Jak design vstřikovací formy zabraňuje vzduchovým bublinám a dutinám v plastových dílech?

Než začnete mluvit o řešeních, stojí za to upřesnit, s čím vlastně máte co do činění. Existují dvě zásadně odlišné vady, které se ve výrobě nazývají „bubliny“, a mají opačné hlavní příčiny.

Lapače vzduchuvzniká, když se plyn - vzduch, který byl již uvnitř dutiny formy před vstřikováním, nebo plyn produkovaný samotnou taveninou plastu - zachytí v místě, odkud nemůže uniknout. Když se plast naplní kolem něj, zachycený plyn vytvoří viditelnou dutinu nebo povrchový puchýř. Lapače vzduchu se obvykle objevují na konci toku - v rozích, slepých kapsách nebo kdekoli, kde vzor náplně nutí dvě čela taveniny, aby se setkaly a zachytily vzduch mezi nimi.

Smršťovací dutinytvar z opačného důvodu: ne proto, že je tam příliš mnoho plynu, ale proto, že je tam málo plastu. Když se tlustá část součásti ochladí, vnější vrstva nejprve ztuhne a uzamkne se na místě. Jak se stále-roztavený vnitřek stále ochlazuje a smršťuje, odtahuje se od pokožky a vytváří vnitřní prázdnotu. Smršťovací dutiny se objevují v nejsilnějších částech dílu - za žebry, uvnitř výstupků, na přechodech tlustých stěn.

Diagnostika, jaký typ máte:

· Odřízněte nebo nakrájejte odmítnutý díl. Pokud je vnitřní dutina hladká, kulatá bez změny barvy, pravděpodobně se jedná o dutinu způsobenou smrštěním. Pokud dojde k mírnému popálení nebo změně barvy v místě bubliny, je pravděpodobnější problém se zachyceným vzduchem nebo plynem.

· Zkontrolujte vzor umístění. Smrštěné dutiny jsou konzistentní - vždy ve stejné tlusté sekci. Lapače vzduchu mohou mít variabilnější umístění, ale mají tendenci se shlukovat na konci plnění nebo na specifických geometrických prvcích.

Správná diagnóza před pokusem o nápravu je zásadní - řešení vzduchových pastí a smršťovacích dutin jsou zcela odlišná a použití nesprávné opravy na nesprávný problém ztrácí čas a peníze.

Umístění brány a vzor výplně

Vzor výplně -, jak plast vytéká z brány, aby vyplnil celou dutinu -, je primární proměnnou, která určuje, kde a zda se budou tvořit lapače vzduchu.

Když plast vyplní dutinu, tlačí vzduch před sebou směrem k okrajům formy. Pokud je vzor výplně dobře-navržen, vzduch se postupně tlačí směrem k dělicí čáře a odvětrávacím drážkám, odkud může unikat. Pokud je vzor výplně špatně navržen, může vytvořit „sledování závodu“ -, kde se plast pohybuje rychleji po jedné dráze než po druhé a zdvojnásobuje se zpět, aby zachytil vzduch v kapse.

Umístění brány je nejdůležitějším rozhodnutím pro řízení vzoru výplně. Umístění brány v nejtenčí části složité součásti nebo na špatnou stranu součásti s vnitřními prvky téměř zaručuje lapače vzduchu. Simulace proudění formy by měla být použita k modelování vzoru plnění a identifikaci míst zachyceného vzduchu před dokončením polohy uzávěru.

Pro aAutíčko Plastová vstřikovací formas panely karoserie, které zahrnují vnitřní rámy oken, prohlubně dveří a prvky podběhů kol, je vzor výplně složitý. Vrata musí být umístěna tak, aby nejprve naplnila otevřené sekce panelu a umožnila evakuaci vzduchu z uzavřených kapes, jakmile k nim tavenina dorazí.

Odvzdušnění je nejpřímější mechanické řešení lapačů vzduchu. Větrací drážky jsou mělké kanálky zapracované do povrchu dělicí čáry formy, které umožňují uniknout zachycenému vzduchu při plnění formy. Problém je v tom, že ventilační otvor musí být dostatečně široký a hluboký, aby mohl vycházet vzduch, ale zároveň dostatečně mělký, aby skrz něj neprotékal plast a nevytvářel záblesky.

Standardní specifikace větrací drážky:

· Hloubka:0,015–0,05 mm pro většinu termoplastů. ABS a PP mohou tolerovat mírně hlubší průduchy (0,03–0,05 mm), aniž by produkovaly záblesky; materiály s nižší viskozitou potřebují mělčí průduchy.

· Šířka:Typicky 3–8 mm na větrací drážku.

· Úleva:Za odvzdušňovací drážkou se nachází širší, hlubší odlehčovací kanál (hloubka 0,5–1,0 mm), který umožňuje unikajícímu vzduchu evakuovat do atmosféry bez couvání.

· Umístění:Větrací otvory musí být umístěny tam, kde analýza vzoru výplně předpovídá poslední -místa plnění. Větrací otvor na špatném místě nic nedělá.

Studie zveřejněná vPolymerové inženýrství a věda(2020) zjistili, že formy se simulací-ověřeným umístěním ventilačních otvorů vykazovaly míru defektů lapačů vzduchu přibližně o 74 % nižší než formy s empiricky umístěnými ventilačními otvory pouze na dělicích čarách -, což potvrzuje, že umístění ventilace založené na analýze výplně předčí umístění založené pouze na intuici.

Pro aAutíčko Plastová vstřikovací forma, umístění větracích otvorů je zvláště důležité v uzavřených kapsách - vnitřních okenních otvorech, pod-kanálech karoserie a jakýchkoliv hlubokých zaslepených prohlubních v konstrukci karoserie. To jsou přesně místa, kde tavenina může obklopit zachycený vzduch a nemá kam jít.

Geometrie žlabu a brány také ovlivňuje evakuaci vzduchu. Dobře-navržený vstupní otvor vytváří hladký, progresivní vzor plnění, který tlačí vzduch důsledně směrem k ventilačním otvorům. Špatně navržená brána -, která je příliš úzká, příliš krátká nebo umístěná tak, aby vytvářela tryskání -, vytváří turbulentní plnící čelo, které stahuje vzduch do taveniny, místo aby ji tlačil dopředu.

Podmořské (tunelové) brány by se měly vyhýbat místům, kde vstup brány směřuje do slepé kapsy nebo rohu. Ventilátorové brány na širokých, plochých površích (jako jsou střešní panely autíček) rozdělují výplň po celé šířce, čímž snižují pravděpodobnost skládání vzduchu u vstupu do brány a vytvářejí předvídatelnější cestu pro evakuaci.

Simulace toku plísní

Pro jakoukoli součást se složitou geometrií - včetně většinyAutíčko Plastová vstřikovací formaSimulace toku součástí karoserie - by měla být spuštěna před dokončením polohy vtoku a ventilace. Simulace ukazuje sekvenci plnění, identifikuje poslední -místa plnění, předpovídá, kde se tvoří svarové čáry, a hlavně ukazuje, kde dojde k zachycování vzduchu. Změny polohy brány, umístění ventilace nebo uspořádání žlabů provedené v simulaci nestojí nic. Stejné změny provedené v oceli po prvních vzorcích jsou drahé a časově-náročné.

Rovnoměrnost tloušťky stěny - Hlavní příčina

Smršťovací dutiny jsou téměř vždy problémem tloušťky stěny. Pokud je zde výrazná místní tlustá část - výstupek, výztužné žebro, které je příliš široké, ozdobný vyvýšený prvek -, extra materiálu v této tlusté části trvá déle, než chladne okolní oblast. Vnější kůže ztuhne a uzamkne se; jádro se dále ochlazuje a smršťuje a vytváří vnitřní prázdnotu.

Konstrukční pravidlo je jednoduché: udržovat tloušťku stěny co nejrovnoměrnější. Tam, kde je tlustší část nevyhnutelná, zužte přechod z tlusté do tenké spíše než abyste vytvořili ostrý krok.

Standardní pravidla pro navrhování žeber, aby se zabránilo vzniku dutin:

· Tloušťka žebra: 50–60 % jmenovité tloušťky stěny

· Výška žebra: maximálně 3× šířka základny žebra

· Více kratších žeber paralelně je lepších než jedno vysoké, široké žebro

Pro aAutíčko Plastová vstřikovací formaObvody podběhů kol, výztuhy střechy a nálitky uchycení náprav jsou nejčastějšími místy pro smrštění - ve všech oblastech, kde místní tloušťka přesahuje jmenovitou stěnu panelu karoserie. Navrhování těchto prvků podle výše uvedených pravidel proporcování eliminuje většinu tvorby dutin ještě předtím, než začne.

Vrata musí být umístěna tak, aby silné části dílu byly při plnění formy v dosahu těsnicího tlaku vtoku. Balicí tlak - zvýšený tlak aplikovaný poté, co je dutina nominálně plná - stlačuje další materiál do tlustých částí, aby se kompenzovalo smrštění při chlazení. Pokud je tlustá sekce příliš daleko od brány nebo pokud brána zamrzla před dokončením balení, kompenzace ji nedosáhne a vytvoří se prázdnota.

V aAutíčko Plastová vstřikovací formas vlastnostmi tlustého náboje nápravy, ideální poloha brány umístí výstupek do vzdálenosti 50–80 mm od vstupu brány. Tam, kde to geometrie brání, větší průměr uzávěru nebo druhá poloha uzávěru může rozšířit efektivní dosah ucpávky.

Tlak a doba přidržení balení

Zatímco tlak v balení a doba zdržení jsou parametry procesu spíše než parametry návrhu, návrh formy musí vytvořit podmínky, aby byly efektivní. Vrata, která zamrzá příliš rychle -, protože plocha vrat je příliš tenká -, přeruší tlak ucpávky dříve, než tlusté sekce dostatečně vychladnou na to, aby byly samonosné-. Délka a průměr zábradlí musí být dimenzovány tak, aby udržely bránu otevřenou po minimální dobu balení požadovanou nejtlustší částí dílu.

Ne všechny bubliny pocházejí ze vzduchových lapačů nebo smršťovacích dutin. Třetí kategorie - vlhkostních dutin - se tvoří, když jsou hygroskopické materiály jako ABS, nylon nebo PC zpracovávány při nedostatečném sušení. Vlhkost absorbovaná z atmosféry se během vstřikování mění na páru a tyto parní kapsy vypadají jako vzduchové bubliny v hotovém dílu.

ABS - nejběžnější materiál proAutíčko Plastová vstřikovací formaaplikace - snadno absorbuje vlhkost ze vzduchu. Standardní ABS vyžaduje před zpracováním sušení při 80–85 stupních po dobu 2–4 hodin. Pod-vysušený ABS vytváří stříbrné pruhy a malé povrchové bublinky i v dobře-navržené formě. Jde o problém se zpracováním, nikoli o problém s návrhem formy -, ale stojí za to to vyloučit, než strávíte čas zkoumáním formy.

Rozlišení příznaků: vlhkostní dutiny často vytvářejí na povrchu stříbrné pruhy kromě vnitřních bublin. Vzduchové lapače a smršťovací dutiny obvykle nevytvářejí stříbrné pruhy.

TheAutíčko Plastová vstřikovací formapředstavuje specifické bublinové výzvy, které stojí za to řešit přímo.

Lapače vzduchu na panelu karoserie:Složitá geometrie karoserie autíčka - s vnitřními konstrukčními prvky, okenními otvory a kapsami v podběhu kol - vytváří několik potenciálních míst pro zachycení vzduchu. Poloha vtoku musí být ověřena simulací proudění a odvzdušňovací drážky musí být umístěny na všech potvrzených posledních -místech plnění, nejen na zjevných hranách dělicí čáry.

Dutiny v tlustém průřezu na konstrukčních prvcích:Výztuhy podběhů kol, výstupky náprav a žebra výztuhy střechy jsou standardními prázdnými místy v karoserii autíčka. Aplikujte výše uvedená pravidla pro proporce žeber a výstupků na tyto prvky během kontroly DFM, než bude návrh uvolněn pro nástroje.

Chování bublin ABS vs PP:ABS je náchylnější k tvorbě bublin na povrchu-v důsledku vlhkosti a vyžaduje pečlivé řízení sušení. PP je méně hygroskopický, ale má vyšší smrštění (1,0–2,5 %) ve srovnání s ABS (0,4–0,7 %), díky čemuž je náchylnější k vnitřním dutinám ze smrštění při ekvivalentních změnách tloušťky stěny. PPAutíčko Plastová vstřikovací formadesigny těží z o něco přísnější disciplíny ohledně uniformity stěn než ekvivalenty ABS.

Studie vPolymerové inženýrství a věda(2020) zjistili, že formy se simulací-ověřeným umístěním větracích otvorů vykazovaly míru defektů lapače vzduchu přibližně o 74 % nižší než formy používající pouze empirické umístění větracích otvorů.

· Výzkum publikovaný vInternational Journal of Advanced Manufacturing Technology(2021) zjistili, že variace tloušťky stěny nad 40 % nominální hodnoty vstřikovaných dílů spotřebního výrobku byla spojena s tvorbou vnitřních dutin v 83 % studovaných případů -, což potvrzuje, že stejnoměrnost tloušťky stěny je nejspolehlivějším prediktorem rizika vzniku dutin při smršťování.

· Údaje z průzkumu SPE (2022) identifikovaly nedostatečné odvětrávání a nestejnoměrnost tloušťky stěny-jako dvě nejčastější základní příčiny bublinových a dutinových vad při výrobě spotřebních plastových dílů, které dohromady tvoří přibližně 68 % všech zpráv o závadách typu bublin-.

TheAsociace zábavních služeb a technologií (ESTA)řeší kvalitu výroby ve svých kvalifikačních rámcích dodavatelů pro komponenty používané v prostředích zábavních technologií. Pokyny ESTA konkrétně uznávají schopnost procesu DFM - včetně systematické prevence defektů, jako jsou dutiny a vzduchové pasti, prostřednictvím ověření návrhu před použitím nástrojů - jako smysluplný ukazatel kvality výrobního partnera. Pro aAutíčko Plastová vstřikovací formanebo jakékoli formy spotřebního výrobku, přísnost procesu předběžného návrhu{0}}nástroje přímo předpovídá konzistenci kvality výrobních dílů. To je důvod, proč zkušení kupující stále častěji žádají potenciálníAutíčko Plastová vstřikovací formavýrobci, aby prokázali svou schopnost simulace a DFM, než investují do nástrojů.

Výrobce hraček v jihovýchodní Asii kvalifikoval nový model vozidla v ABS. TheAutíčko Plastová vstřikovací formaskořepina karoserie vyráběla díly, které prošly vizuální kontrolou, ale po lakování neprošly kontrolami kvality - lakování odhalilo malé povrchové prohlubně (stopy po propadnutí) a když byly řezy pro kontrolu, vnitřní dutiny za výztužnými žebry podběhů.

Původní návrh žebra na podběhu kola měl základní tloušťku 2,8 mm - 93 % nominální 3,0 mm stěny panelu karoserie. Standardní pravidlo povoluje maximálně 60 %, což znamená, že žebra byla výrazně předimenzována, aby se zabránilo dutinám. Brána byla umístěna na spodní straně panelu karoserie, přibližně 95 mm od nejbližšího prvku podběhu kola.

Společnost Sunhingstones provedla kontrolu DFM a simulaci proudění na stávajícím návrhu. Simulace potvrdila:

· Předpokládaná tvorba dutin za žebry všech čtyř podběhů kol kvůli nedostatečnému dosahu těsnicího tlaku

· Tři umístění lapačů vzduchu ve vnitřních kapsách rámu okna, v těchto místech nejsou aktuálně umístěny žádné větrací otvory

Provedeny změny designu:

1. Tloušťka základny žebra podběhu kola snížena z 2,8 mm na 1,6 mm (53 % jmenovité stěny), s výškou upravenou tak, aby byl zachován ekvivalentní modul průřezu

2. Průměr brány se zvětšil z 1,2 mm na 1,8 mm, aby se rozšířil tlak ucpávky do oblasti oblouku

3. Tři větrací drážky přidány při simulaci-potvrzené umístění vzduchových uzávěrů v kapsách rámu okna

Výsledky po úpravě formy:

· Vnitřní mezery: eliminovány v 500dílném kvalifikačním vzorku

· Lapače vzduchu u okenních rámů: odstraněny

· Povrchové stopy po dřezu: po lakování již nejsou vidět

· Míra odmítnutí snížena z 6,8 % (převážně v souvislosti s prázdnotou a propadem) na 0,4 %

Otázka: Jaký je rozdíl mezi vzduchovou bublinou a smršťovací dutinou při vstřikování? 
Odpověď: Vzduchová bublina (lapač vzduchu) se vytvoří, když se plyn fyzicky zachytí v dutině postupující taveninou plastu. Smršťovací dutina se vytvoří, když tlusté části vychladnou a vnitřek se smrští pryč od již -ztuhlé kůže. Obojí se jeví jako vnitřní dutiny v řezané části, ale na konci výplně se obvykle objevují vzduchové lapače a mohou vykazovat mírné zbarvení, zatímco v nejtlustších částech se vyskytují dutiny se smršťováním a mají hladké, čisté vnitřní povrchy.

Otázka: Jak zjistím, zda je můj problém s bublinami problémem návrhu formy nebo procesním problémem?

Odpověď: Pokud je umístění bublin konzistentní od záběru k záběru a odpovídá geometrickému prvku (silná část, poslední{0}}výplňový roh), jde téměř jistě o problém návrhu formy. Pokud jsou umístění bublin nekonzistentní nebo korelují se změnami šarže materiálu, může se jednat o vlhkost materiálu nebo problém se stabilitou procesu. Před provedením jakýchkoli změn vyberte vzorový díl a ověřte typ závady.

Otázka: Jaká je standardní hloubka odvzdušňovací drážky pro díly ABS? 

Odpověď: U ABS je standardní hloubka odvzdušňovací drážky 0,025–0,04 mm na čele dutiny, která se otevírá do 0,5–1,0 mm reliéfní části za ní. Hlouběji než toto a ABS problikne ventilačním otvorem. Větrací otvory by měly být umístěny na místech potvrzených simulací výplně jako poslední oblasti, které je třeba vyplnit, nejen na generických pozicích dělicí čáry.

Otázka: Mohu vyřešit problém s bublinami zvýšením rychlosti vstřikování? 

Odpověď: Zvýšení rychlosti vstřikování může někdy změnit umístění lapače vzduchu změnou vzoru plnění, ale neodstraní základní příčinu - přemístí problém. Spolehlivou opravou je přepracování polohy brány, přidání větracích otvorů na potvrzených místech lapačů vzduchu nebo obojí. Procesní úpravy jsou v nejlepším případě dočasným opatřením.

Otázka: Kolik větracích drážek potřebuje typická vstřikovací forma na karoserii autíčka? 

Odpověď: Počet zcela závisí na geometrii součásti a vzoru výplně. Jednoduchý plochý panel může potřebovat 4–6 ventilačních otvorů; složitá skořepina těla s několika kapsami může potřebovat 15–25. Jediný spolehlivý způsob, jak určit správný počet a umístění, je simulace toku formy kombinovaná s první-kontrolou předmětu. ŽádnýVýrobce plastových vstřikovacích forem do autíčekprovedení řádné kontroly DFM bude zahrnovat ověření umístění ventilace v tomto procesu.

Otázka: Kde najdu továrnu na vstřikování plastů do autíček, která od začátku navrhuje prevenci dutin? 
A: Hledej aAutíčko Plastová vstřikovací formadodavatele, který poskytuje simulaci toku formy jako standardní součást jejich procesu DFM -, nikoli jako volitelný doplněk. Výstup simulace by měl zahrnovat analýzu vzoru výplně, předpověď linie svaru a identifikaci umístění vzduchové pasty. Dodavatel, který vám může ukázat tyto výstupy pro vaši specifickou geometrii součásti před tím, než se pustí do obrábění, je ten, kdo ve skutečnosti defektům zabrání, než aby je později ladil.

Vzduchové bubliny a smršťovací dutiny v dílech vyrobených vstřikováním lze předvídat a lze jim předejít - nikoli díky štěstí nebo procesnímu hrdinství, ale prostřednictvím systematických návrhových rozhodnutí učiněných před výrobou formy. Poloha brány, umístění ventilace, stejnoměrnost tloušťky stěny a proporce žeber jsou všechny konstrukční proměnné. Oslovte je ve fázi DFM, ověřte je simulací a produkční díly vyjdou hned napoprvé.

Ve společnosti Sunhingstones je prevence bublin a dutin součástí standardního procesu DFM pro každéhoAutíčko Plastová vstřikovací forma, pouzdrové formy a nástroje pro přesné součásti, které navrhujeme. KaždýAutíčko Plastová vstřikovací formaprojekt zahrnuje úplnou simulaci plnění s ověřením umístění ventilace před obráběním jakékoli oceli. U každého projektu spouštíme simulaci toku formy, dokumentujeme zdůvodnění návrhu vtoku a ventilace a před uvolněním k obrábění potvrdíme vzor výplně.

Máte problémy s bublinami nebo dutinami na stávající formě nebo jim chcete předejít u nového projektu?Kontaktujte náš technický tým s geometrií dílu a aktuálním popisem závady. Identifikujeme hlavní příčinu a doporučíme správnou návrhovou opravu.

Reference a další čtení

1. Rosato, DV a Rosato, MGPříručka pro vstřikování, 3. vydání. Springer, 2000.https://link.springer.com/book/9781461370895

2. Malloy, RADesign plastových dílů pro vstřikování, 2. vydání. Hanser, 2010.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569904367

3. Kazmer, DOKonstrukční inženýrství vstřikovacích forem, 2. vydání. Hanser, 2016.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569905852

4. Wang, Y. a kol. "Vliv umístění větracího otvoru na míru defektů lapače vzduchu u složitých-geometrií vstřikovaných dílů."Polymerové inženýrství a věda, svazek . 60, vydání 8, 2020.https://www.doi.org/10.1002/pen.25396

5. Nian, SC a kol. "Změna tloušťky stěny a tvorba vnitřních dutin při vstřikování spotřebního výrobku."International Journal of Advanced Manufacturing Technology, svazek . 114, 2021.https://link.springer.com/journal/170

6. Společnost plastických inženýrů (SPE). Průzkum kořenové příčiny vad spotřebního plastového dílu. Technický dokument SPE, 2022.https://www.4spe.org/

7. Asociace zábavních služeb a technologií (ESTA). Standardy kvality výroby a hodnocení způsobilosti DFM. Technická příručka ESTA, 2022.https://www.esta.org/

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