一, Класифікація та механізм утворення бульбашок
Прозорі пластикові бульбашки для лиття під тиском в основному поділяються на два типи: захоплені бульбашки та вакуумні бульбашки, і механізм їх утворення тісно пов’язаний із властивостями матеріалу, параметрами процесу та конструкцією форми.
1. Затримані бульбашки газу: фізичні пастки для утримання газу
Коли розплав пластику заповнює порожнину форми, якщо конструкція вихлопної системи форми недостатня або швидкість впорскування надто висока, повітря всередині порожнини форми та газ, що утворюється в результаті розкладання пластику, не можуть бути виведені вчасно, і вони будуть загорнуті розплавом, утворюючи бульбашки. Наприклад, PC матеріал схильний до розкладання та утворення CO₂ за високих температур. Якщо роздільна поверхня прес-форми не обладнана випускною канавкою, газ буде залишатися всередині продукту, утворюючи круглі бульбашки діаметром 0,1-2 мм.
2. Вакуумна бульбашка: механічна гра напруги усадки
Під час процесу охолодження товстостінних прозорих компонентів (таких як лінзи та світловодні пластини) зовнішня поверхня швидко твердне через низьку температуру форми, тоді як внутрішній розплав створює негативний тиск через усадку. Якщо тиск витримки недостатній або час витримки занадто короткий, щоб компенсувати усадку, утворюється «вакуумна бульбашка». Цей тип бульбашки здебільшого розташований у центрі виробу, діаметром понад 5 мм, і з часом може розширюватися.
2, Попередня обробка матеріалу: усунення прихованих небезпек від джерела
Волога та летючі речовини в матеріалі є основними причинами утворення бульбашок. Якщо взяти ПК як приклад, його водопоглинання досягає 0,3% -0,4%. Якщо її не повністю висушити та нагріти вище 230 градусів, вода випаровуватиметься та утворюватиме бульбашки пари. Промислова практика показала, що:
Процес сушіння: PC потрібно сушити при 120-130 градусах більше 6 годин, з товщиною шару менше або дорівнює 30 мм і вмістом вологи менше або дорівнює 0,02%; ПММА вимагає сушіння при 70-80 градусах протягом 4 годин, товщиною шару 30-40 мм.
Обладнання для сушіння: використовується сушарка з циркуляцією гарячого повітря та оснащена системою осушення, щоб уникнути вторинного забруднення сировини вологою в повітрі. Певний виробник електроніки модернізував своє сушильне обладнання та зменшив рівень бульбашок з 3% до 0,5%.
Чистота сировини: вибирайте сировину високої-чистоти та уникайте використання сумішей із високою часткою перероблених матеріалів. Домішки можуть зменшити плинність розплаву та посилити явище захопленого газу.
3, Дизайн прес-форми: будівництво каналів для виходу газу
Конструкція прес-форми є ключовою ланкою в запобіганні виникненню бульбашок і контролі над ними, яку необхідно оптимізувати з трьох аспектів: система каналів потоку, структура вихлопу та система охолодження:
1. Канальна система: збалансована передача тиску
Положення затвора: затвор слід встановити в найтовстішій частині продукту, щоб скоротити шлях заповнення розплавом. Наприклад, форма для лінз мобільного телефону перемістила ворота від краю до центру, зменшивши швидкість бульбашок на 40%.
Розмір каналу: діаметр каналу має бути на 20%-30% більшим за товщину стінки продукту, щоб забезпечити достатню передачу тиску. Для товстостінних компонентів, таких як світловодні пластини, можна використовувати систему гарячого каналу, щоб зменшити неповне заповнення, викликане охолодженням фронту розплаву.
Колодязь для холодного матеріалу: встановіть колодязь для холодного матеріалу на кінці основного каналу, щоб захопити рано охолоджений розплав і запобігти його потраплянню в порожнину форми та утворенню дефектів.
2. Вихлопна система: випустіть газ, що затримався
Випускна канавка: випускну канавку глибиною 0,02-0,05 мм і шириною 3-5 мм слід відкрити в зоні сполучення між розділовою поверхнею, серцевиною та порожниною. Для точних електронних компонентів можна використовувати вакуумну витяжну систему для зниження тиску всередині порожнини прес-форми нижче -90 кПа.
Повітропроникна сталь: вбудовування повітропроникної сталі в товсті стінки та використання її мікропористої структури для видалення газів. Після використання дихаючої сталі для певної форми приладової панелі автомобіля швидкість бульбашок зменшилася з 8% до 1%.
3. Система охолодження: контролюйте швидкість скорочення
Контроль температури прес-форми: товстостінним частинам потрібно підвищити температуру форми (ПК рекомендує 100-130 градусів), щоб затримати твердіння поверхні та забезпечити додатковий час усадки для внутрішньої усадки розплаву. Форма для оболонки медичного пристрою була нагріта від 80 градусів до 120 градусів за допомогою машини для вимірювання температури прес-форми, що призвело до зменшення кількості вакуумних бульбашок на 70%.
Контур охолоджувальної води: використовується конформний контур охолоджувальної води для забезпечення рівномірного охолодження продукту. Для нестандартних деталей форми для 3D-друку можна використовувати для вбудовування відповідних каналів охолодження, скорочуючи час охолодження на 20%-30%.
4, параметри процесу: мистецтво динамічного балансу
Параметри процесу лиття під тиском необхідно динамічно регулювати відповідно до характеристик матеріалу та структури продукту, причому основним є контроль швидкості, тиску та температури заповнення розплаву:
1. Швидкість впорскування: багато-рівневий контроль
Застосування багатоступеневої-ін’єкції «повільно швидко повільно»:
Перший етап – повільна швидкість: заповнюйте литник з максимальною швидкістю 5% -10%, щоб уникнути перегріву та розкладання розплаву;
Друга секція високої -швидкості: заповніть порожнину форми з максимальною швидкістю 80% -90%, щоб зменшити охолодження фронту розплаву;
Третій етап – повільна швидкість: ущільнюйте продукт на максимальній швидкості 20% -30%, щоб компенсувати усадку.
Швидкість утворення бульбашок певної форми для корпусу ноутбука було зменшено з 5% до 0,8% завдяки багато-етапному вприскуванню.
2. Тиск впорскування та тиск утримання: керування градієнтом тиску
Тиск впорскування: необхідно подолати в'язкість розплаву, але надмірний тиск може спричинити внутрішню напругу. Тиск впорскування для виробів ПК зазвичай становить 80-120 МПа, а для ПММА – 60-100 МПа.
Тиск і час витримки: Тиск утримування має становити 70% -80% тиску впорскування, а час витримки має охоплювати більше 95% часу охолодження продукту. Для товстостінних компонентів може бути прийнята стратегія «короткого утримання під високим тиском», наприклад, утримання при 150 МПа протягом 2 секунд, щоб уникнути концентрації напруги, викликаної надмірним ущільненням.
3. Температура стовбура: сегментований контроль
Температуру бочки з матеріалом потрібно встановлювати по секціях, поступово підвищуючи від секції подачі до насадки:
Секція подачі: температура нижче точки плавлення матеріалу, щоб запобігти передчасному плавленню та блокуванню шнека;
Секція стиснення: температура підвищується на 10-20 градусів вище температури плавлення матеріалу, щоб забезпечити рівномірну пластифікацію розплаву;
Секція вимірювання та сопло: температура на 5-10 градусів вища, ніж у секції стиснення, зменшуючи в’язкість розплаву та покращуючи текучість.
Певна форма оптичної лінзи зменшила швидкість бульбашок з 2% до 0,3% шляхом оптимізації температурної кривої стовбура.
5, інтелектуальне виявлення та управління процесом
Передовий досвід-галузі показав, що запровадження інтелектуальних систем виявлення та моніторингу даних може значно покращити ефективність запобігання виникненню бульбашок і контролю
Онлайн-виявлення: моніторинг процесу заповнення розплавом у режимі реального часу за допомогою високо-швидкісних камер і алгоритмів ШІ, визначення положення та розміру бульбашок і надання зворотного зв’язку для коригування параметрів процесу.
Відстеження даних: створіть повну базу даних процесів від партій сировини до тестування готової продукції, прогнозуйте ризик бульбашок за допомогою моделей машинного навчання та досягайте профілактичного обслуговування.
Контроль із замкнутим циклом: інтеграція датчиків температури прес-форми, датчиків тиску та систем керування машиною для лиття під тиском для досягнення автоматичного налаштування параметрів. Певний виробник електроніки зменшив рівень дефектів бульбашок з 1,5% до 0,1% за допомогою замкнутої-системи керування.
6. Приклад: бульбашкове рішення для-об’єктива високоякісної камери мобільного телефону
Об’єктив камери мобільного телефону певної марки виготовлено з ПК, товщиною 2,5 мм і діаметром 12 мм. Початковий процес має швидкість бульбашок 3%. Завдяки впровадженню наступних оптимізаційних заходів рівень бульбашок було зменшено до 0,2%:
Попередня обробка матеріалу: підвищте температуру сушіння зі 110 градусів до 130 градусів, подовжте час сушіння до 8 годин і зменшіть вміст вологи до 0,015%;
Конструкція прес-форми: діаметр воріт було збільшено з 1,2 мм до 1,8 мм, роздільна поверхня була збільшена на 0,03 мм за допомогою випускної канавки, а температура форми була підвищена з 90 градусів до 120 градусів;
Параметри процесу: застосування «повільного швидкого повільного» впорскування (швидкість 10%/85%/25% відповідно), тиск утримання 100 МПа, час утримування 4 секунди;
Інтелектуальне керування: Представляємо онлайн-систему виявлення для регулювання швидкості впорскування та тиску утримання в реальному часі.
