Cum designul matriței prin injecție previne bulele de aer și golurile în piesele din plastic?

Înainte de a vorbi despre soluții, merită să fii precis cu ce ai de-a face de fapt. Există două defecte fundamental diferite, care ambele sunt numite „bule” în producție și au cauze fundamentale opuse.

Capcane de aerse formează atunci când gazul - aerul care se afla deja în cavitatea matriței înainte de injectare sau gazul produs de topitura de plastic în sine - este prins într-o locație din care nu poate scăpa. Pe măsură ce plasticul se umple în jurul lui, gazul prins creează un gol vizibil sau o blister de suprafață. Capcanele de aer tind să apară la sfârșitul fluxului - în colțuri, buzunare oarbe sau oriunde modelul de umplere forțează două fronturi de topire să se întâlnească și să rețină aerul între ele.

Goluri de contracțiese formează din motivul opus: nu pentru că este prea mult gaz, ci pentru că nu este suficient plastic. Când o secțiune groasă a unei piese se răcește, pielea exterioară se solidifică mai întâi și se blochează pe loc. Pe măsură ce interiorul încă-topit continuă să se răcească și să se micșoreze, acesta se îndepărtează de piele, creând un gol intern. Goluri de contracție apar în cele mai groase secțiuni ale părții - din spatele nervurilor, în interiorul bofurilor, la tranzițiile pereților groși.

Diagnosticați ce tip aveți:

· Tăiați sau secționați o piesă respinsă. Dacă există o cavitate internă netedă, rotundă, fără decolorare, este probabil un gol de contracție. Dacă există o ușoară arsură sau decolorare la locul bulei, este mai probabil o problemă de aer sau gaz prins.

· Verificați modelul locației. Golurile de contracție sunt consistente - întotdeauna în aceeași secțiune groasă. Capcanele de aer pot fi mai variabile ca locație, dar tind să se aglomereze la sfârșitul umplerii sau la anumite caracteristici de geometrie.

Obținerea corectă a diagnosticului înainte de a încerca o remediere este esențială - soluțiile pentru capcanele de aer și golurile de contracție sunt destul de diferite, iar aplicarea remedierii greșite la problema greșită pierde timp și bani.

Locația porții și modelul de umplere

Modelul de umplere - cum curge plasticul de la poartă pentru a umple întreaga cavitate - este variabila principală care determină unde și dacă se vor forma capcanele de aer.

Când plasticul umple o cavitate, împinge aerul dinaintea acesteia spre extremitățile matriței. Dacă modelul de umplere este bine proiectat-, aerul este împins progresiv către linia de despărțire și canelurile de aerisire, de unde poate ieși. Dacă modelul de umplere este prost proiectat, poate crea „urmărirea cursei” - în care plasticul se mișcă mai repede pe o cale decât pe alta și se dublează înapoi pentru a capta aerul într-un buzunar.

Locația porții este cea mai importantă decizie pentru controlul modelului de umplere. Plasarea porții în secțiunea cea mai subțire a unei piese complexe sau pe partea greșită a unei piese cu caracteristici interne, aproape garantează capcane de aer. Simularea curgerii matriței ar trebui utilizată pentru a modela modelul de umplere și pentru a identifica locațiile de aer prins înainte de finalizarea poziției porții.

Pentru aMașină de jucărie Mașină de injecție din plasticcu panouri de caroserie care includ rame interioare ale ferestrelor, niște uși și caracteristici ale arcului de roată, modelul de umplere este complex. Porțile trebuie poziționate pentru a umple mai întâi secțiunile deschise ale panoului și pentru a permite evacuarea aerului din buzunarele închise pe măsură ce topitura ajunge la ele.

Aerisirea este soluția mecanică cea mai directă pentru capcanele de aer. Canelurile de aerisire sunt canale de mică adâncime prelucrate în suprafața liniei de despărțire a matriței care permit aerului prins să iasă pe măsură ce matrița se umple. Provocarea este că orificiul de ventilație trebuie să fie suficient de larg și suficient de adânc pentru a lăsa aerul să iasă, dar suficient de puțin adânc încât plasticul să nu curgă și să nu creeze fulger.

Specificații standard ale canelurii de aerisire:

· Adâncime:0,015–0,05 mm pentru majoritatea materialelor termoplastice. ABS și PP pot tolera orificii de aerisire puțin mai adânci (0,03–0,05 mm) fără a produce flash; materialele cu vâscozitate mai mică au nevoie de orificii de aerisire mai puțin adânci.

· Lăţime:În mod obișnuit, 3–8 mm per canelura de aerisire.

· Secțiune de relief:În spatele canelurii de aerisire, un canal de relief mai larg și mai adânc (0,5–1,0 mm adâncime) permite aerului evacuat să se evacueze în atmosferă fără a reveni.

· Plasare:Orificiile de ventilație trebuie să fie poziționate acolo unde analiza modelului de umplere prezice ultimele-locații de umplere. Un aerisire în locație greșită nu face nimic.

Un studiu publicat înIngineria și știința polimerilor(2020) au descoperit că matrițele cu plasare de aerisire verificată prin simulare-au arătat rate de defectare a capcanelor de aer cu aproximativ 74% mai mici decât matrițele cu orificii de aerisire plasate empiric la liniile de despărțire doar -, confirmând că plasarea ventilației pe baza analizei de umplere depășește plasarea doar pe baza intuiției.

Pentru aMașină de jucărie Mașină de injecție din plastic, amplasarea ventilației este deosebit de importantă în buzunarele închise - deschiderile interioare ale ferestrelor, sub-canalele corpului și orice adâncituri oarbe din structura caroseriei. Acestea sunt exact locațiile în care topirea poate înconjura aerul prins, fără niciunde unde să se ducă.

Geometria ghidajului și a porții afectează și evacuarea aerului. O intrare de poartă bine concepută-creează un model de umplere neted, progresiv, care împinge aerul în mod constant către orificiile de ventilație. O poartă prost proiectată - una care este prea îngustă, prea scurtă sau poziționată pentru a crea jet - produce un front de umplere turbulent care pliază aerul în topitură, în loc să o împingă înainte.

Porțile submarine (tunel) ar trebui să evite locațiile în care intrarea pe poartă este orientată spre un buzunar orb sau colț. Porțile ventilatorului de pe suprafețe largi și plane (cum ar fi panourile de acoperiș pentru mașini de jucărie) distribuie umplutura pe toată lățimea, reducând probabilitatea de pliere a aerului la intrarea pe poartă și creând o cale de evacuare mai previzibilă.

Simularea fluxului de mucegai

Pentru orice piesă cu geometrie complexă -, inclusiv majoritateaMașină de jucărie Mașină de injecție din plasticcomponentele corpului - simularea fluxului de matriță ar trebui să fie executată înainte ca pozițiile porții și de ventilație să fie finalizate. Simularea arată secvența de umplere, identifică ultimele-locații de umplere, prezice unde se formează liniile de sudură și, cel mai important, arată unde va avea loc captarea aerului. Modificările aduse poziției porții, locației ventilației sau aspectului de rulare făcute în simulare nu costă nimic. Aceleași modificări făcute în oțel după primele mostre sunt costisitoare și consumă-timpul.

Uniformitatea grosimii peretelui - Cauza principală

Golurile de contracție sunt aproape întotdeauna o problemă cu grosimea peretelui. Când există o secțiune groasă locală semnificativă - un boss, o nervură de întărire prea lată, o caracteristică decorativă înălțată - materialul suplimentar din acea secțiune groasă durează mai mult să se răcească decât zona înconjurătoare. Pielea exterioară se solidifică și se blochează pe loc; miezul continuă să se răcească și să se micșoreze, creând un gol intern.

Regula de proiectare este simplă: păstrați grosimea peretelui cât mai uniformă. Acolo unde o secțiune mai groasă este inevitabil, reduceți tranziția de la gros la subțire, în loc să creați un pas ascuțit.

Reguli standard de proiectare a nervurilor pentru a preveni golurile:

· Grosimea nervurilor: 50–60% din grosimea nominală a peretelui

· Înălțimea nervurii: maxim 3× lățimea bazei nervurii

· Mai multe coaste mai scurte în paralel sunt mai bune decât o coastă înaltă și largă

Pentru aMașină de jucărie Mașină de injecție din plastic, împrejurimile arcului de roată, întăririle acoperișului și bofurile de montare a osiilor sunt cele mai frecvente locații pentru golurile de contracție - toate zonele în care grosimea locală depășește peretele nominal al panoului caroseriei. Proiectarea acestor caracteristici conform regulilor de proporție de mai sus elimină majoritatea formării de goluri înainte de a începe.

Poarta trebuie poziționată astfel încât secțiunile groase ale piesei să fie în limita presiunii de ambalare a porții atunci când matrița se umple. Presiunea de ambalare - presiunea crescută aplicată după ce cavitatea este nominal plină - comprimă material suplimentar în secțiunile groase pentru a compensa contracția la răcire. Dacă secțiunea groasă este prea departe de poartă sau dacă poarta a înghețat înainte de finalizarea ambalării, compensația nu ajunge la ea și se formează un gol.

Într-oMașină de jucărie Mașină de injecție din plasticcu caracteristici de boșaj de osie groase, poziția ideală a porții plasează șeful la 50–80 mm de intrarea în poartă. Acolo unde geometria împiedică acest lucru, un diametru mai mare al porții sau o a doua poziție a porții poate extinde raza efectivă de ambalare.

Presiunea de ambalare și timpul de reținere

În timp ce presiunea ambalajului și timpul de reținere sunt mai degrabă parametri de proces decât parametri de proiectare, proiectarea matriței trebuie să creeze condițiile pentru ca acestea să fie eficiente. O poartă care îngheață prea repede - pentru că suprafața porții este prea subțire - reduce presiunea de împachetare înainte ca secțiunile groase să se răcească suficient pentru a fi auto-susținute. Lungimea terenului și diametrul porții trebuie dimensionate pentru a menține poarta deschisă pentru timpul minim de ambalare cerut de cea mai groasă secțiune a piesei.

Nu toate bulele provin din capcane de aer sau din goluri de contracție. O a treia categorie de - goluri de umiditate - se formează atunci când materialele higroscopice precum ABS, nailon sau PC sunt prelucrate cu uscare inadecvată. Umiditatea absorbită din atmosferă se transformă în abur în timpul injectării, iar aceste buzunare de abur arată ca niște bule de aer în piesa finită.

ABS - cel mai comun material pentruMașină de jucărie Mașină de injecție din plasticaplicațiile - absoarbe ușor umiditatea din aer. ABS standard necesită uscare la 80-85 de grade timp de 2-4 ore înainte de procesare. ABS sub-uscat produce dungi argintii și bule mici de suprafață chiar și într-o matriță bine-proiectată. Aceasta este o problemă de procesare, nu o problemă de proiectare a matriței -, dar merită exclusă înainte de a petrece timp investigând matrița.

Distincția simptomelor: golurile de umiditate produc adesea modele de dungi argintii la suprafață, pe lângă bulele interne. Capcanele de aer și golurile de contracție nu produc de obicei dungi argintii.

TheMașină de jucărie Mașină de injecție din plasticprezintă provocări specifice cu bule care merită abordate direct.

Capcane de aer din panoul caroseriei:Geometria complexă a caroseriei unei mașini de jucărie - cu caracteristici structurale interne, deschideri ale ferestrelor și buzunare pentru arcul roții - creează mai multe locații potențiale ale capcanelor de aer. Poziția porții trebuie verificată prin simularea fluxului, iar canelurile de aerisire trebuie plasate în toate ultimele-locații de umplere confirmate, nu doar la marginile evidente ale liniei de despărțire.

Goluri de secțiune groasă la caracteristicile structurale:Întăririle arcului de roată, bofurile de osie și nervurile de rigidizare a acoperișului sunt locații standard de gol într-o caroserie de jucărie. Aplicați regulile de proporție a nervurilor și boșajului de mai sus acestor caracteristici în timpul revizuirii DFM, înainte ca designul să fie eliberat pe scule.

Comportamentul bulelor ABS vs PP:ABS este mai predispus la umiditate-bulele de suprafață și necesită o gestionare atentă a uscării. PP este mai puțin higroscopic, dar are o contracție mai mare (1,0–2,5%) în comparație cu ABS (0,4–0,7%), făcându-l mai predispus la goluri interne de contracție la variații echivalente ale grosimii peretelui. PPMașină de jucărie Mașină de injecție din plasticmodelele beneficiază de o disciplină de uniformizare a pereților puțin mai strictă decât echivalentele ABS.

Un studiu înIngineria și știința polimerilor(2020) au descoperit că matrițele cu plasare de aerisire verificată prin simulare-au arătat rate de defectare a capcanelor de aer cu aproximativ 74% mai mici decât matrițele care utilizează numai plasarea empirică a ventilației.

· Cercetări publicate înJurnalul Internațional de Tehnologie Avansată de Fabricare(2021) au descoperit că variația grosimii peretelui peste 40% din valoarea nominală în piesele turnate prin injecție a produselor de larg consum a fost asociată cu formarea de goluri interne în 83% din cazurile studiate - confirmând că uniformitatea grosimii peretelui este cel mai fiabil predictor al riscului de goluri de contracție.

· Datele sondajului SPE (2022) au identificat ventilația insuficientă și neuniformitatea grosimii peretelui ca fiind cele mai frecvente două cauze fundamentale ale defectelor cu bule și goluri în producția de piese din plastic de consum, reprezentând împreună aproximativ 68% din toate rapoartele de defecte de tip bule-.

TheAsociația pentru servicii și tehnologie de divertisment (ESTA)abordează calitatea producției în cadrele sale de calificare a furnizorilor pentru componentele utilizate în mediile tehnologice de divertisment. Îndrumarea ESTA recunoaște în mod specific capacitatea procesului DFM -, inclusiv prevenirea sistematică a defectelor, cum ar fi golurile și capcanele de aer prin verificarea proiectării înainte de folosirea sculelor -, ca un indicator semnificativ al calității partenerului de producție. Pentru aMașină de jucărie Mașină de injecție din plasticsau orice tip de produs de larg consum, rigoarea procesului de proiectare pre{0}}unelte prezice direct consistența calității pieselor de producție. Acesta este motivul pentru care cumpărătorii cu experiență solicită din ce în ce mai mult potențialiiMașină de jucărie Mașină de injecție din plasticproducătorii să-și demonstreze capacitatea de simulare și DFM înainte de a investi în scule.

Un producător de jucării din Asia de Sud-Est califica un nou model de vehicul în ABS. TheMașină de jucărie Mașină de injecție din plasticcaroseria producea piese care au trecut inspecția vizuală, dar eșecul verificărilor de calitate după vopsire - procesul de vopsire a evidențiat mici depresiuni de suprafață (urme de chiuvetă) și, atunci când secțiunile au fost tăiate pentru inspecție, goluri interne în spatele nervurilor de armare a arcului roții.

Designul original al nervurilor de la pasajul roții avea o grosime de bază de 2,8 mm - 93% din peretele nominal al panoului caroseriei de 3,0 mm. Regula standard permite maximum 60%, ceea ce înseamnă că coastele au fost semnificativ supradimensionate pentru prevenirea golurilor. Poarta a fost poziționată pe partea de dedesubt a panoului caroseriei, la aproximativ 95 mm de cea mai apropiată caracteristică de șanț al arcului roții.

Sunhingstones a efectuat o revizuire DFM și o simulare a fluxului pe proiectul existent. Simularea a confirmat:

· Formarea golurilor prezisă în spatele tuturor nervurilor arcului de roată din cauza atingerii insuficiente a presiunii de ambalare

· Trei locații ale capcanelor de aer în buzunarele interioare ale cadrului ferestrei, fără orificii de ventilație poziționate în prezent în aceste locații

Modificări de proiectare implementate:

1. Grosimea bazei arcului de roată redusă de la 2,8 mm la 1,6 mm (53% din peretele nominal), cu înălțimea ajustată pentru a menține modulul de secțiune echivalent

2. Diametrul porții a crescut de la 1,2 mm la 1,8 mm pentru a extinde presiunea de ambalare până la regiunea arcului

3. Trei caneluri de aerisire adăugate la locațiile capcanelor de aer confirmate de simulare-în buzunarele cadrului ferestrei

Rezultate după modificarea matriței:

· Goluri interne: eliminate în proba de calificare din 500 de părți

· Capcane de aer la ramele ferestrelor: eliminate

· Urme la suprafața chiuvetei: nu mai sunt vizibile după vopsire

· Rata de respingere redusă de la 6,8% (predominant legată de gol și chiuvetă) la 0,4%

Î: Care este diferența dintre o bula de aer și un gol de contracție în turnarea prin injecție? 
R: O bula de aer (capcană de aer) se formează atunci când gazul este prins fizic în cavitate de topirea plasticului în avans. Un gol de contracție se formează atunci când secțiunile groase se răcesc, iar interiorul se micșorează de pielea deja-solidificată. Ambele apar ca goluri interne într-o parte secționată, dar capcanele de aer tind să apară la sfârșitul umplerii și pot prezenta o ușoară decolorare, în timp ce golurile de contracție apar în secțiunile cele mai groase și au suprafețe interne netede și curate.

Î: Cum știu dacă problema mea cu bule este o problemă de proiectare a matriței sau o problemă de proces?

R: Dacă locația bulei este consecventă de la o fotografie la alta și corespunde unei caracteristici geometrice (secțiune groasă, ultimul-colț de umplere), este aproape sigur o problemă de proiectare a matriței. Dacă locațiile bulelor sunt inconsecvente sau se corelează cu modificările lotului de materiale, poate fi o problemă de umiditate a materialului sau de stabilitate a procesului. Secționează un eșantion de parte pentru a confirma tipul de defect înainte de a face orice modificări.

Î: Care este adâncimea standard a canelurii de aerisire pentru piesele ABS? 

R: Pentru ABS, adâncimea standard a canelurii de aerisire este de 0,025–0,04 mm la fața cavității, deschizându-se către o secțiune de relief de 0,5–1,0 mm în spatele acesteia. Mai adânc decât aceasta și ABS-ul va clipi prin orificiul de ventilație. Orificiile de ventilație ar trebui să fie poziționate în locații confirmate prin simularea de umplere ca ultimele regiuni de umplut, nu doar în pozițiile generice ale liniilor de despărțire.

Î: Pot remedia o problemă cu bule crescând viteza de injecție? 

R: Creșterea vitezei de injecție poate muta uneori locația unei capcane de aer prin schimbarea modelului de umplere, dar nu elimină cauza de bază -, ci relocați problema. Soluția de încredere este reproiectarea poziției porții, adăugarea de orificii de aerisire în locațiile confirmate ale capcanelor de aer sau ambele. Ajustările procesului sunt în cel mai bun caz o măsură temporară.

Î: De câte caneluri de aerisire are nevoie o matriță de injecție tipică pentru caroserie de jucărie? 

R: Numărul depinde în întregime de geometria piesei și de modelul de umplere. Un simplu panou plat poate avea nevoie de 4-6 orificii de ventilație; o carcasă complexă cu mai multe caracteristici de buzunar ar putea avea nevoie de 15-25. Singura modalitate fiabilă de a determina numărul și amplasarea corecte este simularea fluxului de matriță combinată cu inspecția primului-articol. OriceProducător de matrițe de injecție din plastic pentru mașini de jucărieefectuarea unei evaluări corecte a DFM va include verificarea plasării ventilației în acel proces.

Î: Unde pot găsi o fabrică de matrițe de injecție de plastic pentru mașini de jucărie care proiectează de la început pentru prevenirea golurilor? 
A: Căutați oMașină de jucărie Mașină de injecție din plasticfurnizor care furnizează simularea fluxului de mucegai ca parte standard a procesului lor DFM - nu ca un plus opțional. Rezultatul simulării ar trebui să includă analiza modelului de umplere, predicția liniei de sudură și identificarea locației capcanei de aer. Un furnizor care vă poate arăta aceste rezultate pentru geometria dumneavoastră specifică a piesei înainte de a se angaja la scule este unul care va preveni defectele, mai degrabă decât să le depaneze mai târziu.

Bulele de aer și golurile de contracție din piesele turnate prin injecție sunt previzibile și prevenite - nu prin noroc sau eroic proces, ci prin decizii sistematice de proiectare luate înainte de construirea matriței. Poziția porții, plasarea ventilației, uniformitatea grosimii peretelui și proporția nervurilor sunt toate variabile de proiectare. Abordați-le în stadiul DFM, verificați-le prin simulare, iar piesele de producție ies corect de prima dată.

La Sunhingstones, prevenirea bulelor și a golurilor este parte a procesului standard DFM pentru fiecareMașină de jucărie Mașină de injecție din plastic, matriță de carcasă și unealtă pentru componente de precizie pe care le proiectăm. FiecareMașină de jucărie Mașină de injecție din plasticproiectul include simularea de umplere completă cu verificarea plasării ventilației înainte ca orice oțel să fie prelucrat. Executăm simularea fluxului de matriță pentru fiecare proiect, documentăm rațiunea de proiectare a porții și a ventilației și confirmăm modelul de umplere înainte de a da drumul la prelucrare.

Aveți probleme cu bule sau goluri pe o matriță existentă sau doriți să le preveniți într-un proiect nou?Contactați echipa noastră de ingineri cu geometria piesei dvs. și descrierea actuală a defectului. Vom identifica cauza principală și vom recomanda soluția corectă de proiectare.

Referințe și lecturi suplimentare

1. Rosato, DV și Rosato, MGManual de turnare prin injecție, Ediția a III-a. Springer, 2000.https://link.springer.com/book/9781461370895

2. Malloy, RADesign piese din plastic pentru turnare prin injecție, Ediția a II-a. Hanser, 2010.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569904367

3. Kazmer, DOIngineria de proiectare a matrițelor de injecție, Ediția a II-a. Hanser, 2016.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569905852

4. Wang, Y. şi colab. „Efectul poziționării ventilației asupra ratei defectelor capcanei de aer în piese turnate prin injecție cu geometrie-complexă”.Ingineria și știința polimerilor, Vol. 60, Numărul 8, 2020.https://www.doi.org/10.1002/pen.25396

5. Nian, SC şi colab. „Variația grosimii peretelui și formarea de goluri interne în turnarea prin injecție a produselor de larg consum”.Jurnalul Internațional de Tehnologie Avansată de Fabricare, Vol. 114, 2021.https://link.springer.com/journal/170

6. Societatea Inginerilor Plastici (SPE). Sondajul cauzei principale a defectelor piesei din plastic pentru consumatori. Document tehnic SPE, 2022.https://www.4spe.org/

7. Asociația pentru servicii și tehnologie de divertisment (ESTA). Standarde de calitate a producției și evaluarea capacității DFM. Ghid tehnic ESTA, 2022.https://www.esta.org/

8. Cizmar, J.Ghid de proiectare Moldflow. Hanser, 2006.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569903735