Hvordan sprøjtestøbedesign forhindrer luftbobler og hulrum i plastikdele?

Før du taler om løsninger, er det værd at være præcis om, hvad du faktisk har med at gøre. Der er to fundamentalt forskellige defekter, som begge bliver kaldt "bobler" i produktionen, og de har modsatte grundårsager.

Luftfælderdannes, når gas - luft, der allerede var inde i støbeformens hulrum før injektion, eller gas produceret af selve plastiksmelten - bliver fanget på et sted, den ikke kan undslippe. Når plastikken fyldes rundt om den, skaber den indespærrede gas et synligt tomrum eller overfladeblister. Luftfælder har en tendens til at dukke op i slutningen af ​​flowet - i hjørner, blinde lommer eller hvor som helst hvor fyldmønsteret tvinger to smeltefronter til at mødes og fange luft mellem dem.

Krympningshulrumdannes af den modsatte grund: ikke fordi der er for meget gas, men fordi der ikke er nok plastik. Når en tyk del af en del afkøles, størkner den ydre hud først og låser på plads. Da det stadig-smeltede indre fortsætter med at afkøle og krympe, trækker det sig væk fra huden og skaber et indre tomrum. Krympningshulrum forekommer i de tykkeste sektioner af delen - bag ribben, inde i fremspring, ved tykke vægovergange.

Diagnosticering af hvilken type du har:

· Klip eller snit en afvist del. Hvis der er et glat, rundt indre hulrum uden misfarvning, er det sandsynligvis et hulrum med krympning. Hvis der er en let forbrænding eller misfarvning på boblestedet, er det mere sandsynligt et problem med indespærret luft eller gas.

· Kontroller placeringsmønsteret. Krympningshulrum er konsistente - altid i den samme tykke sektion. Luftfælder kan være mere variable i placering, men har tendens til at klynge sig sammen ved slutningen af ​​fyldningen eller ved specifikke geometriske træk.

Det er vigtigt at få stillet diagnosen rigtigt, før du forsøger at løse problemet.

Portplacering og udfyldningsmønster

Fyldningsmønsteret - hvordan plastikken flyder fra porten for at fylde hele hulrummet - er den primære variabel, der bestemmer, hvor og om der dannes luftfælder.

Når plast fylder et hulrum, skubber det luften foran sig mod yderpunkterne af formen. Hvis fyldningsmønsteret er godt-designet, skubbes luften gradvist mod skillelinjen og udluftningsrillerne, hvor den kan slippe ud. Hvis fyldningsmønsteret er dårligt designet, kan det skabe "race tracking" -, hvor plastik bevæger sig hurtigere ned ad en vej end en anden og fordobles tilbage for at fange luft i en lomme.

Portplacering er den vigtigste enkeltbeslutning for fyldmønsterkontrol. Placering af porten i den tyndeste del af en kompleks del, eller på den forkerte side af en del med interne funktioner, garanterer næsten luftfælder. Skimmelstrømssimulering bør bruges til at modellere fyldningsmønsteret og identificere indespærrede luftplaceringer, før portpositionen er færdiggjort.

For enLegetøjsbil plastsprøjtestøbeformmed karrosseripaneler, der inkluderer indvendige vinduesrammer, dørudsparinger og hjulkassefunktioner, er fyldningsmønsteret komplekst. Låger skal placeres, så de fylder de åbne panelsektioner først og tillader luft at evakuere fra de lukkede lommer, når smelten ankommer til dem.

Udluftning er den mest direkte mekaniske løsning til luftfælder. Udluftningsriller er lavvandede kanaler, der er bearbejdet ind i støbeformens skillelinjeoverflade, som tillader indesluttet luft at undslippe, når støbeformen fyldes. Udfordringen er, at udluftningen skal være bred nok og dyb nok til at lukke luft ud, men lavvandet nok til, at plastik ikke strømmer igennem og skaber flash.

Standard udluftningsrille specifikationer:

· Dybde:0,015–0,05 mm for de fleste termoplast. ABS og PP kan tolerere lidt dybere åbninger (0,03-0,05 mm) uden at producere flash; materialer med lavere viskositet har brug for lavvandede ventilationskanaler.

· Bredde:Typisk 3-8 mm pr. udluftningsrille.

· Aflastningssektion:Bag udluftningsrillen lader en bredere, dybere aflastningskanal (0,5-1,0 mm dyb) den undslippede luft evakuere til atmosfæren uden at bakke op.

· Placering:Ventilationsåbninger skal placeres, hvor fyldmønsteranalysen forudsiger de sidste-fyldningsplaceringer. En udluftning på den forkerte placering gør intet.

En undersøgelse offentliggjort iPolymerteknik og videnskab(2020) fandt ud af, at forme med simulerings-verificeret ventilationsplacering viste luftfældedefektrater ca. 74 % lavere end forme med empirisk placerede ventilationsåbninger ved skillelinjer kun -, hvilket bekræfter, at ventilationsplacering baseret på fyldanalyse overgår placering baseret på intuition alene.

For enLegetøjsbil plastsprøjtestøbeform, placering af ventilationsåbninger er særlig vigtig i lukkede lommer - de indvendige vinduesåbninger, under-karosserikanaler og eventuelle dybe blinde fordybninger i karrosseriet. Det er præcis de steder, hvor smelten kan omgive indespærret luft uden nogen steder at tage hen.

Løbe- og portgeometrien påvirker også luftevakueringen. En godt-designet portindgang skaber et glat, progressivt fyldningsmønster, der skubber luften konsekvent mod åbningerne. En dårligt designet port -, der er for smal, for kort eller placeret til at skabe jetting - producerer en turbulent fyldningsfront, der folder luft ind i smelten i stedet for at skubbe den fremad.

Undersøiske (tunnel) porte bør undgå steder, hvor portindgangen vender mod en blind lomme eller et hjørne. Ventilatorporte på brede, flade overflader (som legetøjsbiltagpaneler) fordeler fyldningen over hele bredden, hvilket reducerer sandsynligheden for luftfoldning ved portindgangen og skaber en mere forudsigelig evakueringsvej.

Skimmelstrømssimulering

For enhver del med kompleks geometri - inklusive de flesteLegetøjsbil plastsprøjtestøbeformkropskomponenter - formstrømningssimulering bør køres, før port- og ventilationspositionerne er endelige. Simulering viser påfyldningssekvensen, identificerer de sidste-påfyldningssteder, forudsiger, hvor svejselinjer dannes, og vigtigst af alt viser, hvor luftindfangning vil forekomme. Ændringer af portposition, udluftningsplacering eller løberlayout foretaget i simulering koster ingenting. De samme ændringer, der foretages i stål efter første prøver, er dyre og tidskrævende-.

Vægtykkelsesensartethed - Den primære årsag

Krympningshulrum er næsten altid et vægtykkelsesproblem. Når der er en betydelig lokal tyk sektion - en knast, en forstærkende ribbe, der er for bred, et dekorativt hævet element - er det ekstra materiale i det tykke afsnit længere tid om at afkøle end det omkringliggende område. Den ydre hud størkner og låser sig på plads; kernen fortsætter med at afkøle og krympe, hvilket skaber et indre tomrum.

Designreglen er enkel: Hold vægtykkelsen så ensartet som muligt. Hvor en tykkere sektion er uundgåelig, skal du spidse overgangen fra tyk til tynd i stedet for at skabe et skarpt trin.

Standard ribbedesignregler for at forhindre hulrum:

· Ribbetykkelse: 50–60 % af den nominelle vægtykkelse

· Ribhøjde: maksimalt 3× ribbens bundbredde

· Flere kortere ribben parallelt er bedre end én høj, bred ribben

For enLegetøjsbil plastsprøjtestøbeform, hjulkasserne, tagforstærkninger og akselmonteringsnavser er de mest almindelige steder for krympehulrum - alle områder, hvor den lokale tykkelse overstiger den nominelle karrosseripanelvæg. At designe disse funktioner til proportioneringsreglerne ovenfor eliminerer de fleste tomrumsdannelser, før det starter.

Porten skal placeres således, at delens tykke sektioner er inden for portens paktryksrækkevidde, når formen fyldes. Pakningstryk - det forhøjede tryk, der påføres, efter at hulrummet er nominelt fuldt, - komprimerer yderligere materiale ind i de tykke sektioner for at kompensere for kølesvind. Hvis den tykke sektion er for langt fra porten, eller hvis porten er frosset af, før pakningen er færdig, når kompensationen ikke den, og der dannes et tomrum.

I enLegetøjsbil plastsprøjtestøbeformmed tykke akselbov-funktioner placerer den ideelle portposition bommen inden for 50–80 mm fra portindgangen. Hvor geometri forhindrer dette, kan en større portdiameter eller en anden portposition forlænge den effektive pakningsrækkevidde.

Pak tryk og hold tid

Mens pakketryk og holdetid er procesparametre snarere end designparametre, skal formdesignet skabe betingelserne for, at de er effektive. En port, der fryser for hurtigt -, fordi portens flade er for tynd - afbryder pakningstrykket, før de tykke sektioner er afkølet nok til at være selv-bærende. Længde og diameter på portens flade skal være dimensioneret til at holde porten åben i den mindste pakketid, der kræves af den tykkeste sektion i delen.

Ikke alle bobler kommer fra luftfælder eller krympende hulrum. En tredje kategori - fugthuller - dannes, når hygroskopiske materialer som ABS, nylon eller PC behandles med utilstrækkelig tørring. Fugt absorberet fra atmosfæren omdannes til damp under injektion, og disse damplommer ligner luftbobler i den færdige del.

ABS - det mest almindelige materiale tilLegetøjsbil plastsprøjtestøbeformapplikationer - absorberer let fugt fra luften. Standard ABS kræver tørring ved 80-85 grader i 2-4 timer før behandling. Under-tørret ABS producerer sølvstriber og små overfladebobler selv i en vel-designet form. Dette er et behandlingsproblem, ikke et problem med formdesign -, men det er værd at udelukke, før du bruger tid på at undersøge formen.

Symptomforskel: fugtige hulrum producerer ofte sølvstriber på overfladen ud over interne bobler. Luftfælder og krympningshuller producerer typisk ikke sølvstriber.

DeLegetøjsbil plastsprøjtestøbeformpræsenterer specifikke bobleudfordringer, som er værd at tage fat på direkte.

Luftfælder til kropspaneler:Den komplekse geometri af en legetøjsbils karosseri - med interne strukturelle funktioner, vinduesåbninger og hjulkasselommer - skaber flere potentielle luftfældeplaceringer. Portposition skal verificeres ved flowsimulering, og udluftningsriller skal placeres på alle bekræftede sidste-fyldningssteder, ikke kun ved tydelige skillelinjekanter.

Tykke sektionshuller ved strukturelle træk:Hjulkasseforstærkninger, akseltavler og tagafstivningsribber er standardpladser i et legetøjsbilkarosseri. Anvend reglerne for rib- og knastproportionering ovenfor på disse funktioner under DFM-gennemgangen, før designet frigives til værktøj.

ABS vs PP bobleadfærd:ABS er mere udsat for fugt-relaterede overfladebobler og kræver omhyggelig tørrestyring. PP er mindre hygroskopisk, men har højere krympning (1,0-2,5%) sammenlignet med ABS (0,4-0,7%), hvilket gør det mere tilbøjeligt til indre krympningshulrum ved tilsvarende vægtykkelsesvariationer. PPLegetøjsbil plastsprøjtestøbeformdesigns drager fordel af lidt strengere vægensartethedsdisciplin end ABS-ækvivalenter.

Et studie iPolymerteknik og videnskab(2020) fandt ud af, at forme med simulerings-verificeret ventilationsplacering viste luftfældedefektrater ca. 74 % lavere end forme, der udelukkende brugte empirisk ventilationsplacering.

· Forskning offentliggjort iInternational Journal of Advanced Manufacturing Technology(2021) fandt, at vægtykkelsesvariation over 40 % af nominel i sprøjtestøbte dele til forbrugerprodukter var forbundet med indre hulrumsdannelse i 83 % af de undersøgte tilfælde -, hvilket bekræfter, at vægtykkelsesensartethed er den mest pålidelige forudsigelse for risiko for svindhud.

· SPE-undersøgelsesdata (2022) identificerede utilstrækkelig udluftning og uensartethed i vægtykkelsen som de to mest almindelige årsager til boble- og tomrumsdefekter i produktion af plastikdele til forbrugere, hvilket tilsammen tegner sig for ca. 68 % af alle rapporter om boble--defekter.

DeEntertainment Services and Technology Association (ESTA)omhandler produktionskvalitet i sine leverandørkvalifikationsrammer for komponenter, der bruges i underholdningsteknologimiljøer. ESTA's vejledning anerkender specifikt DFM-proceskapacitet -, herunder systematisk forebyggelse af defekter som tomrum og luftfælder gennem designverifikation før værktøj - som en meningsfuld indikator for produktionspartners kvalitet. For enLegetøjsbil plastsprøjtestøbeformeller enhver form for forbrugerprodukt, forudsiger strengheden i den forudgående{0}}værktøjsdesignproces direkte kvalitetskonsistensen af ​​produktionsdele. Dette er grunden til, at erfarne købere i stigende grad spørger potentielleLegetøjsbil plastsprøjtestøbeformproducenter til at demonstrere deres simulerings- og DFM-kapacitet, før de forpligter sig til værktøjsinvestering.

En legetøjsproducent i Sydøstasien var ved at kvalificere en ny bilmodel i ABS. DeLegetøjsbil plastsprøjtestøbeformKarrosseriet producerede dele, der bestod visuel inspektion, men manglende kvalitetskontrol efter maling - afslørede malingsprocessen små overfladefordybninger (synkemærker) og, når sektioner blev skåret til til inspektion, indvendige hulrum bag hjulkassens forstærkningsribber.

Det originale ribbedesign ved hjulkassen havde en basistykkelse på 2,8 mm - 93% af den nominelle 3,0 mm kropspanelvæg. Standardreglen tillader et maksimum på 60%, hvilket betyder, at ribbenene var betydeligt overdimensionerede for at forhindre hulrum. Lågen var placeret på undersiden af ​​karrosseriet, cirka 95 mm fra den nærmeste hjulkasse-bov.

Sunhingstones gennemførte en DFM-gennemgang og flowsimulering af det eksisterende design. Simuleringen bekræftede:

· Tomrumsdannelse forudsagt bag alle fire hjulkasseribber på grund af utilstrækkelig rækkevidde af pakningstryk

· Tre luftfældeplaceringer i de indvendige vinduesrammelommer, uden åbninger placeret på disse steder i øjeblikket

Designændringer implementeret:

1. Hjulkassens ribbasetykkelse reduceret fra 2,8 mm til 1,6 mm (53 % af den nominelle væg), med højdejusteret for at opretholde tilsvarende sektionsmodul

2. Portdiameter øget fra 1,2 mm til 1,8 mm for at udvide pakningstrykkets rækkevidde til bueområdet

3. Tre udluftningsriller tilføjet ved simuleringen-bekræftede placeringer af luftfælder i vinduesrammelommerne

Resultater efter skimmelmodifikationen:

· Interne tomrum: elimineret i 500-delt kvalifikationsprøve

· Luftfælder ved vinduesrammer: elimineret

· Overfladevaskemærker: ikke længere synlige efter maling

· Afvisningsprocenten reduceret fra 6,8 % (overvejende ugyldige og vaskrelateret) til 0,4 %

Q: Hvad er forskellen mellem en luftboble og et krympehul ved sprøjtestøbning? 
A: En luftboble (luftfælde) dannes, når gas fysisk bliver fanget i hulrummet af den fremadskridende plastsmelte. Der dannes et krympehulrum, når tykke sektioner afkøles, og det indre krymper væk fra den allerede-størknede hud. Begge optræder som indvendige hulrum i en sektioneret del, men luftfælder har en tendens til at opstå i slutningen af ​​fyldningen og kan vise en lille misfarvning, mens svindhulrum opstår i de tykkeste sektioner og har glatte, rene indre overflader.

Q: Hvordan ved jeg, om mit bobleproblem er et problem med formdesign eller et procesproblem?

Sv: Hvis boblens placering er konsistent fra skud til skud og svarer til et geometrisk træk (tykt afsnit, sidste-fyldningshjørne), er det næsten helt sikkert et problem med formdesign. Hvis boblernes placeringer er inkonsistente eller korrelerer med materialepartiændringer, kan det være et problem med materialefugtighed eller processtabilitet. Udsnit en prøvedel for at bekræfte typen af ​​defekt, før du foretager ændringer.

Q: Hvad er standardudluftningsrilledybden for ABS-dele? 

A: For ABS er standardudluftningsrilledybden 0,025–0,04 mm ved kavitetsfladen, der åbner til en 0,5–1,0 mm aflastningssektion bagved. Dybere end dette, og ABS vil blinke gennem udluftningen. Ventilationsåbninger skal placeres på steder, der er bekræftet ved fyldningssimulering som de sidste områder, der skal fyldes, ikke kun ved generiske skillelinjepositioner.

Q: Kan jeg løse et bobleproblem ved at øge injektionshastigheden? 

A: Forøgelse af injektionshastigheden kan nogle gange flytte en luftfældes placering ved at ændre fyldningsmønsteret, men det eliminerer ikke den underliggende årsag - det flytter problemet. Den pålidelige løsning er at omdesigne portpositionen, tilføje ventilationsåbninger ved bekræftede luftfældeplaceringer eller begge dele. Procesjusteringer er i bedste fald en midlertidig foranstaltning.

Spørgsmål: Hvor mange udluftningsriller har en typisk legetøjsbilkarosserisprøjtestøbning brug for? 

A: Antallet afhænger helt af delens geometri og fyldningsmønsteret. En simpel fladskærm kan have brug for 4-6 ventilationsåbninger; en kompleks kropsskal med flere lommefunktioner kan have brug for 15-25. Den eneste pålidelige måde at bestemme det korrekte antal og placering på er formflowsimulering kombineret med første-artikelinspektion. EnhverProducent af plastiksprøjtestøbeforme til legetøjsbilerat udføre en ordentlig DFM-gennemgang vil inkludere verifikation af ventilationsåbninger i denne proces.

Spørgsmål: Hvor kan jeg finde en plastiksprøjtestøbefabrik til legetøjsbiler, der designer til forebyggelse af tomrum fra starten? 
A: Se efter enLegetøjsbil plastsprøjtestøbeformleverandør, der leverer formflowsimulering som en standarddel af deres DFM-proces - ikke som ekstraudstyr. Simuleringsoutputtet bør omfatte fyldmønsteranalyse, forudsigelse af svejselinje og identifikation af luftfældens placering. En leverandør, der kan vise dig disse output for din specifikke delgeometri, før han forpligter sig til værktøj, er en, der faktisk vil forhindre defekterne i stedet for at debugge dem senere.

Luftbobler og krympende hulrum i sprøjtestøbte dele kan forudsiges og forebygges - ikke gennem held eller proceshelte, men gennem systematiske designbeslutninger, der træffes, før formen bygges. Portposition, ventilationsplacering, ensartet vægtykkelse og ribbeproportionering er alle designvariabler. Adresser dem på DFM-stadiet, verificer dem med simulering, og produktionsdelene kommer ud lige første gang.

Hos Sunhingstones er forebyggelse af bobler og hulrum en del af standard DFM-processen for alleLegetøjsbil plastsprøjtestøbeform, husstøbeform og præcisionskomponentværktøj, vi designer. hverLegetøjsbil plastsprøjtestøbeformProjektet inkluderer fuld fyldningssimulering med verifikation af ventilationsplacering, før noget stål bearbejdes. Vi kører formflowsimulering på hvert projekt, dokumenterer rationalet for port- og udluftningsdesign og bekræfter fyldningsmønstret, før det frigives til bearbejdning.

Har du boble- eller tomrumsproblemer på en eksisterende form, eller ønsker du at forhindre dem på et nyt projekt?Kontakt vores ingeniørteam med din delgeometri og aktuelle defektbeskrivelse. Vi identificerer årsagen og anbefaler den rigtige designløsning.

Referencer og videre læsning

1. Rosato, DV og Rosato, MGSprøjtestøbningshåndbog, 3. Udgave. Springer, 2000.https://link.springer.com/book/9781461370895

2. Malloy, RADesign af plastik til sprøjtestøbning, 2. Udgave. Hanser, 2010.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569904367

3. Kazmer, DOInjection Mold Design Engineering, 2. Udgave. Hanser, 2016.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569905852

4. Wang, Y. et al. "Effekt af ventilationsplacering på luftfældedefektrate i komplekse-sprøjtestøbte dele med geometri."Polymerteknik og videnskab, bind. 60, udgave 8, 2020.https://www.doi.org/10.1002/pen.25396

5. Nian, SC et al. "Vægtykkelsesvariation og indre hulrumsdannelse i sprøjtestøbning af forbrugerprodukter."International Journal of Advanced Manufacturing Technology, bind. 114, 2021.https://link.springer.com/journal/170

6. Society of Plastics Engineers (SPE). Undersøgelse af rodårsag til forbrugerplastikdel. SPE teknisk papir, 2022.https://www.4spe.org/

7. Entertainment Services and Technology Association (ESTA). Produktionskvalitetsstandarder og DFM-kapacitetsvurdering. ESTA teknisk vejledning, 2022.https://www.esta.org/

8. Skomager, J.Moldflow Design Guide. Hanser, 2006.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569903735