Com el disseny del motlle d'injecció evita les bombolles d'aire i els buits a les peces de plàstic?

Abans de parlar de solucions, val la pena ser precís sobre el que realment estàs tractant. Hi ha dos defectes fonamentalment diferents que s'anomenen "bombolles" en la producció i tenen causes oposades.

Trampes d'airees formen quan el gas - aire que ja estava dins de la cavitat del motlle abans de la injecció, o el gas produït per la mateixa fusió de plàstic - queda atrapat en un lloc del qual no pot escapar. A mesura que el plàstic s'omple al seu voltant, el gas atrapat crea un buit visible o una butllofa superficial. Les trampes d'aire solen aparèixer al final del flux - a les cantonades, butxaques cegues o a qualsevol lloc on el patró d'ompliment obliga dos fronts de fusió a trobar-se i atrapar l'aire entre ells.

Buits de contraccióforma per la raó contraria: no perquè hi hagi massa gas, sinó perquè no hi ha prou plàstic. Quan una secció gruixuda d'una peça es refreda, la pell exterior es solidifica primer i es bloqueja al seu lloc. A mesura que l'interior encara fos-continua refredant-se i reduint-se, s'allunya de la pell, creant un buit intern. Els buits de contracció apareixen a les seccions més gruixudes de la part - darrere de les costelles, a l'interior dels bocs, a les transicions de paret gruixuda.

Diagnòstic de quin tipus teniu:

· Tallar o seccionar una peça rebutjada. Si hi ha una cavitat interna llisa i rodona sense decoloració, és probable que hi hagi un buit de contracció. Si hi ha una lleugera cremada o decoloració a la ubicació de la bombolla, és més probable que hi hagi un problema d'aire o gas atrapat.

· Comproveu el patró d'ubicació. Els buits de contracció són consistents - sempre a la mateixa secció gruixuda. Les trampes d'aire poden ser més variables en la ubicació, però tendeixen a agrupar-se al final de l'ompliment o en característiques geomètriques específiques.

Aconseguir el diagnòstic correcte abans d'intentar una solució és essencial - les solucions per a les trampes d'aire i els buits de contracció són molt diferents, i aplicar la solució incorrecta al problema incorrecte fa perdre temps i diners.

Ubicació de la porta i patró d'ompliment

El patró d'ompliment - com flueix el plàstic des de la porta per omplir tota la cavitat - és la variable principal que determina on i si es formaran trampes d'aire.

Quan el plàstic omple una cavitat, empeny l'aire per davant cap a les extremitats del motlle. Si el patró d'ompliment està ben dissenyat-, l'aire s'empeny progressivament cap a la línia de separació i les ranures de ventilació, on pot escapar. Si el patró d'ompliment està mal dissenyat, pot crear un "seguiment de curses" - on el plàstic es mou més ràpidament per un camí que per un altre i es duplica per atrapar l'aire a una butxaca.

La ubicació de la porta és la decisió més important per al control del patró d'ompliment. Col·locar la porta a la secció més fina d'una peça complexa, o al costat equivocat d'una peça amb característiques internes, gairebé garanteix trampes d'aire. La simulació del flux del motlle s'ha d'utilitzar per modelar el patró d'ompliment i identificar les ubicacions d'aire atrapat abans que finalitzi la posició de la porta.

Per aCotxe de joguina motlle d'injecció de plàsticamb panells de carrosseria que inclouen marcs de finestres interns, rebaix de portes i característiques de pas de rodes, el patró d'ompliment és complex. Les portes s'han de col·locar per omplir primer les seccions del panell obert i permetre que l'aire s'evacui de les butxaques tancades a mesura que hi arriba la fosa.

La ventilació és la solució mecànica més directa a les trampes d'aire. Les ranures de ventilació són canals poc profunds mecanitzats a la superfície de la línia de separació del motlle que permeten que l'aire atrapat escapi a mesura que el motlle s'omple. El repte és que la ventilació ha de ser prou ampla i profunda per deixar sortir l'aire, però prou poc profunda perquè el plàstic no hi passi i creï un flaix.

Especificacions estàndard de la ranura de ventilació:

· Profunditat:0,015–0,05 mm per a la majoria de termoplàstics. L'ABS i el PP poden tolerar ventilacions una mica més profundes (0,03-0,05 mm) sense produir flaix; els materials amb viscositat més baixa necessiten ventilacions menys profundes.

· Amplada:Normalment de 3 a 8 mm per ranura de ventilació.

· Secció de relleu:Darrere de la ranura de ventilació, un canal d'alleujament més ample i profund (de 0,5 a 1,0 mm de profunditat) permet que l'aire escapat s'evacui a l'atmosfera sense fer marxa enrere.

· Col·locació:Les ventilacions s'han de situar allà on l'anàlisi del patró d'ompliment prediu les últimes-ubicacions d'ompliment. Una ventilació a la ubicació equivocada no fa res.

Un estudi publicat aEnginyeria i ciència dels polímers(2020) van trobar que els motlles amb una col·locació de ventilació verificada per simulació- mostraven taxes de defectes de trampa d'aire aproximadament un 74% més baixes que els motlles amb ventilacions col·locades empíricament a les línies de separació només - confirmant que la col·locació de ventilació basada en l'anàlisi del farcit supera la col·locació basada només en la intuïció.

Per aCotxe de joguina motlle d'injecció de plàstic, la col·locació de les ventilacions és especialment important a les butxaques tancades - les obertures de les finestres interiors, els-canals inferiors del cos i qualsevol recés cec profund de l'estructura del cos. Aquests són exactament els llocs on la fusió pot envoltar l'aire atrapat sense cap lloc on vagi.

La geometria del corredor i de la porta també afecten l'evacuació de l'aire. Una entrada de porta-ben dissenyada crea un patró d'ompliment progressiu i suau que empeny l'aire de manera constant cap a les reixetes. Una porta mal dissenyada - que és massa estreta, massa curta o col·locada per crear un jet - produeix un front d'ompliment turbulent que plega l'aire a la fosa en lloc d'empènyer-la cap endavant.

Les portes submarines (túnels) haurien d'evitar llocs on l'entrada de la porta estigui orientada a una butxaca o cantonada cega. Les portes del ventilador en superfícies amples i planes (com els panells del sostre dels cotxes de joguina) distribueixen el farcit a tota l'amplada, reduint la probabilitat que l'aire es plegui a l'entrada de la porta i creant un camí d'evacuació més previsible.

Simulació de flux de motlle

Per a qualsevol part amb geometria complexa - inclosa la majoriaCotxe de joguina motlle d'injecció de plàsticEls components del cos - s'haurien d'executar la simulació del flux del motlle abans de finalitzar les posicions de la porta i de la ventilació. La simulació mostra la seqüència d'ompliment, identifica les últimes-ubicacions d'ompliment, prediu on es formen les línies de soldadura i, el més important, mostra on es produirà l'atrapament d'aire. Els canvis a la posició de la porta, la ubicació de la ventilació o la disposició del corredor fets en simulació no costen res. Els mateixos canvis fets a l'acer després de les primeres mostres són costosos i requereixen-temps.

Uniformitat del gruix de la paret - La causa principal

Els buits de contracció són gairebé sempre un problema de gruix de paret. Quan hi ha una secció gruixuda local significativa - un cap, una costella de reforç massa ampla, una característica decorativa elevada - el material addicional d'aquesta secció gruixuda triga més a refredar-se que la zona circumdant. La pell exterior es solidifica i es bloqueja al seu lloc; el nucli continua refredant-se i reduint-se, creant un buit intern.

La regla de disseny és senzilla: mantenir el gruix de la paret el més uniforme possible. Quan una secció més gruixuda sigui inevitable, reduïu la transició de gruixut a prim en lloc de crear un pas pronunciat.

Regles estàndard de disseny de costelles per evitar buits:

· Gruix de costella: 50–60% del gruix nominal de la paret

· Alçada de la costella: màxim 3× l'amplada de la base de la costella

· Múltiples costelles més curtes en paral·lel són millors que una costella alta i ampla

Per aCotxe de joguina motlle d'injecció de plàstic, els envoltants de l'arc de rodes, els reforços del sostre i les bosses de muntatge d'eix són les ubicacions més habituals per als buits de contracció - totes les zones on el gruix local supera la paret nominal del panell de la carrosseria. Dissenyar aquestes característiques segons les regles de proporció anteriors elimina la majoria de la formació de buits abans que comenci.

La porta s'ha de col·locar de manera que les seccions gruixudes de la peça estiguin dins de l'abast de pressió d'embalatge de la porta quan s'ompli el motlle. Pressió d'empaquetament - la pressió elevada aplicada després que la cavitat estigui nominalment plena - comprimeix material addicional a les seccions gruixudes per compensar la contracció del refredament. Si la secció gruixuda està massa allunyada de la porta, o si la porta s'ha congelat abans de completar l'embalatge, la compensació no hi arriba i es forma un buit.

En aCotxe de joguina motlle d'injecció de plàsticAmb les característiques del cap d'eix gruixut, la posició ideal de la porta situa el cap entre 50 i 80 mm de l'entrada de la porta. Quan la geometria ho impedeix, un diàmetre de la porta més gran o una segona posició de la porta poden ampliar l'abast efectiu de l'embalatge.

Pressió del paquet i temps de retenció

Tot i que la pressió de l'envàs i el temps de retenció són paràmetres de procés més que paràmetres de disseny, el disseny del motlle ha de crear les condicions perquè siguin efectius. Una porta que es congela massa ràpidament - perquè el terreny de la porta és massa prim - talla la pressió de l'empaquetament abans que les seccions gruixudes s'hagin refredat prou per ser autosuficients-. La longitud i el diàmetre del terreny de la porta s'han de dimensionar per mantenir la porta oberta durant el temps mínim de paquet requerit per la secció més gruixuda de la peça.

No totes les bombolles provenen de trampes d'aire o buits de contracció. Una tercera categoria de - buits d'humitat - es forma quan els materials higroscòpics com l'ABS, el niló o el PC es processen amb un assecat inadequat. La humitat absorbida de l'atmosfera es converteix en vapor durant la injecció, i aquestes butxaques de vapor semblen bombolles d'aire a la part acabada.

ABS - el material més comú perCotxe de joguina motlle d'injecció de plàsticaplicacions - absorbeix fàcilment la humitat de l'aire. L'ABS estàndard requereix assecar-se a 80-85 graus durant 2-4 hores abans del processament. L'ABS-subsecat produeix ratlles platejades i petites bombolles superficials fins i tot en un motlle ben-dissenyat. Aquest és un problema de processament, no un problema de disseny del motlle -, però val la pena descartar-lo abans de dedicar temps a investigar el motlle.

Distinció de símptomes: els buits d'humitat sovint produeixen patrons de ratlles platejades a la superfície a més de bombolles internes. Les trampes d'aire i els buits de contracció normalment no produeixen ratlles de plata.

ElCotxe de joguina motlle d'injecció de plàsticpresenta reptes de bombolles específics que val la pena abordar directament.

Trampes d'aire del panell del cos:La geometria complexa de la carrosseria d'un cotxe de joguina - amb característiques estructurals internes, obertures de finestres i butxaques de pas de rodes - crea múltiples ubicacions potencials de trampes d'aire. La posició de la porta s'ha de verificar mitjançant la simulació de flux i les ranures de ventilació s'han de col·locar a tots els llocs d'últim-ompliment confirmats, no només a les vores de la línia de separació evidents.

Buits de secció gruixuda a les característiques estructurals:Els reforços de l'arc de rodes, els caps d'eix i les costelles de reforç del sostre són llocs buits estàndard en la carrosseria d'un cotxe de joguina. Apliqueu les regles de proporció de costelles i capes anteriors a aquestes característiques durant la revisió de DFM, abans que el disseny s'alliberi a les eines.

Comportament de la bombolla ABS vs PP:L'ABS és més propens a la humitat-bombolles superficials relacionades amb la humitat i requereix una gestió acurada de l'assecat. El PP és menys higroscòpic, però té una contracció més alta (1,0-2,5%) en comparació amb l'ABS (0,4-0,7%), el que el fa més propens a buits de contracció interna a variacions equivalents de gruix de paret. PPCotxe de joguina motlle d'injecció de plàsticels dissenys es beneficien d'una disciplina d'uniformitat de paret lleugerament més estricta que els equivalents d'ABS.

Un estudi aEnginyeria i ciència dels polímers(2020) van trobar que els motlles amb la col·locació de ventilació verificada per simulació-va mostrar taxes de defectes de trampa d'aire aproximadament un 74% més baixes que els motlles que utilitzaven només la col·locació de ventilació empírica.

· Recerca publicada alRevista internacional de tecnologia de fabricació avançada(2021) van trobar que la variació del gruix de la paret per sobre del 40% del nominal a les peces modelades per injecció de productes de consum es va associar amb la formació de buits interns en el 83% dels casos estudiats - confirmant que la uniformitat del gruix de la paret és el predictor més fiable del risc de buits de contracció.

· Les dades de l'enquesta de l'SPE (2022) van identificar una ventilació insuficient i la falta d'uniformitat del gruix de la paret com les dues causes fonamentals més comunes dels defectes de bombolles i buits en la producció de peces de plàstic de consum, que representen aproximadament el 68% de tots els informes de defectes de tipus-bombolla.

ElAssociació de serveis i tecnologia d'entreteniment (ESTA)aborda la qualitat de fabricació en els seus marcs de qualificació de proveïdors per a components utilitzats en entorns de tecnologia d'entreteniment. La guia de l'ESTA reconeix específicament la capacitat del procés DFM -, inclosa la prevenció sistemàtica de defectes com buits i trampes d'aire mitjançant la verificació del disseny abans de l'eina - com un indicador significatiu de la qualitat dels socis de fabricació. Per aCotxe de joguina motlle d'injecció de plàstico qualsevol motlle de producte de consum, el rigor del procés de disseny de pre-eines prediu directament la coherència de qualitat de les peces de producció. És per això que els compradors experimentats demanen cada cop més als potencialsCotxe de joguina motlle d'injecció de plàsticfabricants per demostrar la seva capacitat de simulació i DFM abans d'invertir en eines.

Un fabricant de joguines del sud-est asiàtic estava qualificant un nou model de vehicle en ABS. ElCotxe de joguina motlle d'injecció de plàsticLa carrosseria produïa peces que passaven la inspecció visual, però en fallar les comprovacions de qualitat després de pintar - el procés de pintura va revelar petites depressions superficials (marques d'enfonsament) i, quan es van tallar seccions per a la inspecció, buits interns darrere de les nervadures de reforç del pas de rodes.

El disseny original de la costella al pas de la roda tenia un gruix de base de 2,8 mm {1}}% de la paret nominal del panell del cos de 3,0 mm. La regla estàndard permet un màxim del 60%, és a dir, les costelles estaven molt sobredimensionades per prevenir el buit. La porta es va col·locar a la part inferior del panell de la carrosseria, a uns 95 mm de la funció de cap de rodes més propera.

Sunhingstones va realitzar una revisió de DFM i una simulació de flux sobre el disseny existent. La simulació va confirmar:

· Es preveu la formació de buits darrere de les quatre costelles dels passos de rodes a causa de l'abast insuficient de la pressió de l'embalatge

· Tres ubicacions de trampes d'aire a les butxaques interiors del marc de la finestra, sense cap ventilació posicionada actualment en aquests llocs

Canvis de disseny implementats:

1. Gruix de la base de la costella de l'arc de rodes reduït de 2,8 mm a 1,6 mm (53% de la paret nominal), amb l'alçada ajustada per mantenir el mòdul de secció equivalent

2. El diàmetre de la porta va augmentar d'1,2 mm a 1,8 mm per estendre l'abast de la pressió d'embalatge a la regió de l'arc

3. S'han afegit tres ranures de ventilació a les ubicacions de les trampes d'aire de simulació-confirmades a les butxaques del marc de la finestra

Resultats després de la modificació del motlle:

· Buits interns: eliminats en la mostra de qualificació de 500 parts

· Trampes d'aire als marcs de les finestres: eliminades

· Marques de la pica superficial: ja no es veuen després de pintar

· La taxa de rebuig s'ha reduït del 6,8% (principalment relacionat amb el buit i la pica) al 0,4%

P: Quina diferència hi ha entre una bombolla d'aire i un buit de contracció en l'emmotllament per injecció? 
R: Es forma una bombolla d'aire (trampa d'aire) quan el gas queda atrapat físicament a la cavitat per la fusió de plàstic que avança. Es forma un buit de contracció quan les seccions gruixudes es refreden i l'interior s'allunya de la pell ja-solidificada. Tots dos apareixen com a buits interns en una part seccionada, però les trampes d'aire solen aparèixer al final de l'ompliment i poden mostrar una lleugera decoloració, mentre que els buits de contracció es produeixen a les seccions més gruixudes i tenen superfícies internes llises i netes.

P: Com sé si el meu problema de bombolles és un problema de disseny de motlles o un problema de procés?

R: Si la ubicació de la bombolla és coherent d'un pla a un altre i correspon a una característica geomètrica (secció gruixuda, darrer-cantó d'ompliment), és gairebé segur que es tracta d'un problema de disseny del motlle. Si les ubicacions de les bombolles són inconsistents o es correlacionen amb els canvis de lot de material, pot ser un problema d'humitat del material o d'estabilitat del procés. Secció una part de mostra per confirmar el tipus de defecte abans de fer qualsevol canvi.

P: Quina és la profunditat estàndard de la ranura de ventilació per a les peces ABS? 

R: Per a ABS, la profunditat estàndard de la ranura de ventilació és de 0,025 a 0,04 mm a la cara de la cavitat, s'obre a una secció de relleu de 0,5 a 1,0 mm darrere d'ella. Més profund que això i l'ABS parpellejarà per la ventilació. Els respiradors s'han de col·locar en llocs que la simulació d'ompliment confirmi com a últimes regions a omplir, no només a les posicions genèriques de la línia de separació.

P: Puc solucionar un problema de bombolles augmentant la velocitat d'injecció? 

R: L'augment de la velocitat d'injecció de vegades pot moure la ubicació d'una trampa d'aire canviant el patró d'ompliment, però no elimina la causa subjacent - canvia la ubicació del problema. La solució fiable és redissenyar la posició de la porta, afegir ventilacions a les ubicacions de trampes d'aire confirmades, o ambdues coses. Els ajustos del procés són, en el millor dels casos, una mesura temporal.

P: Quantes ranures de ventilació necessita un motlle d'injecció de carrosseria de cotxe de joguina típic? 

R: El nombre depèn completament de la geometria de la peça i del patró de farciment. Un simple panell pla pot necessitar 4-6 ventilacions; una carcassa complexa amb múltiples funcions de butxaca pot necessitar 15-25. L'única manera fiable de determinar el nombre i la ubicació correctes és la simulació del flux del motlle combinada amb la inspecció del primer-article. QualsevolFabricant de motlles d'injecció de plàstic de cotxes de joguinala realització d'una revisió adequada del DFM inclourà la verificació de la col·locació de ventilació en aquest procés.

P: On puc trobar una fàbrica de motlles d'injecció de plàstic per a cotxes de joguina que dissenya per a la prevenció del buit des del principi? 
A: Busca aCotxe de joguina motlle d'injecció de plàsticproveïdor que proporciona la simulació del flux de motlles com a part estàndard del seu procés DFM - no com a complement opcional. La sortida de la simulació hauria d'incloure l'anàlisi del patró d'ompliment, la predicció de la línia de soldadura i la identificació de la ubicació de la trampa d'aire. Un proveïdor que us pot mostrar aquestes sortides per a la geometria de la vostra peça específica abans de comprometre's amb les eines és aquell que realment evitarà els defectes en lloc de depurar-los més tard.

Les bombolles d'aire i els buits de contracció a les peces modelades per injecció són previsibles i prevenibles - no per sort o per heroicitat del procés, sinó per decisions de disseny sistemàtiques preses abans de construir el motlle. La posició de la porta, la col·locació de la ventilació, la uniformitat del gruix de la paret i la proporció de les costelles són totes variables de disseny. Abordeu-los a l'etapa DFM, verifiqueu-los amb simulació i les peces de producció surten correctament la primera vegada.

A Sunhingstones, la prevenció de bombolles i buits forma part del procés estàndard de DFM per a totsCotxe de joguina motlle d'injecció de plàstic, motlle de carcassa i eina de components de precisió que dissenyem. CadascúCotxe de joguina motlle d'injecció de plàsticEl projecte inclou la simulació d'ompliment complet amb la verificació de la col·locació de ventilació abans de mecanitzar qualsevol acer. Executem la simulació del flux de motlles a cada projecte, documentem la justificació del disseny de la porta i la ventilació i confirmem el patró d'ompliment abans de llançar-lo a mecanitzat.

Teniu problemes amb bombolles o buits en un motlle existent o voleu evitar-los en un projecte nou?Poseu-vos en contacte amb el nostre equip d'enginyeria amb la geometria de la vostra peça i la descripció actual del defecte. Identificarem la causa arrel i recomanarem la solució de disseny adequada.

Referències i lectura addicional

1. Rosato, DV i Rosato, MGManual d'emmotllament per injecció, 3a edició. Springer, 2000.https://link.springer.com/book/9781461370895

2. Malloy, RADisseny de peces de plàstic per a l'emmotllament per injecció, 2a edició. Hanser, 2010.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569904367

3. Kazmer, DOEnginyeria de disseny de motlles d'injecció, 2a edició. Hanser, 2016.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569905852

4. Wang, Y. et al. "Efecte de la col·locació de ventilació sobre la taxa de defectes de la trampa d'aire en peces modelades per injecció de geometria complexa".Enginyeria i ciència dels polímers, Vol. 60, número 8, 2020.https://www.doi.org/10.1002/pen.25396

5. Nian, SC et al. "La variació del gruix de la paret i la formació de buits interns en l'emmotllament per injecció de productes de consum".Revista internacional de tecnologia de fabricació avançada, Vol. 114, 2021.https://link.springer.com/journal/170

6. Societat d'Enginyers Plàstics (SPE). Enquesta de causes arrels de defectes de peces de plàstic dels consumidors. Document tècnic SPE, 2022.https://www.4spe.org/

7. Associació de serveis i tecnologia d'entreteniment (ESTA). Estàndards de qualitat de fabricació i avaluació de la capacitat de DFM. Orientació tècnica ESTA, 2022.https://www.esta.org/

8. Sabater, J.Guia de disseny de Moldflow. Hanser, 2006.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569903735