tra khuôn là con đường tốn kém nhất. Về cơ bản, đây là một vấn đề về kỷ luật thiết kế: trước khi bắt đầu gia công khuôn, yêu cầu 1.5 m phải được coi là một vấn đề thiết kế khó hơn 50% so với tiêu chuẩn quốc gia.

moldsteells hoạt động trong lĩnh vực Ép phun nhựa, và khuôn cho vỏ dụng cụ điện cùng các bộ phận kết cấu là một trong những mảng kinh doanh chính của công ty. Đội ngũ theo dõi các điểm kiểm tra này với khách hàng từ giai đoạn T0 trở đi—vị trí đường hàn, thông số bán kính và kết quả sàng lọc thử nghiệm rơi sớm. Những đánh giá đó thể hiện trong chi tiết cách một nhà máy khuôn hoạt động, chứ không phải trong bảng báo giá.

Mang các danh sách kiểm tra này đến cuộc họp đánh giá DFM và xem xét từng dòng với nhà máy khuôn. Nhà cung cấp có thể đáp ứng chúng là nhà cung cấp có khả năng cao nhất giúp vỏ sản phẩm vượt qua thử nghiệm rơi 1,5 m.