Dva různé problémy, které oba vypadají jako "bubliny"
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.
Vzduchové lapače se tvoří, 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 proudění - v rozích, slepých kapsách nebo kdekoli, kde vzor náplně nutí dvě přední strany taveniny, aby se setkaly a zachytily vzduch mezi nimi.
Smršťovací dutiny se tvoří 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 zablokuje se. Jak se stále-roztavený vnitřek stále ochlazuje a smršťuje, odtahuje se od pokožky a vytváří vnitřní prázdnotu. Smrštěné dutiny se objevují v nejsilnějších částech součásti - za žebry, uvnitř výstupků, na přechodech tlustých stěn.
Diagnostika, jaký typ máte:
Vyřazený díl odřízněte nebo rozřízněte. 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.
Správné stanovení diagnózy 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.
Jak se tvoří a návrhová řešení
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.
U plastové vstřikovací formy pro autíčka s 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: Rozměry drážky, umístění a hloubka
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 ventilační drážku.
Reliéfní sekce: Za odvzdušňovací drážkou širší, hlubší odlehčovací kanál (hloubka 0,5–1,0 mm) 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 publikovaná v Polymer Engineering and Science (2020) zjistila, 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.
U plastových vstřikovacích forem do autíček je umístění větracích otvorů obzvláště důležité v uzavřených kapsách - vnitřních okenních otvorech, pod-kanály karoserie a jakýchkoli hlubokých zaslepených prohlubních v konstrukci karoserie. To jsou přesně místa, kde tavenina může obklopit zachycený vzduch a nemá kam jít.
Návrh běhounu a brány pro evakuaci čistého vzduchu
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. Brány ventilátoru na širokých, plochých površích (jako jsou střešní panely autíček) rozdělují výplň po celé šířce, čímž snižují pravděpodobnost skládání vzduchu na vstupu do brány a vytvářejí předvídatelnější evakuační cestu.
Simulace toku plísní
Pro jakýkoli díl se složitou geometrií - včetně většiny plastových vstřikovačů do autíček MoldSimulace 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.
Smršťovací dutiny: Tloušťka stěny, brány a tlak balení
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 silné části trvá déle, než se ochladí, než 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
U plastové vstřikovací formy pro autíčka jsou nejběžnějšími místy pro smrštění - všechny oblasti, kde místní tloušťka přesahuje jmenovitou stěnu panelu karoserie, okraje podběhů kol, výztuhy střechy a nálitky uchycení nápravy. Navrhování těchto prvků podle výše uvedených pravidel proporcování eliminuje většinu tvorby dutin ještě předtím, než začne.
Poloha a velikost brány vzhledem k tlustým sekcím
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.
U plastové vstřikovací formy pro autíčka s tlustými rysy návarku nápravy je ideální poloha závory 50–80 mm od vjezdu vrat. 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.
Jak výběr materiálu a sušení ovlivňují tvorbu bublin
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 proToy Aplikace automobilových plastových vstřikovacích forem - 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.
Prevence bublin v designu plastových vstřikovacích forem do autíčka
Plastová vstřikovací forma do autíčka představuje 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 umístění vzduchových lapačů. Umístění vtoku musí být ověřeno simulací proudění a odvzdušňovací drážky musí být umístěny na všech potvrzených posledních -místech plnění, nejen na zjevných hranách dělicí čáry.
Dutiny v tlustých částech 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-souvisejících s vlhkostí 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. Designy plastových vstřikovacích forem PP do autíček těží z o něco přísnější disciplíny ohledně uniformity stěn než ekvivalenty ABS.
Publikoval výzkum o defektech prázdnoty a vzduchové pasti
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 hlášení o závadách typu bublin-.
Uznávání kvality designu vyráběných komponent ESTA
Asociace Entertainment Services and Technology Association (ESTA) řeší kvalitu výroby ve svých kvalifikačních rámcích dodavatelů pro komponenty používané v prostředí 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. U plastových vstřikovacích forem do autíček nebo jakékoli formy spotřebního výrobku předpovídá přísnost procesu předběžného návrhu{4}}nástroje přímo konzistenci kvality výrobních dílů. To je důvod, proč zkušení kupující stále častěji žádají potenciální výrobce plastových vstřikovacích forem do autíček, aby před investicí do nástrojů prokázali svou simulaci a schopnost DFM.
Odstranění vnitřních dutin ve formě karoserie autíčka
Výrobce hraček v jihovýchodní Asii kvalifikoval nový model vozidla v ABS. Skořepina karoserie plastové vstřikovací formy pro autíčka vyráběla díly, které prošly vizuální kontrolou, ale po lakování neprošly kontrolami kvality -, proces lakování odhalil 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:
Předpovídaná 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 ventilační otvory
Provedeny změny designu:
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
Průměr brány se zvýšil z 1,2 mm na 1,8 mm, aby se rozšířil dosah ucpávkového tlaku do oblasti oblouku
Tři větrací drážky přidané při simulaci-potvrzené umístění lapačů vzduchu 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 %
FAQ
Otázka: Jaký je největší nákladový faktor u vstřikovací formy pro myš?
Odpověď: U typického pouzdra pro spotřební elektroniku jsou kombinace mechanismů bočních akcí (každý posuvník ve formě skořepiny myši přidává 800–3 000 USD) a kosmetické leštění povrchu obvykle dva největší faktory variabilních nákladů. Dohromady mohou představovat 40–60 % celkových nákladů na tento typ nástrojů pro bydlení, a proto revize DFM zaměřená na tyto dvě oblasti přináší největší snížení nákladů.
Otázka: Kolik obvykle stojí 2dutinová skořepinová forma?
Odpověď: 2-dutinová vstřikovací forma na myš pro standardní bezdrátovou myš z ABS, se studeným oběhem, 4–6 bočními akcemi a -povrchovým leskem, obvykle stojí 20 000–42 000 USD v závislosti na specifikaci povrchové úpravy a počtu posuvníků. Verze formy s horkým vtokem přidávají 4 000–8 000 USD. Tato čísla odrážejí produkční-kvalitní nástroje s úplnou kontrolou DFM – nikoli prototypové měkké nástroje.
Otázka: Proč mají dva podobně-vypadající projekty takového nástroje velmi odlišné náklady?
Odpověď: Téměř vždy se rozdíl odvíjí od specifikace povrchové úpravy (která zvyšuje náklady na leštění), počtu vedlejších účinků (každý jezdec je nezávislou nákladovou položkou ve formě pouzdra spotřební elektroniky) a požadavků na rozměrovou toleranci (přísnější tolerance vyžadují povrchovou úpravu EDM). Požadavek na podrobný rozpis nákladů od obou dodavatelů přesně určí, kde leží rozdíl v nákladech na vstřikovací formy pro myš.
Otázka: Může kontrola DFM snížit náklady na tento nástroj bez změny designu produktu?
Odpověď: DFM review mění design produktu - konkrétně, identifikuje funkce, které zvyšují náklady na nástroje, aniž by přidávaly hodnotu produktu, a doporučuje alternativy designu. Změny jsou obvykle malé (přemístění prvku na dělicí čáru, uvolnění ne-funkční tolerance) a nemají žádný dopad na zkušenost koncového uživatele s produktem. U formy na pouzdro jsou běžně dosažitelné úspory DFM ve výši 15–25 %.
Otázka: Stojí horký vtok za prémii za skořepinové nástroje?
Odpověď: U vstřikovacích forem pro myš s objemem výroby nad 500 000 výstřelů za rok je ekonomika horkých vtoků obecně příznivá - eliminace plýtvání materiálem a zkrácení doby cyklu vede k úsporám provozních nákladů, které obvykle vrátí prémii 4 000 až 8 000 USD během 12–18 měsíců. Pod tímto objemem je studený vtok obvykle nákladově{10}}efektivnější pro formy na pouzdro.
Otázka: Jak najdu výrobce nástroje, který mi poskytne podrobný rozpis nákladů?
Odpověď: Hledejte tuto továrnu na výrobu forem, která poskytuje formální dokumentaci DFM jako součást procesu nabídky - včetně identifikace každého nákladového faktoru a jeho příspěvku k celkovým nákladům na nástroje. Výrobce vstřikovacích forem Mouse Shell, který dokáže vysvětlit náklady, prokazuje jak technické znalosti, tak obchodní transparentnost, což jsou smysluplné ukazatele kvality.
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 smršťovací dutiny se vyskytují v nejtlustších částech 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 karoserie 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. Jakýkoli výrobce plastových vstřikovacích forem do autíček, který provádí řádnou kontrolu DFM, do tohoto procesu zahrne ověření umístění ventilace.
Design pro nulové bubliny před prvním výstřelem
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 každou plastovou vstřikovací formu do autíčka, formu na pouzdro a nástroj na přesné součásti, které navrhujeme. Každý projekt vstřikovací formy do autíčka obsahuje 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.
