Ako dizajn vstrekovacej formy zabraňuje vzduchovým bublinám a dutinám v plastových častiach?

Predtým, ako sa budeme rozprávať o riešeniach, stojí za to upresniť, s čím vlastne máte do činenia. Existujú dva zásadne odlišné defekty, ktoré sa vo výrobe nazývajú „bubliny“ a majú opačné základné príčiny.

Lapače vzduchuvznikajú, keď sa plyn - vzduch, ktorý už bol v dutine formy pred vstrekovaním, alebo plyn produkovaný samotnou taveninou plastu - zachytí na mieste, odkiaľ nemôže uniknúť. Keď sa plast naplní okolo neho, zachytený plyn vytvorí viditeľnú dutinu alebo povrchový pľuzgier. Vzduchové lapače majú tendenciu sa objavovať na konci prúdenia - v rohoch, slepých vreckách alebo kdekoľvek, kde vzor výplne núti dve čelné strany taveniny stretnúť sa a zachytávať vzduch medzi nimi.

Zmršťovacie dutinyforma z opačného dôvodu: nie preto, že je tam priveľa plynu, ale preto, že je tam málo plastov. Keď sa hrubá časť dielu ochladí, vonkajšia vrstva najskôr stuhne a zablokuje sa. Keď sa stále-roztavené vnútro stále ochladzuje a zmršťuje, odťahuje sa od pokožky a vytvára vnútornú dutinu. V najhrubších častiach dielu - za rebrami, vo vnútri výstupkov, na prechodoch hrubých stien sa objavujú zmršťovacie dutiny.

Diagnostika, ktorý typ máte:

· Odrezaný diel odrežte alebo rozrežte. Ak je vnútorná dutina hladká, okrúhla bez zmeny farby, pravdepodobne ide o zmršťovaciu dutinu. Ak dôjde k miernemu popáleniu alebo zmene farby v mieste bubliny, pravdepodobne ide o problém so zachyteným vzduchom alebo plynom.

· Skontrolujte vzor umiestnenia. Zmršťovacie dutiny sú konzistentné - vždy v rovnakej hrubej časti. Lapače vzduchu môžu byť variabilnejšie v umiestnení, ale majú tendenciu sa zhlukovať na konci plnenia alebo na špecifických geometrických prvkoch.

Správne stanovenie diagnózy pred pokusom o opravu je nevyhnutné -, riešenia vzduchových pascí a zmršťovacích dutín sú úplne odlišné a použitie nesprávnej opravy nesprávneho problému mrhá časom a peniazmi.

Umiestnenie brány a vzor výplne

Vzor výplne -, ako plast vyteká z brány, aby vyplnil celú dutinu -, je primárnou premennou, ktorá určuje, kde a či sa vytvoria vzduchové pasce.

Keď plast vyplní dutinu, tlačí vzduch pred sebou smerom ku koncom formy. Ak je vzor výplne dobre-navrhnutý, vzduch sa postupne tlačí smerom k deliacej línii a vetracím drážkam, odkiaľ môže unikať. Ak je vzor výplne zle navrhnutý, môže vytvoriť „sledovanie pretekov“ -, kde sa plast pohybuje rýchlejšie po jednej ceste ako po druhej a zdvojnásobí sa späť, aby zachytil vzduch vo vrecku.

Umiestnenie brány je najdôležitejším rozhodnutím pre riadenie vzoru výplne. Umiestnenie brány na najtenšiu časť zložitého dielu alebo na nesprávnu stranu dielu s vnútornými prvkami takmer zaručuje lapače vzduchu. Simulácia prúdenia formy by sa mala použiť na modelovanie vzoru plnenia a identifikáciu miest zachyteného vzduchu pred dokončením polohy brány.

Pre aPlastová vstrekovacia forma na autíčkos panelmi karosérie, ktoré zahŕňajú vnútorné rámy okien, výklenky dverí a prvky podbehov kolies, je vzor výplne zložitý. Brány musia byť umiestnené tak, aby najskôr naplnili otvorené časti panelu a umožnili evakuáciu vzduchu z uzavretých vreciek, keď sa k nim dostane tavenina.

Odvzdušňovanie je najpriamejším mechanickým riešením pre lapače vzduchu. Odvzdušňovacie drážky sú plytké kanáliky opracované do povrchu deliacej čiary formy, ktoré umožňujú únik zachyteného vzduchu pri plnení formy. Výzvou je, že prieduch musí byť dostatočne široký a hlboký, aby vypúšťal vzduch, ale dostatočne plytký, aby cez neho nepretekal plast a nevytváral záblesky.

Štandardné špecifikácie vetracej drážky:

· Hĺbka:0,015–0,05 mm pre väčšinu termoplastov. ABS a PP môžu tolerovať mierne hlbšie otvory (0,03–0,05 mm) bez vytvárania zábleskov; materiály s nižšou viskozitou potrebujú plytšie prieduchy.

· šírka:Typicky 3–8 mm na vetraciu drážku.

· Úľavová časť:Za odvzdušňovacou drážkou sa nachádza širší, hlbší odľahčovací kanál (hĺbka 0,5 – 1,0 mm), ktorý umožňuje unikajúcemu vzduchu evakuovať vzduch do atmosféry bez toho, aby sa cúval.

· umiestnenie:Vetracie otvory musia byť umiestnené tam, kde analýza vzoru výplne predpovedá posledné -miesta výplne. Ventilátor na nesprávnom mieste nič nerobí.

Štúdia publikovaná v rPolymérne inžinierstvo a veda(2020) zistili, že formy so simulačne-overeným umiestnením vetracích otvorov vykazovali chyby vzduchového uzáveru približne o 74 % nižšie ako formy s empiricky umiestnenými vetracími otvormi iba na deliacich čiarach -, čo potvrdilo, že umiestnenie ventilačných otvorov založené na analýze výplne prevyšuje umiestnenie založené len na intuícii.

Pre aPlastová vstrekovacia forma na autíčko, umiestnenie vetracích otvorov je obzvlášť dôležité v uzavretých vreckách - vnútorných okenných otvoroch, pod-kanálikami karosérie a akýchkoľvek hlbokých zaslepených výklenkoch v štruktúre karosérie. Toto sú presne miesta, kde tavenina môže obklopiť zachytený vzduch a nemá kam ísť.

Geometria bežca a brány tiež ovplyvňuje evakuáciu vzduchu. Dobre{1}}navrhnutý vstup brány vytvára hladký, progresívny vzor plnenia, ktorý tlačí vzduch dôsledne smerom k vetracím otvorom. Zle navrhnutá brána -, ktorá je príliš úzka, príliš krátka alebo umiestnená tak, aby vytvárala prúdenie -, vytvára turbulentnú plniacu prednú časť, ktorá vloží vzduch do taveniny, namiesto toho, aby ju tlačil dopredu.

Podmorské (tunelové) brány by sa mali vyhýbať miestam, kde vstup brány smeruje do slepého vrecka alebo rohu. Brány ventilátora na širokých, rovných povrchoch (ako sú strešné panely autíčka) rozdeľujú výplň po celej šírke, čím sa znižuje pravdepodobnosť prehnutia vzduchu pri vstupe do brány a vytvára sa predvídateľnejšia cesta evakuácie.

Simulácia toku formy

Pre akúkoľvek časť so zložitou geometriou - vrátane väčšinyPlastová vstrekovacia forma na autíčkoSimulácia toku komponentov karosérie - by sa mala spustiť pred dokončením polohy brány a vetrania. Simulácia ukazuje postupnosť plnenia, identifikuje posledné -miesta plnenia, predpovedá, kde sa tvoria zvarové čiary, a čo je najdôležitejšie, ukazuje, kde dôjde k zachyteniu vzduchu. Zmeny polohy brány, umiestnenia ventilačných otvorov alebo usporiadania žľabov vykonané v simulácii nestoja nič. Rovnaké zmeny vykonané v oceli po prvých vzorkách sú drahé a časovo-náročné.

Rovnomernosť hrúbky steny - Hlavná príčina

Dutiny pri zmršťovaní sú takmer vždy problémom hrúbky steny. Keď je tu výrazná lokálna hrubá časť - výstupok, výstužné rebro, ktoré je príliš široké, ozdobný vyvýšený prvok -, extra materiálu v tejto hrubej časti trvá dlhšie, než sa ochladí okolitá oblasť. Vonkajšia koža stuhne a uzamkne sa; jadro sa naďalej ochladzuje a zmršťuje, čím sa vytvára vnútorná dutina.

Konštrukčné pravidlo je jednoduché: udržujte hrúbku steny čo najjednotnejšiu. Tam, kde je hrubšia časť nevyhnutná, radšej zužujte prechod z hrubého na tenký, než aby ste vytvorili ostrý krok.

Štandardné pravidlá konštrukcie rebier na zabránenie vzniku dutín:

· Hrúbka rebra: 50–60 % menovitej hrúbky steny

· Výška rebier: maximálne 3× šírka základne rebier

· Viacero kratších rebier paralelne je lepšie ako jedno vysoké, široké rebro

Pre aPlastová vstrekovacia forma na autíčko, obvody podbehov kolies, výstuhy strechy a výstupky upevnenia náprav sú najbežnejšími miestami pre zmršťovacie dutiny - vo všetkých oblastiach, kde miestna hrúbka presahuje nominálnu stenu panela karosérie. Navrhovanie týchto prvkov podľa vyššie uvedených pravidiel proporcionality eliminuje väčšinu tvorby dutín ešte predtým, ako sa začne.

Brána musí byť umiestnená tak, aby hrubé časti dielu boli v dosahu tesniaceho tlaku brány, keď sa forma naplní. Baliaci tlak - zvýšený tlak aplikovaný potom, ako je dutina nominálne plná - stlačí ďalší materiál do hrubých častí, aby sa kompenzovalo zmrštenie pri chladení. Ak je hrubá časť príliš ďaleko od brány, alebo ak brána zamrzla pred dokončením balenia, kompenzácia ju nedosiahne a vytvorí sa medzera.

V aPlastová vstrekovacia forma na autíčkovďaka vlastnostiam hrubého náboja nápravy je ideálna poloha brány 50–80 mm od vstupu brány. Tam, kde to geometria bráni, väčší priemer uzáveru alebo druhá poloha uzáveru môže predĺžiť efektívny dosah balenia.

Tlak balenia a čas zdržania

Zatiaľ čo tlak v balení a čas zdržania sú parametre procesu a nie konštrukčné parametre, dizajn formy musí vytvoriť podmienky, aby boli efektívne. Brána, ktorá zamrzne príliš rýchlo -, pretože plocha brány je príliš tenká - preruší tlak tesnenia skôr, než hrubé časti dostatočne vychladnú na to, aby boli-samonosné. Dĺžka a priemer brány musia byť dimenzované tak, aby udržali bránu otvorenú počas minimálneho času balenia, ktorý si vyžaduje najhrubšia časť dielu.

Nie všetky bubliny pochádzajú zo vzduchových pascí alebo zmršťovacích dutín. Vlhkosť tretej kategórie - - vzniká, keď sa hygroskopické materiály ako ABS, nylon alebo PC spracovávajú nedostatočným sušením. Vlhkosť absorbovaná z atmosféry sa počas vstrekovania mení na paru a tieto parné vrecká vyzerajú ako vzduchové bubliny v hotovom diele.

ABS - najbežnejší materiál prePlastová vstrekovacia forma na autíčkoaplikácie - ľahko absorbuje vlhkosť zo vzduchu. Štandardný ABS vyžaduje pred spracovaním sušenie pri teplote 80–85 stupňov počas 2–4 hodín. Nedostatočne-vysušené ABS vytvára strieborné pruhy a malé povrchové bubliny aj v dobre-navrhnutej forme. Ide o problém so spracovaním, nie o problém s dizajnom formy -, ale oplatí sa to vylúčiť skôr, než strávite čas skúmaním formy.

Rozlíšenie symptómov: Vlhkosť často vytvára strieborné pruhy na povrchu okrem vnútorných bublín. Vzduchové pasce a zmršťovacie dutiny zvyčajne nevytvárajú strieborné pruhy.

ThePlastová vstrekovacia forma na autíčkopredstavuje špecifické bublinové výzvy, ktoré stojí za to riešiť priamo.

Lapače vzduchu na paneli tela:Zložitá geometria karosérie autíčka - s vnútornými štrukturálnymi prvkami, okennými otvormi a vreckami v podbehoch kolies - vytvára viacero potenciálnych umiestnení vzduchových pascí. Poloha brány musí byť overená simuláciou prúdenia a odvzdušňovacie drážky musia byť umiestnené na všetkých potvrdených posledných -miestach plnenia, nielen na zjavných okrajoch deliacej čiary.

Dutiny v hrubom priereze v konštrukčných prvkoch:Výstuhy blatníkov, výstupky náprav a rebrá výstuže strechy sú štandardné prázdne miesta v karosérii autíčka. Aplikujte vyššie uvedené pravidlá proporcionality rebier a výstupkov na tieto prvky počas kontroly DFM predtým, ako bude návrh uvoľnený pre nástroje.

Správanie sa bublín ABS vs PP:ABS je náchylnejší na tvorbu bubliniek na povrchu-súvisiacich s vlhkosťou a vyžaduje starostlivé sušenie. PP je menej hygroskopický, ale má vyššie zmrštenie (1,0–2,5 %) v porovnaní s ABS (0,4–0,7 %), vďaka čomu je náchylnejší na vnútorné zmršťovacie dutiny pri ekvivalentných zmenách hrúbky steny. PPPlastová vstrekovacia forma na autíčkodizajny ťažia z mierne prísnejšej disciplíny v oblasti rovnomernosti stien ako ekvivalenty ABS.

Štúdia vPolymérne inžinierstvo a veda(2020) zistili, že formy so simulačne-overeným umiestnením vetracích otvorov vykazovali mieru defektov vzduchového uzáveru približne o 74 % nižšiu ako formy používajúce len empirické umiestnenie ventilačných otvorov.

· Výskum publikovaný vInternational Journal of Advanced Manufacturing Technology(2021) zistili, že variácie hrúbky steny nad 40 % nominálnej hodnoty v spotrebných výrobkoch vyrobených vstrekovaním boli spojené s tvorbou vnútorných dutín v 83 % študovaných prípadov -, čo potvrdzuje, že rovnomernosť hrúbky steny je najspoľahlivejším prediktorom rizika vzniku dutín pri zmršťovaní.

· Údaje z prieskumu SPE (2022) identifikovali nedostatočné vetranie a nerovnomernosť hrúbky steny-ako dve najbežnejšie hlavné príčiny chýb vo výrobe spotrebných plastových dielov s bublinami a dutinami, ktoré spolu predstavujú približne 68 % všetkých správ o chybách-bublinového typu.

TheAsociácia zábavných služieb a technológií (ESTA)rieši kvalitu výroby vo svojich kvalifikačných rámcoch dodávateľov pre komponenty používané v prostrediach zábavných technológií. Usmernenia ESTA špecificky uznávajú schopnosť procesu DFM - vrátane systematickej prevencie defektov, ako sú dutiny a vzduchové pasce, prostredníctvom overenia návrhu pred nástrojmi - ako zmysluplného indikátora kvality výrobného partnera. Pre aPlastová vstrekovacia forma na autíčkoalebo akejkoľvek formy spotrebného produktu, prísnosť procesu predbežného návrhu{0}}nástroja priamo predpovedá konzistentnosť kvality výrobných dielov. To je dôvod, prečo skúsení kupujúci čoraz častejšie žiadajú potenciálnych zákazníkovPlastová vstrekovacia forma na autíčkovýrobcov, aby preukázali svoju schopnosť simulácie a DFM pred investovaním do nástrojov.

Výrobca hračiek v juhovýchodnej Ázii kvalifikoval nový model vozidla do systému ABS. ThePlastová vstrekovacia forma na autíčkoskelet karosérie vyrábal diely, ktoré prešli vizuálnou kontrolou, ale po lakovaní neprešli kontrolami kvality - proces lakovania odhalil malé povrchové priehlbiny (značky po prepadnutí) a keď boli časti narezané na kontrolu, vnútorné dutiny za výstužnými rebrami blatníkov.

Pôvodný dizajn rebier na podbehu kolesa mal základnú hrúbku 2,8 mm - 93 % nominálnej 3,0 mm steny panela karosérie. Štandardné pravidlo povoľuje maximálne 60 %, čo znamená, že rebrá boli výrazne predimenzované, aby sa zabránilo tvorbe dutín. Brána bola umiestnená na spodnej strane panelu karosérie, približne 95 mm od najbližšieho prvku podbehu kolesa.

Spoločnosť Sunhingstones vykonala kontrolu DFM a simuláciu toku na existujúcom návrhu. Simulácia potvrdila:

· Predpovedané vytváranie dutín za rebrami všetkých štyroch podbehov kolies v dôsledku nedostatočného dosahu tesniaceho tlaku

· Tri miesta lapača vzduchu vo vnútorných vreckách rámu okna, pričom na týchto miestach nie sú momentálne umiestnené žiadne vetracie otvory

Implementované zmeny dizajnu:

1. Základná hrúbka rebra oblúka kolesa znížená z 2,8 mm na 1,6 mm (53 % nominálnej steny), s výškou upravenou tak, aby sa zachoval ekvivalentný modul prierezu

2. Priemer brány sa zväčšil z 1,2 mm na 1,8 mm, aby sa rozšíril dosah tesniaceho tlaku do oblasti oblúka

3. Tri vetracie drážky pridané pri simulácii-potvrdených umiestnení vzduchových uzáverov vo vreckách rámu okna

Výsledky po úprave formy:

· Vnútorné dutiny: eliminované v 500-dielnej kvalifikačnej vzorke

· Vzduchové pasce na okenných rámoch: eliminované

· Stopy po dreze: po natretí už nie sú viditeľné

· Miera odmietnutí znížená zo 6,8 % (predovšetkým v súvislosti s prázdnotou a prepadom) na 0,4 %

Otázka: Aký je rozdiel medzi vzduchovou bublinou a zmršťovacou dutinou pri vstrekovaní? 
Odpoveď: Vzduchová bublina (lapač vzduchu) sa vytvorí, keď sa plyn fyzicky zachytí v dutine postupujúcou plastovou taveninou. Keď sa hrubé časti ochladia a vnútro sa zmrští preč od už -spevnenej pokožky, vytvorí sa zmršťovacia dutina. Obidve sa javia ako vnútorné dutiny v rozrezanej časti, ale lapače vzduchu majú tendenciu sa vyskytovať na konci výplne a môžu vykazovať mierne sfarbenie, zatiaľ čo zmršťovacie dutiny sa vyskytujú v najhrubších častiach a majú hladké, čisté vnútorné povrchy.

Otázka: Ako zistím, či je môj problém s bublinami problémom s dizajnom formy alebo problémom s procesom?

Odpoveď: Ak je umiestnenie bublín konzistentné od záberu k záberu a zodpovedá geometrickému prvku (hrubá časť, posledný{0}}výplňový roh), ide takmer určite o problém s návrhom formy. Ak sú miesta bublín nekonzistentné alebo korelujú so zmenami šarže materiálu, môže ísť o vlhkosť materiálu alebo problém so stabilitou procesu. Pred vykonaním akýchkoľvek zmien vyberte časť vzorky, aby ste potvrdili typ chyby.

Otázka: Aká je štandardná hĺbka odvzdušňovacej drážky pre diely ABS? 

Odpoveď: Pre ABS je štandardná hĺbka odvzdušňovacej drážky 0,025 – 0,04 mm na čele dutiny, ktorá sa otvára do 0,5 – 1,0 mm reliéfnej časti za ňou. Hlbšie ako toto a ABS bude blikať cez otvor. Vetracie otvory by mali byť umiestnené na miestach potvrdených simuláciou výplne ako posledné oblasti na vyplnenie, nielen na generických pozíciách deliacej čiary.

Otázka: Môžem vyriešiť problém s bublinami zvýšením rýchlosti vstrekovania? 

Odpoveď: Zvýšenie rýchlosti vstrekovania môže niekedy zmeniť umiestnenie lapača vzduchu zmenou vzoru plnenia, ale neodstráni základnú príčinu - premiestni problém. Spoľahlivým riešením je prerobenie polohy brány, pridanie vetracích otvorov na potvrdených miestach lapača vzduchu alebo oboje. Procesné úpravy sú prinajlepšom dočasným opatrením.

Otázka: Koľko ventilačných drážok potrebuje typická vstrekovacia forma na karosériu autíčka? 

Odpoveď: Počet závisí výlučne od geometrie dielu a vzoru výplne. Jednoduchý plochý panel môže potrebovať 4–6 prieduchov; zložitá karoséria s viacerými vreckami môže potrebovať 15–25. Jediným spoľahlivým spôsobom, ako určiť správny počet a umiestnenie, je simulácia toku formy kombinovaná s prvou{5}}kontrolou výrobku. AkékoľvekVýrobca plastových vstrekovacích foriem do autíčkavykonanie riadnej kontroly DFM bude zahŕňať overenie umiestnenia vetracieho otvoru v tomto procese.

Otázka: Kde nájdem továreň na vstrekovanie plastov do autíčka, ktorá je od začiatku navrhnutá tak, aby zabránila tvorbe dutín? 
A: Hľadaj aPlastová vstrekovacia forma na autíčkododávateľa, ktorý poskytuje simuláciu toku formy ako štandardnú súčasť ich procesu DFM -, nie ako voliteľný doplnok. Výstup simulácie by mal zahŕňať analýzu vzoru výplne, predikciu zvarovej línie a identifikáciu umiestnenia vzduchového uzáveru. Dodávateľ, ktorý vám môže ukázať tieto výstupy pre vašu špecifickú geometriu dielu pred tým, ako sa zaviaže k nástroju, je ten, kto skutočne zabráni chybám, namiesto toho, aby ich neskôr ladil.

Vzduchové bubliny a zmršťovacie dutiny v dieloch vyrobených vstrekovaním sa dajú predvídať a dá sa im predísť - nie vďaka šťastiu alebo procesným hrdinstvám, ale prostredníctvom systematických rozhodnutí o dizajne vykonaných pred výrobou formy. Poloha brány, umiestnenie vetracích otvorov, rovnomernosť hrúbky steny a proporcie rebier sú všetky konštrukčné premenné. Oslovte ich vo fáze DFM, overte ich simuláciou a výrobné diely vyjdú hneď na prvýkrát.

V Sunhingstones je prevencia bublín a dutín súčasťou štandardného procesu DFM pre každéhoPlastová vstrekovacia forma na autíčko, formy na puzdro a nástroj na presné komponenty, ktoré navrhujeme. KaždýPlastová vstrekovacia forma na autíčkoprojekt zahŕňa úplnú simuláciu plnenia s overením umiestnenia vetracieho otvoru pred opracovaním akejkoľvek ocele. Na každom projekte spustíme simuláciu toku formy, zdokumentujeme zdôvodnenie návrhu brány a vetracieho otvoru a pred uvoľnením na obrábanie potvrdíme vzor výplne.

Máte problémy s bublinami alebo dutinami na existujúcej forme alebo im chcete zabrániť v novom projekte?Obráťte sa na náš technický tím s geometriou vášho dielu a aktuálnym popisom chyby. Identifikujeme hlavnú príčinu a odporučíme správne riešenie.

Referencie a ďalšie čítanie

1. Rosato, DV a Rosato, MGPríručka vstrekovania, 3. vydanie. Springer, 2000.https://link.springer.com/book/9781461370895

2. Malloy, RADizajn plastových dielov pre vstrekovanie, 2. vydanie. Hanser, 2010.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569904367

3. Kazmer, DOKonštrukčné inžinierstvo vstrekovacích foriem, 2. vydanie. Hanser, 2016.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569905852

4. Wang, Y. a kol. "Vplyv umiestnenia vetracieho otvoru na mieru defektov vzduchového uzáveru v zložitých-geometrii vstrekovaných dielov."Polymérne inžinierstvo a veda, zväzok . 60, vydanie 8, 2020.https://www.doi.org/10.1002/pen.25396

5. Nian, SC a kol. "Variácia hrúbky steny a tvorba vnútorných dutín pri vstrekovaní spotrebného výrobku."International Journal of Advanced Manufacturing Technology, zväzok . 114, 2021.https://link.springer.com/journal/170

6. Society of Plastics Engineers (SPE). Prieskum koreňových príčin defektov plastových dielov pre spotrebiteľov. Technický dokument SPE, 2022.https://www.4spe.org/

7. Asociácia zábavných služieb a technológií (ESTA). Normy kvality výroby a hodnotenie spôsobilosti DFM. Technická príručka ESTA, 2022.https://www.esta.org/

8. Švec, J.Sprievodca dizajnom Moldflow. Hanser, 2006.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569903735