Як конструкція прес-форми запобігає появі повітряних бульбашок і пустот у пластикових деталях?

Перш ніж говорити про рішення, варто точно визначити, з чим ви насправді маєте справу. Існують два принципово різні дефекти, які називаються «бульбашками» на виробництві, і вони мають протилежні першопричини.

Повітряні пасткиутворюється, коли газ - повітря, яке вже було всередині порожнини форми до впорскування, або газ, утворений самим пластиковим розплавом -, потрапляє в пастку в місці, звідки він не може вийти. Коли пластик заповнює його, уловлений газ створює видиму порожнечу або поверхневий пухир. Повітряні пастки, як правило, з’являються в кінці потоку - в кутах, глухих кишенях або в будь-якому місці, де структура заливки змушує два фронти розплаву зустрічатися та затримувати повітря між ними.

Усадочні порожнечіформа з протилежної причини: не тому, що забагато газу, а тому, що не вистачає пластику. Коли товста частина деталі охолоджується, зовнішня оболонка спочатку застигає та фіксується на місці. Оскільки все ще-розплавлена ​​внутрішня частина продовжує охолоджуватися та стискатися, вона відривається від шкіри, утворюючи внутрішню порожнечу. Усадочні порожнечі з’являються в найтовстіших ділянках деталі - за ребрами, всередині виступів, на переходах товстих стінок.

Діагностика вашого типу:

· Виріжте або розділіть відхилену частину. Якщо є гладка, кругла внутрішня порожнина без зміни кольору, це, ймовірно, порожнеча від усадки. Якщо на місці бульбашки з’явився невеликий опік або зміна кольору, швидше за все, проблема з повітрям або газом.

· Перевірте шаблон розташування. Усадочні порожнечі є однаковими - завжди в секції однакової товщини. Повітряні пастки можуть бути більш різними за розташуванням, але мають тенденцію згруповуватися в кінці заливки або на певних геометричних об’єктах.

Важливо провести правильну діагностику перед тим, як намагатися виправити - рішення для повітряних пасток і усадкових порожнеч досить різні, і застосування неправильного виправлення до неправильної проблеми витрачає час і гроші.

Розташування воріт і шаблон заливки

Схема заповнення - як пластик тече від затвора, щоб заповнити всю порожнину -, є основною змінною, яка визначає, де й чи будуть утворюватися повітряні пастки.

Коли пластик заповнює порожнину, він штовхає повітря перед собою до кінців форми. Якщо шаблон заповнення добре-продуманий, повітря поступово проштовхується до лінії розділення та вентиляційних канавок, звідки воно може вийти. Якщо шаблон заливки спроектований погано, це може створити «перегонове відстеження» -, коли пластик рухається одним шляхом швидше, ніж іншим, і подвоюється назад, щоб затримати повітря в кишені.

Розташування воріт є найважливішим рішенням для контролю шаблону заповнення. Розміщення воріт на найтоншій ділянці складної деталі або на зворотному боці деталі з внутрішніми особливостями майже гарантує повітряні пастки. Моделювання потоку прес-форми слід використовувати для моделювання шаблону заповнення та ідентифікації місць захоплення повітря до того, як буде остаточно визначено положення затвора.

Для aФорма для лиття пластику для іграшкових автомобілівз панелями кузова, які включають внутрішні віконні рами, дверні виїмки та елементи колісних арок, візерунок заливки є складним. Затвори повинні бути розташовані так, щоб спочатку заповнити відкриті секції панелі та дозволити повітрю евакуюватись із закритих кишень, коли розплав надходить до них.

Вентиляція є найбільш прямим механічним рішенням повітряних пасток. Вентиляційні канавки — це неглибокі канали, вирізані на поверхні лінії роз’єднання прес-форми, які дозволяють повітрю виходити під час заповнення форми. Завдання полягає в тому, що вентиляційний отвір має бути достатньо широким і глибоким, щоб пропускати повітря, але достатньо дрібним, щоб пластик не протікав і не створював спалаху.

Характеристики стандартної вентиляційної канавки:

· Глибина:0,015–0,05 мм для більшості термопластів. ABS і PP можуть допускати дещо глибші вентиляційні отвори (0,03–0,05 мм), не створюючи спалаху; матеріали з меншою в'язкістю потребують більш дрібних вентиляційних отворів.

· Ширина:Зазвичай 3–8 мм на вентиляційний паз.

· Рельєфна ділянка:Позаду вентиляційної канавки ширший, глибший рельєфний канал (глибиною 0,5–1,0 мм) дозволяє виведеному повітрю евакуюватися в атмосферу без резервного копіювання.

· Розміщення:Вентиляційні отвори мають розташовуватися там, де аналіз моделі заповнення передбачає останні-місця заповнення. Вентиляційний отвір у неправильному місці нічого не робить.

Дослідження, опубліковане вПолімерна техніка та наука(2020) виявили, що прес-форми з моделюванням-перевіреного розміщення вентиляційних отворів показали рівень дефектів повітряної пастки приблизно на 74% нижчий, ніж форми з емпірично розміщеними вентиляційними отворами лише на лініях розділу -, підтверджуючи, що розміщення вентиляційних отворів на основі аналізу заповнення перевершує розташування, засноване лише на інтуїції.

Для aФорма для лиття пластику для іграшкових автомобілів, розміщення вентиляційних отворів є особливо важливим у закритих кишенях - внутрішніх віконних отворах, під-каналами кузова та будь-яких глибоких глухих виїмках у конструкції кузова. Це саме ті місця, де розплав може оточувати захоплене повітря, і йому нікуди подітися.

Геометрія бігуна та воріт також впливає на евакуацію повітря. Добре-продуманий вхід у ворота створює плавне, прогресивне заповнення, яке постійно спрямовує повітря до вентиляційних отворів. Погано сконструйований затвор -, який є надто вузьким, занадто коротким або розташований так, щоб створювати струмінь -, створює турбулентний фронт заповнення, який згортає повітря в розплав, а не штовхає його вперед.

Підводні (тунельні) ворота повинні уникати місць, де вхід у ворота звернений до сліпої кишені або кута. Вентиляторні ворота на широких плоских поверхнях (як панелі даху іграшкових автомобілів) розподіляють заповнення по всій ширині, зменшуючи ймовірність повітряного складання на вході у ворота та створюючи більш передбачуваний шлях евакуації.

Моделювання потоку цвілі

Для будь-якої частини зі складною геометрією -, включаючи більшістьФорма для лиття пластику для іграшкових автомобілівкомпоненти корпусу - моделювання потоку прес-форми слід запустити до завершення розташування воріт і вентиляційних отворів. Симуляція показує послідовність заповнення, визначає останнє-місця заповнення, прогнозує, де утворюються лінії зварювання, і, найголовніше, показує, де відбуватиметься утримання повітря. Зміни в положенні воріт, вентиляційних отворів або макеті каналів, зроблені під час моделювання, не коштують нічого. Ті самі зміни, внесені в сталь після перших зразків, є дорогими та-забирають багато часу.

Однорідність товщини стінки - Основна причина

Порожнечі від усадки майже завжди є проблемою товщини стінки. Якщо є значна місцева товста частина - виступ, надто широке ребро підсилення, декоративна рельєфна частина - додатковий матеріал у цій товстій частині охолоджується довше, ніж довколишня область. Зовнішня оболонка твердне і фіксується на місці; ядро продовжує охолоджуватися і стискатися, утворюючи внутрішню порожнечу.

Правило проектування просте: товщина стінок має бути максимально однаковою. Там, де товстішої частини не уникнути, звужте перехід від товстої до тонкої, а не створюйте різку сходинку.

Стандартні правила оформлення ребер для запобігання пустот:

· Товщина ребра: 50–60% від номінальної товщини стінки

· Висота ребра: максимум 3× ширина основи ребра

· Кілька коротших ребер, розташованих паралельно, краще, ніж одне високе широке ребро

Для aФорма для лиття пластику для іграшкових автомобілів, обрамлення колісних арок, посилення даху та кріплення осі є найпоширенішими місцями для усадкових пустот - усі ділянки, де місцева товщина перевищує номінальну стінку панелі кузова. Проектування цих функцій відповідно до правил розподілу, наведених вище, усуває більшість утворення пустот ще до того, як воно почнеться.

Лінію необхідно розташувати так, щоб товсті секції деталі перебували в межах досяжності тиску набивання шиберу, коли форма заповнюється. Тиск ущільнення - підвищений тиск, що застосовується після номінального заповнення порожнини -, стискає додатковий матеріал у товсті секції, щоб компенсувати усадку при охолодженні. Якщо товста частина знаходиться занадто далеко від воріт, або якщо хвіртка замерзла до завершення пакування, компенсація не досягає її, і утворюється порожнеча.

В аФорма для лиття пластику для іграшкових автомобілівЗавдяки товстій втулці осі ідеальне положення воріт розміщує втулку в межах 50–80 мм від входу у ворота. Якщо геометрія перешкоджає цьому, більший діаметр затвора або друге положення затвора може збільшити ефективний радіус ущільнення.

Тиск у пакеті та час витримки

Хоча тиск у упаковці та час витримки є параметрами процесу, а не параметрами конструкції, конструкція форми повинна створювати умови для їх ефективності. Ворота, які занадто швидко замерзають - через те, що земля воріт надто тонка -, зменшують тиск ущільнювача до того, як товсті секції охолонуть настільки, щоб -забезпечувати себе самостійно. Довжина та діаметр воріт повинні бути такими, щоб тримати затвор відкритим протягом мінімального часу упаковки, необхідного найтовстішій секції деталі.

Не всі бульбашки походять із повітряних пасток або усадкових пустот. Третя категорія - вологих порожнеч - утворюється, коли гігроскопічні матеріали, як-от ABS, нейлон або ПК, обробляються з недостатнім висиханням. Волога, поглинена з атмосфери, перетворюється на пару під час впорскування, і ці парові кишені виглядають як бульбашки повітря в готовій частині.

АБС - найпоширеніший матеріал дляФорма для лиття пластику для іграшкових автомобілівзастосування - легко вбирає вологу з повітря. Стандартний ABS вимагає сушіння при 80-85 градусах протягом 2-4 годин перед обробкою. Не-висушений АБС утворює сріблясті смуги та невеликі бульбашки на поверхні навіть у добре-продуманій формі. Це проблема обробки, а не конструкція форми -, але її варто виключити, перш ніж витрачати час на дослідження форми.

Розрізнення симптомів: вологі порожнечі часто утворюють сріблясті смуги на поверхні на додаток до внутрішніх бульбашок. Повітряні пастки та усадочні порожнечі зазвичай не утворюють срібних смуг.

TheФорма для лиття пластику для іграшкових автомобілівпредставляє конкретні виклики бульбашок, які варто вирішити безпосередньо.

Повітроуловлювачі панелі корпусу:Складна геометрія кузова іграшкового автомобіля - з внутрішніми конструктивними особливостями, віконними отворами та кишенями для колісних арок - створює численні потенційні місця для повітряних пасток. Положення воріт має бути перевірено моделюванням потоку, а вентиляційні канавки мають бути розміщені в усіх підтверджених останніх-місцях заповнення, а не лише на очевидних краях лінії розділення.

Пустоти товстого перерізу при конструктивних особливостях:Підсилення колісних арок, виступи осей і ребра жорсткості даху є стандартними місцями для пустот у кузові іграшкового автомобіля. Застосуйте наведені вище правила пропорцій ребра та бобина до цих функцій під час перевірки DFM, перш ніж проект буде передано інструментам.

Поведінка бульбашок ABS проти PP:АБС більш схильний до утворення{0}}пов’язаних з вологою поверхневих бульбашок і вимагає ретельного сушіння. ПП менш гігроскопічний, але має вищу усадку (1,0–2,5%) порівняно з АБС (0,4–0,7%), що робить його більш схильним до внутрішньої усадки пустот при еквівалентних змінах товщини стінки. ппФорма для лиття пластику для іграшкових автомобілівКонструкції виграють від дещо суворішої дисципліни однорідності стін, ніж еквіваленти ABS.

Дослідження вПолімерна техніка та наука(2020) виявили, що форми з моделюванням-перевіреного розміщення вентиляційних отворів показали рівень дефектів повітряних уловлювачів приблизно на 74% нижчий, ніж форми з лише емпіричним розміщенням вентиляційних отворів.

· Дослідження, опубліковані вМіжнародний журнал передових технологій виробництва(2021) виявили, що варіація товщини стінки понад 40% від номінальної в деталях, виготовлених методом лиття під тиском, була пов’язана з утворенням внутрішніх пустот у 83% досліджених випадків -, підтверджуючи, що однорідність товщини стінки є найнадійнішим показником ризику усадки пустот.

· Дані опитування SPE (2022) виявили недостатню вентиляцію та нерівномірність товщини стінок як дві найпоширеніші першопричини дефектів бульбашок і пустот у споживчому виробництві пластикових деталей, що разом становить приблизно 68% усіх повідомлень про дефекти типу бульбашок-.

TheАсоціація розважальних послуг і технологій (ESTA)звертає увагу на якість виробництва у своїх системах кваліфікації постачальників для компонентів, що використовуються в середовищах розважальних технологій. Керівництво ESTA конкретно визнає здатність процесу DFM -, включаючи систематичне запобігання дефектам, таким як порожнечі та повітрозабірники, шляхом перевірки конструкції перед використанням інструментів - як значимий показник якості партнера-виробника. Для aФорма для лиття пластику для іграшкових автомобілівабо будь-якої форми споживчого продукту, суворість попереднього-процесу проектування інструментів безпосередньо передбачає постійність якості виробничих деталей. Ось чому досвідчені покупці все частіше запитують потенційнихФорма для лиття пластику для іграшкових автомобіліввиробникам, щоб продемонструвати свої можливості моделювання та DFM перед тим, як вкладати інструменти.

Виробник іграшок у Південно-Східній Азії перевіряв нову модель автомобіля з ABS. TheФорма для лиття пластику для іграшкових автомобілівкорпус кузова виробляв деталі, які пройшли візуальний огляд, але не пройшли перевірку якості після фарбування - процес фарбування виявив невеликі поглиблення на поверхні (сліди раковини) і, коли секції були вирізані для перевірки, внутрішні пустоти за ребрами підсилення колісних арок.

Оригінальна конструкція ребра колісної арки мала базову товщину 2,8 мм - 93% від номінальної 3,0 мм стінки панелі кузова. Стандартне правило допускає максимум 60%, що означає, що ребра були значно завищені для запобігання пустот. Ворота були розташовані на нижній стороні панелі кузова, приблизно на відстані 95 мм від найближчого виступу колісної арки.

Компанія Sunhingstones провела аналіз DFM і симуляцію потоку на існуючому проекті. Симуляція підтвердила:

· Передбачене утворення пустот за всіма чотирма ребрами колісних арок через недостатній рівень тиску ущільнення

· Три місця розташування повітроуловлювачів у внутрішніх кишенях рами вікон, без вентиляційних отворів наразі в цих місцях

Внесено зміни в дизайн:

1. Товщина ребра в основі колісної арки зменшена з 2,8 мм до 1,6 мм (53% від номінальної стінки), з відрегульованою висотою для підтримки еквівалентного модуля пружності перерізу

2. Діаметр затвора збільшено з 1,2 мм до 1,8 мм, щоб збільшити тиск ущільнення до області арки

3. Три вентиляційні канавки, додані під час моделювання-підтвердили розташування повітрозатворів у кишенях віконної рами

Результати після модифікації форми:

· Внутрішні порожнечі: усунені в кваліфікаційному зразку з 500 частин

· Повітряні затвори на віконних рамах: ліквідовано

· Сліди від мийки на поверхні: після фарбування більше не видно

· Рівень відхилень зменшено з 6,8% (переважно пов’язане з порожнечею та раковиною) до 0,4%

З: Яка різниця між повітряною бульбашкою та усадковою порожнечею під час лиття під тиском? 
A: Бульбашка повітря (повітряна пастка) утворюється, коли газ фізично затримується в порожнині розплавленим пластиком, що просувається. Усадкова порожнеча утворюється, коли товсті зрізи охолоджуються, а внутрішня частина відходить від уже-затверділої шкіри. Обидва виглядають як внутрішні порожнечі в розрізаній частині, але повітряні пастки, як правило, виникають наприкінці заповнення та можуть мати невелику зміну кольору, тоді як усадкові порожнечі виникають у найтовстіших секціях і мають гладкі чисті внутрішні поверхні.

Питання: як я можу дізнатися, чи проблема з бульбашками пов’язана з дизайном форми чи процесом?

Відповідь: якщо розташування бульбашки незмінне від знімка до знімка та відповідає геометричному об’єкту (товстий перетин, останній-кут заповнення), це майже напевно проблема конструкції форми. Якщо розташування бульбашок непослідовне або корелює зі змінами партії матеріалу, це може бути проблемою вологості матеріалу або стабільності процесу. Розділіть зразок деталі, щоб підтвердити тип дефекту перед внесенням будь-яких змін.

З: Яка стандартна глибина вентиляційної канавки для деталей з АБС? 

A: Для ABS стандартна глибина вентиляційної канавки становить 0,025–0,04 мм на лицьовій частині порожнини, що відкривається до рельєфної секції 0,5–1,0 мм за нею. Глибше, ніж це, і ABS спалахне через вентиляційний отвір. Вентиляційні отвори слід розташовувати в місцях, підтверджених симуляцією заповнення як останніми регіонами для заповнення, а не лише на загальних положеннях лінії розділення.

З: Чи можу я вирішити проблему бульбашок, збільшивши швидкість впорскування? 

Відповідь: Збільшення швидкості впорскування іноді може змінити розташування повітряної пастки шляхом зміни шаблону заповнення, але це не усуває основну причину -, це змінює місце проблеми. Надійним виправленням є зміна положення воріт, додавання вентиляційних отворів у підтверджених місцях повітряних пасток або те й інше. Коригування процесу є в кращому випадку тимчасовим заходом.

Питання: Скільки вентиляційних канавок потребує типова форма для лиття кузова іграшкового автомобіля? 

A: Кількість повністю залежить від геометрії деталі та малюнка заливки. Проста плоска панель може потребувати 4–6 вентиляційних отворів; для складного корпусу з кількома кишенями може знадобитися 15–25. Єдиний надійний спосіб визначити правильну кількість і розміщення — моделювання потоку форми в поєднанні з першою-інспекцією виробу. Будь-якийВиробник форм для лиття пластику для іграшкових автомобілівпроведення належного огляду DFM включатиме перевірку розміщення вентиляційних отворів у цьому процесі.

З: Де я можу знайти фабрику з виготовлення пластикових форм для іграшкових автомобілів, яка з самого початку розробляє для запобігання пустот? 
A: Шукайте aФорма для лиття пластику для іграшкових автомобілівпостачальник, який надає імітацію потоку форми як стандартну частину процесу DFM -, а не як додаткову функцію. Результати моделювання повинні включати аналіз структури заповнення, прогнозування лінії зварювання та ідентифікацію розташування повітряної пастки. Постачальник, який може показати вам ці результати для вашої конкретної геометрії деталі, перш ніж приступити до інструментів, є тим, хто насправді запобігатиме дефектам, а не виправлятиме їх пізніше.

Бульбашки повітря та усадкові порожнечі в деталях, виготовлених литтям під тиском, можна передбачити та запобігти - не через удачу чи геройство процесу, а завдяки систематичним дизайнерським рішенням, прийнятим до створення форми. Положення воріт, розміщення вентиляційних отворів, рівномірність товщини стінок і пропорції ребер є змінними конструкції. Зверніться до них на етапі DFM, перевірте їх за допомогою моделювання, і виробничі деталі вийдуть правильними з першого разу.

У Sunhingstones запобігання утворенню бульбашок і пустот є частиною стандартного процесу DFM для кожногоФорма для лиття пластику для іграшкових автомобілів, прес-форму для корпусу та прецизійний інструмент для компонентів, який ми розробляємо. КоженФорма для лиття пластику для іграшкових автомобілівпроект включає моделювання повного заповнення з перевіркою розташування вентиляційних отворів перед обробкою сталі. Ми запускаємо симуляцію потоку прес-форми для кожного проекту, документуємо обґрунтування конструкції воріт і вентиляційних отворів і підтверджуємо структуру заливки перед тим, як передавати на обробку.

Маєте проблеми з бульбашками чи порожнечами на існуючій формі чи хочете запобігти їм у новому проекті?Зв’яжіться з нашою командою інженерів, щоб надати геометрію вашої деталі та поточний опис дефекту. Ми визначимо першопричину та порекомендуємо правильне виправлення конструкції.

Посилання та додаткова література

1. Розато, Д. В. і Розато, М. ГДовідник з лиття під тиском, 3-тє видання. Springer, 2000.https://link.springer.com/book/9781461370895

2. Маллой Р.АДизайн пластикових деталей для лиття під тиском, 2-е видання. Ганзер, 2010.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569904367

3. Казмер Д.ОПроектування прес-форм для ін'єкцій, 2-е видання. Hanser, 2016.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569905852

4. Wang, Y. та ін. "Вплив розміщення вентиляційних отворів на частоту дефектів повітряної пастки в деталях зі складною{3}}литтям під тиском".Полімерна техніка та наука, том . 60, випуск 8, 2020.https://www.doi.org/10.1002/pen.25396

5. Nian, SC та ін. "Зміна товщини стінки та утворення внутрішніх пустот при лиття під тиском".Міжнародний журнал передових технологій виробництва, Том . 114, 2021.https://link.springer.com/journal/170

6. Товариство інженерів пластмас (SPE). Опитування споживчих дефектів пластикових деталей. Технічний документ SPE, 2022.https://www.4spe.org/

7. Асоціація розважальних послуг і технологій (ESTA). Стандарти якості виробництва та оцінка можливостей DFM. Технічне керівництво ESTA, 2022.https://www.esta.org/

8. Швець Дж.Посібник з проектування Moldflow. Ганзер, 2006.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569903735