Дві різні проблеми, які виглядають як «бульбашки»
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 пастки утворюються, коли газ - повітря, яке вже було в порожнині форми до впорскування, або газ, що виробляється самим пластиковим розплавом -, потрапляє в місце, 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 порожнечі утворюються з протилежної причини: не тому, що занадто багато 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.
Як вони формуються та дизайнерські рішення
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 форми для лиття пластику під тиском іграшкового автомобіля з панелями кузова, які включають внутрішні віконні рами, дверні виїмки та деталі колісних арок, схема заливки є складною. Затвори повинні бути розташовані так, щоб спочатку заповнити відкриті секції панелі та дозволити повітрю евакуюватись із закритих кишень, коли розплав надходить до них.
Вентиляція: розміри канавок, розміщення та глибина
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 секція: за вентиляційною канавкою ширший і глибший рельєфний канал (глибиною 0,5–1,0 мм) дозволяє виведеному повітрю евакуюватися в атмосферу без резервного копіювання.
Розміщення: вентиляційні отвори потрібно розташовувати там, де аналіз моделі заповнення передбачає останні-місця заповнення. Вентиляційний отвір у неправильному місці нічого не робить.
Дослідження, опубліковане в Polymer Engineering and Science (2020), показало, що прес-форми з моделюванням-перевіреного розміщення вентиляційних отворів показали рівень дефектів повітряних уловлювачів приблизно на 74% нижчий, ніж форми з емпірично розміщеними вентиляційними отворами лише на лініях розділення -, що підтверджує, що розміщення вентиляційних отворів на основі аналізу заповнення перевершує розміщення, засноване лише на інтуїції.
Для форм для лиття пластику під тиском 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.
Дизайн желона та воріт для евакуації чистого повітря
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 деталі зі складною геометрією -, включаючи більшість іграшкових автомобілів Plastic Injection Moл.дкомпоненти 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.
Порожнечі від усадки: товщина стінки, ворота та тиск у пакеті
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 форм для лиття пластику під тиском для іграшкових автомобілів обрамлення колісних арок, підсилення 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.
Розташування та розмір воріт відносно товстих секцій
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.
У формі для лиття пластику для іграшкових автомобілів із товстими втулками 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.
Як вибір матеріалу та висихання впливають на утворення бульбашок
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 дляToy Застосування прес-форм для лиття пластику в автомобілях - 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.
Запобігання виникненню бульбашок у формі для лиття пластику в іграшкових автомобілях
Форма для лиття пластику для іграшкових автомобілів створює конкретні проблеми, пов’язані з бульбашками, які варто вирішити безпосередньо.
Повітрозабірники на панелі кузова: складна геометрія кузова іграшкового автомобіля - з внутрішніми конструктивними особливостями, віконними отворами та кишенями для колісних арок - створює численні потенційні місця для повітропроводів. 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.
Порожнечі в товстому профілі в конструктивних особливостях: посилення колісних арок, виступи осей і ребра жорсткості даху є стандартними місцями розташування 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 АБС проти ПП: АБС більш схильний до утворення-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. Конструкції пластикових прес-форм для іграшкових автомобілів із ПП мають дещо суворіші вимоги до рівномірності стінок, ніж еквіваленти з АБС.
Опубліковано дослідження дефектів порожнечі та повітряної пастки
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 неоднорідність товщини стінок як дві найпоширеніші першопричини дефектів пухирців і пустот у споживчому виробництві пластикових деталей, що разом становить приблизно 68% усіх повідомлень про дефекти-типу бульбашок.
Визнання ESTA якості дизайну виготовлених компонентів
Асоціація розважальних послуг і технологій (ESTA) звертає увагу на якість виробництва у своїх системах кваліфікації постачальників для компонентів, які 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 прес-форми для лиття пластику для іграшкових автомобілів або будь-якої форми для споживчого продукту суворість попереднього -процесу проектування інструментів безпосередньо передбачає постійність якості виробничих деталей. Ось чому досвідчені покупці все частіше просять потенційних виробників форм для лиття пластику для іграшкових автомобілів продемонструвати їх можливості моделювання та DFM, перш ніж вкладати кошти в інструменти.
Усунення внутрішніх пустот у формі кузова іграшкового автомобіля
Виробник іграшок у Південно-Східній Азії перевіряв нову модель автомобіля з ABS. Корпус кузова Toy Car Plastic Injection Mold виготовляв деталі, які пройшли візуальний огляд, але не пройшли перевірку якості після фарбування - процес фарбування виявив невеликі впадини на поверхні (сліди раковини), а під час вирізання секцій 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 порожнеч за всіма чотирма ребрами колісних арок через недостатній рівень тиску ущільнення
Три місця розташування повітроуловлювачів у внутрішніх кишенях віконної рами, без вентиляційних отворів наразі в цих місцях
Внесено зміни в дизайн:
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
Діаметр воріт збільшився з 1,2 мм до 1,8 мм, щоб збільшити тиск ущільнювача до області арки
Три вентиляційні канавки, додані під час моделювання-підтвердили розташування повітряних пасток у кишенях віконних рам
Результати після модифікації форми:
Внутрішні порожнечі: усунені в кваліфікаційному зразку з 500 частин
Повітряні затвори на віконних рамах: усунено
Сліди від мийки на поверхні: після фарбування більше не видно
Рівень відхилень зменшено з 6,8% (переважно пов’язане з порожнечею та поглинанням) до 0,4%
FAQ
Питання: Що є найбільшим фактором витрат на форму для лиття під тиском оболонки миші?
A: Для типового корпусу споживчої електроніки поєднання механізмів бічної дії (кожен повзунок у формі корпусу миші додає 800–3000 доларів США) і косметичного полірування поверхні зазвичай є двома найбільшими факторами змінних витрат. Разом вони можуть становити 40–60% від загальної вартості цього типу житлового інструменту, тому огляд DFM, зосереджений на цих двох сферах, забезпечує найбільше скорочення витрат.
Питання: Скільки зазвичай коштує форма з двома порожнинами?
Відповідь: Форма для лиття під тиском корпусу миші з 2-порожнинами для стандартної бездротової миші з АБС-пластику, з холодним каналом, 4–6 бічними діями та полірованням поверхні A-, зазвичай коштує 20 000–42 000 доларів США залежно від специфікації обробки поверхні та кількості повзунків. Версії з гарячим каначем додають 4000–8000 доларів США. Ці цифри відображають виробничі-якісні інструменти з повною перевіркою DFM, а не прототип програмного інструменту.
З: Чому два подібні-на вигляд проекти такого інструменту мають дуже різну вартість?
В: Майже завжди різниця полягає в специфікації обробки поверхні (що визначає вартість полірування), підрахунку бічних дій (кожен повзунок є окремою статтею витрат у формі корпусу споживчої електроніки) і вимогам допуску на розміри (більш жорсткі допуски вимагають обробки EDM). Запит на детальну розбивку вартості від обох постачальників дозволить точно визначити різницю у вартості форми для лиття під тиском оболонки миші.
З: Чи може перевірка DFM зменшити вартість цього інструменту без зміни дизайну продукту?
Відповідь: Огляд DFM змінює дизайн продукту - зокрема, він визначає функції, які збільшують витрати на інструменти без збільшення вартості продукту, і рекомендує альтернативні варіанти дизайну. Зміни, як правило, невеликі (переміщення функції до лінії розділення, послаблення не-функціонального допуску) і не впливають на враження кінцевого користувача від продукту. Для форми корпусу зазвичай можна досягти економії DFM на 15–25%.
Питання: чи вартий гарячеканальний інструмент такої ж премії, як інструмент для оболонки?
Відповідь: Для прес-форми для лиття під тиском миші з обсягом виробництва понад 500 000 ударів на рік економіка гарячої канальні загалом є сприятливою - усунення відходів матеріалу та скорочення тривалості циклу дають економію експлуатаційних витрат, яка зазвичай повертає премію за гарячу канару в розмірі 4000–8000 доларів США протягом 12–18 місяців. Нижче цього об’єму холодний канал зазвичай економічно{10}}ефективніший для корпусної форми.
З: Як знайти виробника інструменту, який надасть детальну розбивку вартості?
Відповідь: Шукайте цю фабрику прес-форм, яка надає офіційну документацію DFM як частину свого процесу пропозиції -, включаючи визначення кожного фактора витрат і його внеску в загальну вартість інструменту. Виробник форм для лиття під тиском оболонки миші, який може пояснити вартість, демонструє як технічні знання, так і комерційну прозорість, які є значущими показниками якості.
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-який виробник форм для лиття пластику для іграшкових автомобілів, який проводить відповідну перевірку DFM, включатиме перевірку розміщення вентиляційних отворів у цьому процесі.
Дизайн для відсутності бульбашок перед першим пострілом
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 виникненню бульбашок і пустот є частиною стандартного процесу DFM для кожної форми для лиття пластику для іграшкових автомобілів, форми для корпусу та інструменту для точних компонентів, який ми розробляємо. Кожен проект прес-форми для лиття пластику для іграшкових автомобілів включає моделювання повного заповнення з перевіркою розташування вентиляційних отворів перед механічною 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.
