Table of Contents

Что такое компрессионное формование?

Компрессионное формование - это производственный процесс, в котором измеренный заряд нагретого полимера или композитного материала помещается в нижнюю половину полости нагретой формы. Затем формовка закрывается верхним усилием или вилкой, применяя значительное давление - обычно от 1000 до 5000 фунтов на квадратный дюйм - для того, чтобы заставить материал в каждый контур полости. Материал течет под теплом и давлением, принимая форму формы. После того, как сшивание (для термореактивных) или охлаждение (для термопластов) завершено, форма открывается и готовая часть выбрасывается. Процесс известен производством деталей с отличной стабильностью размеров, постоянной плотностью и высококачественной поверхностью с обеих сторон. В отличие от литья под давлением, компрессионное формование не требует сложной системы сжатия, которая уменьшает отходы материала и стоимость оснастки для определенных геометрий.

Истоки формования компрессии восходят к началу 20-го века, в основном используемого для термореактивных пластмасс, таких как бакелит. Сегодня он эволюционировал, чтобы вместить передовые композиты и высокопроизводительные термопласты, что делает его универсальным выбором для пользовательских корпусов в электронной промышленности.

Преимущества формования сжатия для электронных корпусов

Пользовательские электронные корпуса должны отвечать строгим требованиям: защита от влаги, пыли, вибрации и электромагнитных помех, а также обеспечивать эстетическую привлекательность и эргономичную обработку. Компрессионное формование обеспечивает несколько различных преимуществ, которые отвечают этим требованиям.

Высокая точность и усилитель; комплексная геометрия

Компрессионное формование обеспечивает жесткие допуски - часто в пределах ± 0,005 дюйма - что имеет решающее значение для корпусов, которые должны соединяться с печатными платами, разъемами или прокладками. Этот процесс позволяет использовать сложные функции, такие как внутренние ребра для монтажа компонентов, защелки для защелкивания, вентиляционные прорези и даже формованные нити. Поскольку форма медленно закрывается, материал может поступать в тонкие стены и глубокие полости без захвата воздуха, что приводит к частям с постоянной плотностью и небольшим количеством пустот.

Эффективность материалов и усилитель; Сокращение отходов

Поскольку заряд материала помещается непосредственно в полость плесени, нет отходов ели или бегуна, как в литьевом формовании. Это особенно полезно для дорогих высокопроизводительных материалов, таких как жидкокристаллические полимеры (LCP) или заполненные стеклом нейлоны. Способность нетто-формы минимизирует вторичную обработку, дополнительно уменьшая лом. Для производственных пробегов от умеренного до высокого объема компрессионное формование может достигать скорости использования материала выше 95%.

Высшая долговечность и устойчивость; экологическая устойчивость

Части, изготовленные с помощью прессования, часто обладают улучшенными механическими свойствами, поскольку однонаправленное давление выравнивает волокна наполнителя (например, стекло или углерод) более равномерно, чем литье под давлением. Это приводит к более высокой прочности, жесткости и ударопрочности. Ограждения могут выдерживать экстремальные температуры, химическое воздействие и УФ-излучение, что делает их пригодными для наружной промышленной электроники или медицинских устройств, которые подвергаются стерилизации.

Экономическая эффективность для больших партий

Хотя начальная стоимость оснастки для пресс-форм может быть значительной - особенно для многополюсных или сложных форм - стоимость на одну часть резко падает при более высоких объемах. Тулинг, как правило, менее сложен, чем литьевые формы, потому что он не требует систем горячего бегуна или сложных каналов охлаждения. Для пробегов 10 000 частей или более компрессионное формование часто становится наиболее экономичным выбором, особенно для более крупных деталей, которые потребуют нескольких затворов в литьевом формовании.

Материалы, используемые в формовке сжатия для корпусов

Выбор материала является одним из наиболее важных решений в конструкции корпуса. Компрессионное формование вмещает как термопласты, так и термореактивные элементы, каждый из которых имеет различные оконные стекла и свойства конечного использования.

Термореактивные пластмассы

Термореактивные элементы, такие как эпоксидные, фенольные, меламиновые и полиэфирные смолы, подвергаются химической реакции сшивания при формовке, становясь постоянно твердыми. Они обеспечивают отличную стабильность размеров, термостойкость (до 300 °C или более для некоторых эпоксидных соединений) и выдающиеся электрические изоляционные свойства. Фенольные смолы, например, обычно используются в распределительных ограждениях и автомобильной электронике из-за их низкой стоимости, огнестойкости и устойчивости к ползучести. Однако термореактивные элементы не могут быть переплавлены или переработаны, что может быть соображением для целей устойчивости.

Термопласты

Термопласты, такие как поликарбонат (ПК), АБС, полипропилен (ПП), полиамид (ПА/нилон) и полисульфон (ПГУ), размягчаются при нагревании и затвердевании при охлаждении. Они обеспечивают большую гибкость конструкции, поскольку их можно переформовать или сварить, и они часто предпочтительны для корпусов бытовой электроники, которые требуют ударопрочности и эстетической отделки. Смеси ПК/АБС широко используются для портативных устройств, обеспечивая баланс прочности и текучести. Укрепленные клетчаткой термопласты (например, 30% заполненный стеклом нейлон) сочетают высокую прочность с возможностью переработки.

Advanced Composites & Специальные материалы

Для требовательных применений компрессионное формование может обрабатывать листовое формовочное соединение (SMC) и сыпучие формовочные соединения (BMC), которые представляют собой полиэфирные или виниловые материалы, армированные стеклом. Эти композиты обеспечивают высокие соотношения прочности к весу, коррозионную стойкость и отличные диэлектрические свойства. Они часто используются в наружных телекоммуникационных корпусах, корпусах аккумуляторов электромобилей и военной электронике. Жидкий силиконовый каучук (LSR) также может быть формован для сжатия для корпусов, требующих чрезвычайной гибкости, прозрачности или биосовместимости.

Для более глубокого изучения выбора материала, обратитесь к таким ресурсам, как руководство по прессованию 101 от Plastics Technology .

Процесс формования сжатия: шаг за шагом

Понимание процесса в деталях помогает инженерам лучше проектировать корпуса и предвидеть потенциальные проблемы.

  1. Преодоление заряда: Материал (порошок, гранула или преформа) предварительно нагревается до температуры чуть ниже точки плавления или размягчения. Это сокращает время цикла и обеспечивает равномерное течение.
  2. Загрузка пресс-формы: Подогретый заряд помещается в открытую полость пресс-формы. Для сложных деталей несколько зарядов могут быть размещены в разных местах для обеспечения даже заполнения.
  3. Зажим и усилие; Надавливание:] Пресс закрывается с контролируемой скоростью, обычно от 0,5 до 5 дюймов в секунду. Давление наносится постепенно, чтобы материал мог течь без улавливания воздуха. Для термореактивных устройств пресс-форма удерживается при 140-200°С в течение 2-10 минут.
  4. Охлаждение или охлаждение: Для термореактивных установок деталь удерживается под давлением до завершения реакции сшивания (отверждения). Для термопластов форму охлаждают для затвердевания детали при сохранении давления для предотвращения усадки.
  5. Часть Выталкивания: Плесень открывается, и выталкивающие штифты выталкивают деталь.Постобработка может включать обрезку вспышки (тонкий избыток материала, выходящий из полости).
  6. Осмотр и усилие; Отделка: Части проверяются на точность размеров, дефекты поверхности и удаление вспышки.Вторичные операции, такие как сверление, постукивание или покраска, могут быть выполнены, если это необходимо.

Время цикла варьируется от 30 секунд для небольших термопластичных деталей до 15 минут для больших термореактивных композиционных корпусов. Автоматизация, такая как роботизированная погрузка и разгрузка, может значительно улучшить пропускную способность.

Дизайн-соображения для пользовательских формованных корпусов сжатия

Чтобы полностью использовать компрессионное формование, дизайнеры должны следовать конкретным рекомендациям, которые отличаются от литья под давлением или механической обработки.

Английское название: The Wall Thickness

Для облегчения выталкивания деталей рекомендуется угол наклона от 1° до 3°. Глубокие вертикальные стены могут требовать до 5°. Единообразная толщина стенок (обычно 2-5 мм) помогает избежать следов раковины и деформации. Если переменная толщина неизбежна, переходы должны быть постепенными с щедрыми радиусами.

Ribs, Bosses & - вставка

Внутренние ребра для жесткости должны быть не толще 60% прилегающей стенки для предотвращения отметин раковины. Боссы для винтовых отверстий могут быть отлиты непосредственно, но следует соблюдать осторожность, чтобы избежать толстых секций. Металлические вставки (латунь, нержавеющая сталь) могут быть помещены в форму перед загрузкой материала; протекающий пластик запирает их на месте. Это характерно для резьбовых соединений в крышках корпуса.

Местоположение и усилие; поток

В отличие от литья под давлением, в литье под давлением не используются бегуны или ворота в общепринятом смысле. Однако расположение заряда имеет решающее значение. Для больших корпусов заряд должен быть размещен вблизи центра, чтобы обеспечить симметричный поток, уменьшая трикотажные линии и пустоты. Для деталей с деликатными штифтами ядра или тонкими секциями могут потребоваться несколько зарядов.

Толерантность и давление; усыхание

Сжатие для деталей, формованных сжатием, обычно колеблется от 0,002 до 0,020 в / в зависимости от ориентации материала и волокна. Термореактивные элементы обычно уменьшаются меньше (0,002-0,006), чем термопласты (0,005-0,020). Конструкция пресс-формы должна компенсировать усадку, и после формования отжига может потребоваться для сборок с жесткой толерантностью.

Полезным справочником для дизайна корпуса является руководство по дизайну прессования от 3ERP .

Сравнение с другими методами формования

Выбор правильного производственного процесса имеет важное значение. Вот как компрессионное формование складывается против литья под давлением и формования поддувом для корпусов.

Компрессионное формование vs. инъекционное формование

Инъекционное формование является доминирующим для производства больших объемов корпусов малого и среднего объема. Он предлагает более быстрое время цикла (10-60 секунд) и более низкие затраты на рабочую силу на часть. Однако литьевые формы дороже (часто в 2-5 раз больше), и процесс генерирует больше лома из-за бегунов. Компрессионное формование превосходит большие детали, толстостенные корпуса и материалы, которые требуют более длительных протоков или более высокого содержания волокна. Он также обрабатывает высокотемпературные термореактивные установки, которые будут деградировать в бочках для впрыска. Для коротких и средних пробегов (500-50 000 частей) компрессионное формование может быть более экономически эффективным.

Компрессионное формование vs. Blow Molding

Вздутие формования используется для полых корпусов, таких как корпуса для портативных устройств или медицинских мониторов. Он быстрее и дешевле для тонкостенных полых деталей, но управление толщиной стенки менее точно, и сложные внутренние функции (резины, боссы) трудно достичь. Компрессионное формование может производить полые детали околосетевой формы через двухсекционную форму с ядром, но он медленнее и больше подходит для твердостенных корпусов, требующих плотных допусков.

Компрессионное формование vs. термоформование

Термоформирование использует лист пластика, нагретый и сформированный над мужской или женской формой. Он недорог для небольших объемов и больших деталей, но он производит корпуса с ограниченной детализацией, низкой точностью размеров и переменной толщиной стенки. Компрессионное формование обеспечивает превосходную точность, прочность и отделку, что делает его лучшим выбором для корпусов, которые должны уплотнять от влаги или чувствительной электроники дома.

Приложения в разных отраслях

Универсальность формования сжатия делает его процессом перехода для широкого спектра пользовательских электронных корпусов.

Промышленный контроль и усилитель; автоматизация

В корпусах для ПЛК, приводов двигателей и датчиков часто требуются NEMA/IP-рейтинги для проникновения пыли и воды. Компрессионные термореактивные композиты обеспечивают отличную химическую стойкость, огнестойкость (UL 94 V-0) и стабильность размеров при высоких температурах окружающей среды. Они обычно используются на заводских полах, нефтяных вышках и очистных сооружениях.

Медицинские приборы

Портативные диагностические устройства, инфузионные насосы и корпуса хирургических инструментов выигрывают от способности компрессионного формования производить сложные эргономичные формы с формованными уплотнениями и добавками к антибактериальным материалам. Жидкие силиконовые резиновые (LSR) корпуса для имплантируемых устройств также производятся с помощью компрессионного формования из-за биосовместимости материала и повторяемости процесса.

Потребительская электроника

Высококачественное аудиооборудование, игровые периферийные устройства и устройства умного дома часто используют компрессионные корпуса для их отличного внешнего вида (поверхностная отделка класса А) и возможность встраивать металлические или тканевые вставки непосредственно в деталь. Поскольку компрессионное формование не требует высоких скоростей впрыска, оно снижает напряжение и остаточное деформирование, что имеет решающее значение для деталей, которые должны поддерживать выравнивание с течением времени.

Automotive & Электромобили

Ограждения аккумуляторных батарей для электромобилей, модули управления под капотом и корпуса зарядных станций все чаще изготавливаются с компрессионно-формованными SMC или BMC. Эти материалы обеспечивают высокую прочность на растяжение, теплопроводность и огнестойкость. Компрессионное формование также позволяет создавать большие, легкие панели, которые заменяют металлические сборки значительной экономией веса.

Aerospace & - оборона

Радиомы, корпуса авионики и переносные устройства военной связи требуют корпусов, которые сочетают радомную прозрачность (для радара) с чрезвычайной прочностью. Компрессионные композиционные корпуса с использованием полиэтеримида (PEI) или полиэфиретректона (PEEK) с углеродным волокном являются общими. Эти материалы поддерживают структурную целостность на больших высотах и сопротивляются влаге и химическим веществам.

Будущие тенденции в формовании сжатия для корпусов

Технология продолжает развиваться, что обусловлено требованиями к более высокой производительности, более быстрому производству и устойчивости.

Расширенные композитные материалы

Новые термореактивные составы с более низким содержанием летучих органических соединений (ЛОС) и более быстрыми циклами отверждения сокращают время цикла. Термопластичные композиты (например, заполненный стеклом полипропилен) набирают тягу, поскольку они могут быть переработаны и переформованы. Компрессионное формование непрерывных термопластов с армированными волокнами (CFRT) возникает для сверхпрочных, легких корпусов.

Автоматизация и амп; Индустрия 4.0

Роботизированное размещение материалов, автоматизированная очистка пресс-форм и мониторинг процессов в режиме реального времени (давление, температура, датчики потока) делают компрессионное формование более последовательным и снижают затраты на рабочую силу. Прогнозные алгоритмы технического обслуживания могут оптимизировать параметры пресса для уменьшения дефектов. Эти инновации снижают общую стоимость детали и делают компрессионное формование жизнеспособным для меньших объемов.

Устойчивость и усилие; Био-материалы

Биоразлагаемые термореактивные установки (например, эпоксидная смола на основе сои) и переработанные термопластичные соединения выходят на рынок. Природа формования с низким содержанием куска хорошо согласуется с целями круговой экономики. Кроме того, постиндустриальные отходы от вспышки плесени могут быть измельчены и повторно использованы в качестве наполнителя в менее важных частях. Обзор устойчивых практик формования можно найти в статье RapidDirect по устойчивости формования сжатия .

Многокомпонентный & Гибридная формовка

Компрессионное формование сочетается с формованием вставок, переформированием и даже 3D-печатными ядрами для создания корпусов со встроенными прокладками, металлическими вставками и экранирующими слоями EMI в течение одного цикла. Это сокращает время сборки и повышает надежность для приложений с высокими ставками, таких как медицинские имплантаты и аэрокосмические разъемы.

Выбор правильного партнера для формованных компрессионных корпусов

Выбор опытного формовщика имеет решающее значение. Ищите партнера с опытом в выбранном вами материале, проверенным опытом со сложной геометрией и возможностями в проектировании инструментов, моделировании процессов и вторичной отделке. Многие формовщики обеспечивают дизайн обратной связи для технологичности (DFM), которая может сократить время цикла и улучшить качество. Сеть Thomas Industry Network предлагает каталог пользовательских формовщиков сжатия [[FLT: 1]] и дополнительные технические ресурсы.

Заключение

Компрессионное формование остается жизненно важной и универсальной техникой для производства пользовательских корпусов для электроники. Его способность обеспечивать высокую точность, эффективность материалов, превосходную долговечность и экономическую эффективность в масштабе делает его предпочтительным выбором в различных отраслях промышленности - от потребительских гаджетов до аэрокосмического оборудования. Понимая параметры процесса, варианты материалов, правила проектирования и новые тенденции, инженеры продукта могут полностью использовать компрессионное формование для создания корпусов, которые не только защищают чувствительную электронику, но и повышают производительность продукта и долговечность. Поскольку передовые композиты и автоматизация продолжают созревать, компрессионное формование будет играть еще большую роль в следующем поколении электронных упаковочных решений.