Как добиться равномерного заполнения и минимизировать пустоты в продуктах литья под давлением

Трансфертное формование является краеугольным процессом производства высокоэффективных пластиковых, резиновых и композитных деталей. Независимо от того, формовываете ли вы электронные инкапсуланты, автомобильные прокладки или компоненты медицинского устройства, достижение равномерного заполнения и минимизация пустот напрямую диктует механическую прочность, электрическую изоляцию и долгосрочную надежность конечного продукта. Пустоты - захваченные воздушные или газовые карманы - действуют как концентраторы напряжения и могут привести к преждевременному отказу при нагрузке или тепловом цикле. Неполное наполнение приводит к коротким снимкам и утилизации. Эта статья предоставляет всеобъемлющее практическое руководство по оптимизации процесса трансфертного формования для безупречных деталей, охватывающих материаловедение, принципы проектирования формы, настройку параметров процесса и передовые методы, такие как вакуумная помощь и моделирование.

Основы трансферного формования

Трансфертная формовка имеет характеристики как с компрессионной формовкой, так и с инъекционной формовкой. В этом процессе предварительно нагретый заряд материала (часто термореактивная смола или эластомер) помещается в передаточный горшок. Затем плунжер или поршень загоняет материал через ели, бегуны и ворота в закрытую, нагретую полость формы. Материал вылечивается под воздействием тепла и давления, чтобы сформировать окончательную форму. В отличие от инъекционной формовки, материал обычно находится в более вязком состоянии, и полость формы остается закрытой в течение всего цикла - не требуется сила зажима, чтобы удерживать прессованную форму от давления инъекции, потому что материал вводится после закрытия формы. Это делает передаточное формование идеальным для сложных деталей с деликатными вставками, поскольку более низкое давление инъекций снижает риск вытеснения вставок по сравнению с инъекционной формовкой. Ключевые преимущества включают превосходное измерение управления, способность формировать сложные геометрии с мелкими деталями и способность производить детали с несколькими полости в

Основные факторы, влияющие на наполнение однородности и образование пустот

Чтобы устранить пустоты и обеспечить полное, даже полное заполнение, необходимо понимать взаимодействие трех основных областей: реологии материала, архитектуры формы и условий обработки.Каждый фактор взаимодействует с другими, поэтому необходим целостный подход.

Материальная реология и излечимое поведение

Характеристики потока формовочного соединения имеют первостепенное значение. Термореактивные смолы (эпоксиды, фенолы, силиконы) и резиновые соединения проявляют разжижающее сдвига поведение - вязкость уменьшается при скорости сдвига. Однако они также имеют конечный срок службы горшка и начинают сшиваться при нагревании. Если материал слишком быстро отверждается во время стадии переноса, его вязкость повышается, препятствуя потоку и приводя к неполному заполнению или пустотной зацепке. И наоборот, если материал слишком низок по вязкости, он может мигать или течь преимущественно по пути наименьшего сопротивления, оставляя другие полости незаполненными. Предварительный нагрев материала в преформере или с использованием предварительно нагретого заряда уменьшает градиент вязкости между горшком и плесенью, способствуя более равномерному потоку. Использование стандартного теста материала, такого как измерение длины спирального потока, помогает характеризовать текучесть каждой партии. Соответствие времени геля материала циклу переноса и

Дизайн плесени и вентиляция

Конструкция плесени является единственным наиболее влиятельным фактором сокращения пустот. Система ползунок должна быть сбалансирована таким образом, чтобы материал достигал каждой полости одновременно и давления. Несбалансированный поток приводит к переполнению в одних полостях и коротким выстрелам в других. Ворота должны быть расположены для содействия переброске или «рейстрекировке», где материал течет вокруг препятствий и захватывает воздух. Вентирование является основным инструментом для устранения воздушных пустот. Венты являются мелкими канавками (обычно 0,001-0,005 дюйма глубиной для термореактивных устройств), расположенными в последних точках заполнения - часто на линии разбиения плесени, вокруг вставок или в верхней части высоких функций. Правильная глубина вентиляции позволяет воздуху выходить, но не материал. Если вентиляционные отверстия слишком мелкие, воздух захватывается; происходит слишком глубокая вспышка. Общее правило заключается в размещении вентиляционных штифтов каждые 1-2 дюйма вдоль линии разбиения. Кроме того, включение венти

Параметры обработки: давление, температура и скорость

Даже при оптимальной конструкции материала и формы неправильные параметры обработки будут создавать пустоты и шорты. Давление перекачки должно быть достаточным для того, чтобы заставить материал в каждую деталь полости, но чрезмерное давление может вызвать мигание или искажение вставок. Температура прессования диктует скорость отверждения. Температура прессования Слишком горячая, а шкурки материала слишком холодные, а материал слишком вязкий, чтобы полностью заполнять. Слишком постепенный профиль температуры - немного холоднее у ворот и горячее у вентиляционных отверстий - часто упускается из виду. Скорость передачи позволяет материалу мягко продвигать воздух впереди фронта потока без турбулентности. Как только полость в основном заполнена, скорость может увеличиться, чтобы упаковать деталь. Многие продвинутые контроллеры позволяют выполнять многоступенчатый профиль скорости: медленно на старте мочить ворота, затем умеренн

Техника достижения равномерного заполнения

Ниже приведены проверенные методы, от фундаментальных лучших практик до передовых технологий, которые непосредственно касаются единообразия заполнения.

Подогреваем заряд материала

Предварительный нагрев формовочного соединения перед помещением его в передаточный горшок снижает тепловую нагрузку на материал и сужает диапазон вязкости. Для термосетов характерна температура предварительного нагрева 80-120 °C (чуть ниже начала отверждения). Распространены радиочастотные (RF) прегреватели или инфракрасные печи. Постоянная предварительная нагрев обеспечивает то, что материал течет при предсказуемой вязкости, делая процесс более повторяемым и снижая тенденцию к преждевременному отверждению материала на еловой основе. Подогретые заряды также требуют меньшего давления впрыска, что снижает нагрузку на вставки и снижает потенциал для мигания плесени.

Сбалансированный дизайн системы бегунов

Сбалансированная система бегунов обеспечивает равный поток в каждую полость. В многополосных формах используют естественную сбалансированную компоновку (например, симметричные пути бегунов одинаковой длины), а не искусственную балансировку (которая увеличивает объем бегунов). Если требуется искусственная балансировка, используйте программное обеспечение моделирования потока для размера диаметров бегунов, чтобы падение давления в каждую полость было одинаковым. Избегайте резких углов и резких изменений в поперечном сечении, которые вызывают заход воздуха. Используйте круговые бегуны для самого низкого падения давления и самого равномерного потока. Трапезоидные или полукруглые бегуны приемлемы, но менее эффективны. Расположение ворот должно быть на самом толстом поперечном сечении детали, чтобы способствовать заполнению от толстого до тонкого, неуклонно продвигая фронт потока.

Профилирование скорости и давления

Современные прессы для формования переноса часто имеют программируемые контроллеры, которые позволяют использовать профили скорости и давления инъекций. Медленная начальная скорость впрыска (например, 0,1-0,5 дюйма в / с) предотвращает струйное движение и позволяет материалу мягко выталкивать воздух через вентиляционные отверстия. По мере заполнения полости, увеличивайте скорость до умеренного уровня (1-2 дюйма в / с) для заполнения заполнения до того, как материал начнет гелеть. Наконец, снова уменьшайте скорость непосредственно перед заполнением полной полости, чтобы избежать переполнения и позволить оставшейся воздушной заливке. Профилирование давления следует аналогичной схеме: низкое начальное давление для запуска потока, затем нарастающее во время заполнения, с повышением давления удержания после заполнения полости минимизирует нагрев сдвига и снижает риск попадания воздуха в ловушку, сжимаемого в пустоты.

Продвинутые стратегии минимизации пустот

Когда стандартные методы недостаточны, особенно для высоконадежных приложений (аэрокосмические, медицинские, автомобильные системы безопасности), становятся необходимыми передовые методы.

Вакуумная помощь

Вакуумное вентиляционное отверстие является наиболее эффективным способом устранения воздушных пустот. Полость формы эвакуируется в вакуум 28-29 дюймов Hg (95% + вакуум) до того, как материал поступает. Это удаляет практически весь воздух из полости, вентиляционных отверстий и даже пойман в сам материал. Вакуумные системы требуют вакуумного насоса, резервуара, вакуумных линий и уплотнения вокруг полости (обычно O-кольцо на линии разделения формы). Материал вводится в то время, когда вакуум сохраняется, гарантируя, что воздух не остается для образования пустот. Единственным потенциальным недостатком является увеличение стоимости формы и времени цикла для выкачивания. Однако для безлоидных деталей он не имеет себе равных. Многие прессы для формования теперь поставляются с интегрированными вакуумными блоками. Даже частичный вакуум (20-25 в Hg) может значительно уменьшить содержание пустоты по сравнению с атмосферным формованием.

Моделирование потока и анализ заполнения формы

Перед резкой стали используйте программное обеспечение для вычислительной динамики жидкости (CFD), специально разработанное для термореактивного и резинового формования. Программы, такие как Moldex3D, Autodesk Moldflow (с термореактивными модулями) или Sigmasoft, имитируют заполнение, отверждение и образование пустот. Они предсказывают, где вероятны воздушные ловушки, показывают линии сварки и позволяют практически оптимизировать местоположение ворот, размеры бегунов и позиции вентиляции. Моделирование может сэкономить месяцы проб и ошибок и тысячи долларов в модификациях формы. Инвестируйте в моделирование на ранней стадии проектирования формы - это окупается в уменьшенном ломе и более быстрой разработке процесса. Для критических приложений моделирование теперь является стандартной практикой. Вы можете найти ресурсы по методологиям моделирования на странице термореактивных решений Moldex3D и от Autodesk Moldflow .

Обработка поверхности и оптимизация выпуска плесени

Трение на поверхности плесени может вызвать замешательство фронта потока или «скольжение-прилип», что приводит к неравномерному заполнению. Чистая полированная поверхность плесени с последовательной отделкой поверхности (например, SPI-A3 или лучше) позволяет материалу течь более свободно. Чрезмерное применение высвобождения плесени может загрязнять материал и вызывать плохую адгезию или пустоты. Используйте агент минимального высвобождения, предпочтительно постоянное покрытие плесени (например, PTFE или никель-PTFE), что устраняет необходимость в частом распылении. Регулярная очистка плесени растворителями или неабразивными средами предотвращает накопление, которое препятствует потоку.

Контроль качества и обнаружение пустот

Даже при оптимизированных процессах необходимо проверять целостность деталей. Визуальный осмотр улавливает только поверхностные пустоты; внутренние пустоты требуют неразрушающего контроля (NDT). Рентгеновская компьютерная томография (CT-сканирование) обеспечивает 3D-изображения внутренних пустот с высоким разрешением и может измерять фракцию пустот. Ультразвуковой осмотр (C-сканирование) обнаруживает плоские разрывы и расслоения. Для производства используют деструктивное сечение или микрографию на образцах деталей для проверки процесса. Установите цель скорости дефекта PPM и используйте статистический контроль процесса (SPC) по ключевым параметрам, таким как время инъекции, конечная температура формы и количество пустот из выборки КТ. Коррелируйте данные пустоты с журналами процессов для выявления дрейфа до появления дефектов. Более подробную информацию о методах NDT для формованных деталей можно найти в ASNT (Американское общество неразрушающего контроля) .

Практическое руководство по устранению неполадок

Когда появляются пустоты или короткие выстрелы, следуйте этому систематическому подходу:

Симптом: Пустоты последовательно в одном и том же месте. Спектр: Недостаточное вентиляционное отверстие в этом месте. Добавьте или углубите вентиляционные отверстия. Проверьте, чтобы вентиляционные отверстия не были забиты.

Симптом: Пустоты появляются в виде небольших сферических пузырьков по всей части.Спектр: Влажность в материале или проблема с пакетом материала. Сухой материал по спецификациям поставщика; проверьте степень предварительного нагрева.

Симптом: Части короткие (неполное заполнение), но без пустот. Спектр: Недостаточный размер заряда или давление впрыска. Увеличьте вес выстрела или давление.

Симптом: Части имеют пустоты возле ворот.Спектр: Скорость впрыска слишком высока, что приводит к струйному и воздушному захвату. Уменьшите начальную скорость.

Симптом: Пустоты вблизи дальней оконечности полости.Спектр:Гелеобразование материала перед полной упаковкой.Уменьшите температуру плесени или увеличьте скорость впрыска.

Документируйте каждое изменение и его эффект. Хорошо поддерживаемый журнал процессов ускоряет анализ первопричин.

Выбор материала для предотвращения пустот

Не все сорта созданы равными. Работа с вашим поставщиком материала для выбора сорта с соответствующими характеристиками потока и отверждения для вашей геометрии деталей. Например, эпоксидные литьевые соединения с низкой вязкостью (EMC) для деликатной электронной инкапсуляции часто содержат сферические наполнители, которые уменьшают вязкость и улучшают поток. Резиновые соединения с более низкой вязкостью Mooney легче переносятся и менее склонны к воздушной ловле. Всегда запрашивайте реологические данные (вискозность против скорости сдвига, время сдвига геля при температуре вашей формы) и валидируйте с предварительным испытанием формы с использованием простой спиральной формы потока. Многие поставщики материалов предлагают техническую поддержку для оптимизации процесса. Hexion предоставляет подробные руководства по обработке для их фенольных соединений. Аналогично, Dow Silicones имеет обширные данные о жидком силиконов

Тематические исследования: до и после

Дело 1: Инкапсуляция автомобильных датчиков давления.] Производитель автомобильных датчиков давления использовал передаточное формование с эпоксидным соединением. Они испытывали 15% скорость отбрасывания из-за пустот вблизи соединительных штифтов. После реализации вакуумного вентиляции (28 в Hg) и медленно-быстрого профиля впрыска (0,3 в/с сначала 70% заполнения, затем 1,0 в/с для остальных), скорость отбраковки упала ниже 1%. Вакуум устранил воздух, захваченный вокруг штифтов, а профиль скорости предотвратил колебание потока.

Дело 2: Резиновая прокладка пресс-формы.] Производитель прокладок для противопожарной защиты в 8-полостной пресс-форме имел короткие выстрелы в двух из восьми полостей. Анализ показал, что система бегуна была искусственно сбалансирована с восемью воротами различного диаметра, но фактический поток был несбалансирован из-за колебаний температуры. Перепроектирование бегуна в естественную сбалансированную компоновку (все полости равноудалены от горшка) и добавление зон с контролируемой температурой в пластине формы (] Инструмент-темп предлагает такие точные контроллеры) выравнивал заполнение. Результат: нулевые короткие кадры и сокращение времени цикла на 10%, потому что они могли оптимизировать время лечения без страха недозаполнения.

Заключение

Достижение равномерного заполнения и устранения пустот в формовании переноса не является удачей - это требует преднамеренного подхода, основанного на данных, который объединяет материаловедение, разработку форм и управление процессом. Начните с хорошо продуманной формы с сбалансированными бегунами и щедрыми, правильно подобранными вентиляционными отверстиями. Постоянно подогревайте свой материал и выберите класс с соответствующими характеристиками потока. Используйте профилирование процесса (скорость и давление) для управления фронтом потока. Для деталей с высокими ставками инвестируйте в вакуумную помощь и моделирование потока, чтобы практически устранить пустоты до первого выстрела. Наконец, внедряйте надежный контроль качества с NDT, чтобы своевременно улавливать проблемы и использовать статистические методы для обеспечения непрерывного улучшения. Следуя стратегиям, изложенным в этом руководстве, вы будете производить детали, изготовленные из прессованной формы, которые плотны, прочны и надежны, отвечают самым требовательным отраслевым стандартам, одновременно уменьшая отходы и увеличивая пропускную способность.