Hoe spuitgietontwerp luchtbellen en holtes in plastic onderdelen voorkomt?

Voordat we het over oplossingen hebben, is het de moeite waard om precies te zijn over waar je eigenlijk mee te maken hebt. Er zijn twee fundamenteel verschillende defecten die beide in de productie ‘bubbels’ worden genoemd, en ze hebben tegengestelde hoofdoorzaken.

Luchtvallenontstaat wanneer gas - lucht dat zich vóór de injectie al in de vormholte bevond, of gas geproduceerd door de plasticsmelt zelf - vast komt te zitten op een locatie waar het niet kan ontsnappen. Terwijl het plastic zich eromheen vult, creëert het opgesloten gas een zichtbare leegte of blaar aan het oppervlak. Luchtbellen verschijnen meestal aan het einde van de stroom - in hoeken, blinde zakken of overal waar het vulpatroon twee smeltfronten dwingt elkaar te ontmoeten en lucht daartussen op te sluiten.

Krimpholtenvorm om de tegenovergestelde reden: niet omdat er te veel gas is, maar omdat er niet genoeg plastic is. Wanneer een dik gedeelte van een onderdeel afkoelt, stolt de buitenhuid eerst en wordt deze op zijn plaats vergrendeld. Terwijl de nog-gesmolten binnenkant blijft afkoelen en krimpen, trekt deze zich los van de huid, waardoor er een interne leegte ontstaat. Krimpholtes verschijnen in de dikste delen van het onderdeel - achter ribben, binnen nokken, bij dikke wandovergangen.

Diagnose stellen welk type u heeft:

· Knip of snijd een afgekeurd onderdeel. Als er een gladde, ronde interne holte is zonder verkleuring, is dit waarschijnlijk een krimpholte. Als er sprake is van een lichte verbranding of verkleuring op de locatie van de bel, is de kans groter dat er een probleem is met opgesloten lucht of gas.

· Controleer het locatiepatroon. Krimpholtes zijn consistent - altijd in hetzelfde dikke gedeelte. Luchtvallen kunnen qua locatie variabeler zijn, maar hebben de neiging zich te clusteren aan het einde van de vulling of bij specifieke geometrische kenmerken.

Het is van essentieel belang dat u de juiste diagnose stelt voordat u een oplossing probeert. - De oplossingen voor luchtbellen en krimpholtes zijn heel verschillend, en het toepassen van de verkeerde oplossing voor het verkeerde probleem verspilt tijd en geld.

Poortlocatie en vulpatroon

Het vulpatroon - hoe het plastic uit de poort stroomt en de hele holte vult - is de primaire variabele die bepaalt waar en of er luchtbellen zullen ontstaan.

Wanneer plastic een holte vult, duwt het de lucht ervoor naar de uiteinden van de mal. Als het vulpatroon goed- is ontworpen, wordt de lucht geleidelijk naar de scheidingslijn en ventilatiegroeven geduwd, waar deze kan ontsnappen. Als het vulpatroon slecht is ontworpen, kan het 'racetracking' - creëren waarbij plastic sneller het ene pad af beweegt dan het andere en zich terugvouwt om lucht in een zak op te sluiten.

De locatie van de poort is de allerbelangrijkste beslissing voor de controle van het vulpatroon. Het plaatsen van de poort op het dunste gedeelte van een complex onderdeel, of aan de verkeerde kant van een onderdeel met interne kenmerken, garandeert bijna luchtbellen. Er moet gebruik worden gemaakt van schimmelstromingssimulatie om het vulpatroon te modelleren en ingesloten luchtlocaties te identificeren voordat de schuifpositie definitief wordt gemaakt.

Voor eenSpeelgoedauto kunststof spuitgietmatrijsmet carrosseriepanelen met interne raamkozijnen, deuruitsparingen en wielkastkenmerken is het vulpatroon complex. Poorten moeten zo worden geplaatst dat ze eerst de open paneelsecties vullen en lucht uit de gesloten zakken laten ontsnappen wanneer de smelt daar aankomt.

Ontluchten is de meest directe mechanische oplossing voor luchtbellen. Ventilatiegroeven zijn ondiepe kanalen die in het scheidingslijnoppervlak van de mal zijn aangebracht en waardoor ingesloten lucht kan ontsnappen terwijl de mal zich vult. De uitdaging is dat de ventilatieopening breed genoeg en diep genoeg moet zijn om lucht naar buiten te laten, maar ondiep genoeg zodat er geen plastic doorheen stroomt en flits veroorzaakt.

Specificaties standaard vleugelgroef:

· Diepte:0,015–0,05 mm voor de meeste thermoplasten. ABS en PP kunnen iets diepere ventilatieopeningen (0,03–0,05 mm) verdragen zonder flits te veroorzaken; materialen met een lagere viscositeit hebben ondiepere ventilatieopeningen nodig.

· Breedte:Typisch 3–8 mm per ventilatiegroef.

· Reliëfgedeelte:Achter de ventilatiegroef zorgt een breder, dieper reliëfkanaal (0,5–1,0 mm diep) ervoor dat de ontsnapte lucht naar de atmosfeer kan worden geëvacueerd zonder achteruit te gaan.

· Plaatsing:Ventilatieopeningen moeten worden geplaatst waar de analyse van het vulpatroon de laatste-vullocaties voorspelt. Een ventilatieopening op de verkeerde plaats doet niets.

Een studie gepubliceerd inPolymeertechniek en wetenschap(2020) ontdekten dat mallen met door simulatie-geverifieerde ventilatieopeningen het percentage defecten in luchtinsluitingen ongeveer 74% lager lieten zien dan mallen met empirisch geplaatste ventilatieopeningen alleen op scheidingslijnen -, wat bevestigt dat plaatsing van ventilatieopeningen op basis van vulanalyse beter presteert dan plaatsing op basis van alleen intuïtie.

Voor eenSpeelgoedauto kunststof spuitgietmatrijs, is de plaatsing van ventilatieopeningen vooral belangrijk in afgesloten vakken - de binnenraamopeningen, onder- carrosseriekanalen en eventuele diepe blinde uitsparingen in de carrosseriestructuur. Dit zijn precies de locaties waar smelt de ingesloten lucht kan omringen zonder dat deze ergens heen kan.

De runner- en poortgeometrie hebben ook invloed op de luchtevacuatie. Een goed-ontworpen poortingang creëert een vloeiend, progressief vulpatroon dat de lucht consistent naar de ventilatieopeningen duwt. Een slecht ontworpen poort - een poort die te smal, te kort of gepositioneerd is om jetting te creëren - produceert een turbulent vulfront dat lucht in de smelt vouwt in plaats van deze vooruit te duwen.

Onderzeese (tunnel)poorten moeten locaties vermijden waar de poortingang naar een blinde zak of hoek is gericht. Ventilatiepoorten op brede, vlakke oppervlakken (zoals dakpanelen van speelgoedauto's) verdelen de vulling over de volledige breedte, waardoor de kans op luchtvouwen bij de poortingang kleiner wordt en een voorspelbaarder evacuatiepad ontstaat.

Vormstroomsimulatie

Voor elk onderdeel met complexe geometrie - inclusief de meesteSpeelgoedauto kunststof spuitgietmatrijscarrosseriecomponenten - malstroomsimulatie moet worden uitgevoerd voordat de poort- en vleugelposities definitief zijn. Simulatie toont de vulvolgorde, identificeert de laatste-vullocaties, voorspelt waar laslijnen ontstaan ​​en, belangrijker nog, waar luchtinsluiting zal optreden. Wijzigingen in de poortpositie, vleugellocatie of runner-indeling tijdens de simulatie kosten niets. Dezelfde veranderingen die na de eerste monsters in staal worden aangebracht, zijn duur en tijdrovend-.

Uniformiteit van wanddikte - De voornaamste oorzaak

Krimpholtes zijn bijna altijd een probleem met de wanddikte. Als er lokaal een aanzienlijk dik gedeelte is - een verdikking, een verstevigingsrib die te breed is, een decoratief verhoogd element - duurt het langer voordat het extra materiaal in dat dikke gedeelte is afgekoeld dan het omringende gebied. De buitenhuid stolt en vergrendelt op zijn plaats; de kern blijft afkoelen en krimpen, waardoor een interne leegte ontstaat.

De ontwerpregel is eenvoudig: houd de wanddikte zo uniform mogelijk. Als een dikker gedeelte onvermijdelijk is, maak dan de overgang van dik naar dun smaller in plaats van een scherpe stap te maken.

Standaard ribontwerpregels om holtes te voorkomen:

· Ribdikte: 50–60% van de nominale wanddikte

· Ribhoogte: maximaal 3× de ribbasisbreedte

· Meerdere kortere ribben parallel zijn beter dan één hoge, brede rib

Voor eenSpeelgoedauto kunststof spuitgietmatrijszijn de wielkastomlijstingen, dakverstevigingen en asbevestigingsnokken de meest voorkomende locaties voor krimpholtes - alle gebieden waar de plaatselijke dikte groter is dan de nominale wand van het carrosseriepaneel. Door deze functies te ontwerpen volgens de bovenstaande proportioneringsregels, wordt de meeste holtevorming geëlimineerd voordat deze begint.

De poort moet zo worden geplaatst dat de dikke delen van het onderdeel zich binnen het bereik van de pakkingdruk van de poort bevinden wanneer de mal wordt gevuld. Pakkingdruk - de verhoogde druk die wordt uitgeoefend nadat de holte nominaal vol is - comprimeert extra materiaal in de dikke secties om de krimp bij afkoeling te compenseren. Als het dikke gedeelte te ver van de poort verwijderd is, of als de poort bevroren is voordat het inpakken voltooid is, bereikt de compensatie het niet en ontstaat er een leegte.

In eenSpeelgoedauto kunststof spuitgietmatrijsDankzij de dikke asnaafkenmerken plaatst de ideale poortpositie de naaf binnen 50-80 mm van de poortingang. Waar de geometrie dit verhindert, kan een grotere poortdiameter of een tweede poortpositie het effectieve pakkingbereik vergroten.

Pakdruk en houdtijd

Hoewel de pakdruk en de houdtijd procesparameters zijn en geen ontwerpparameters, moet het matrijsontwerp de voorwaarden scheppen om deze effectief te laten zijn. Een poort die te snel bevriest - omdat de poortgrond te dun is - onderbreekt de pakkingdruk voordat de dikke delen voldoende zijn afgekoeld om zelf- zelfdragend te zijn. De lengte en diameter van het poortgedeelte moeten zodanig worden gedimensioneerd dat de poort open blijft gedurende de minimale inpaktijd die vereist is voor het dikste gedeelte van het onderdeel.

Niet alle luchtbellen komen uit luchtbellen of krimpholtes. Een derde categorie - vochtleemtes - ontstaat wanneer hygroscopische materialen zoals ABS, nylon of PC worden verwerkt zonder dat ze voldoende drogen. Vocht dat uit de atmosfeer wordt geabsorbeerd, wordt tijdens de injectie omgezet in stoom, en deze stoomzakken zien eruit als luchtbellen in het voltooide onderdeel.

ABS - het meest voorkomende materiaal voorSpeelgoedauto kunststof spuitgietmatrijstoepassingen - absorbeert vocht gemakkelijk uit de lucht. Standaard ABS vereist drogen bij 80-85 graden gedurende 2-4 uur vóór verwerking. Onder-gedroogd ABS produceert zilveren strepen en kleine belletjes aan het oppervlak, zelfs in een goed-ontworpen mal. Dit is een verwerkingsprobleem, geen matrijsontwerpprobleem -, maar het is de moeite waard om dit uit te sluiten voordat u tijd besteedt aan het onderzoeken van de matrijs.

Symptoomonderscheid: vochtholtes produceren vaak zilveren streeppatronen aan het oppervlak naast interne belletjes. Luchtbellen en krimpholtes veroorzaken doorgaans geen zilveren strepen.

DeSpeelgoedauto kunststof spuitgietmatrijspresenteert specifieke zeepbeluitdagingen die de moeite waard zijn om direct aan te pakken.

Luchtafscheidingen op het carrosseriepaneel:De complexe geometrie van de carrosserie van een speelgoedauto - met interne structurele kenmerken, raamopeningen en wielkastvakken - creëert meerdere potentiële locaties voor luchtbellen. De positie van de poort moet worden geverifieerd door middel van stromingssimulatie, en ventilatiegroeven moeten worden geplaatst op alle bevestigde laatste-vullocaties, niet alleen op duidelijke scheidingslijnranden.

Dikke doorsneden bij structurele kenmerken:Wielkastverstevigingen, asnokken en dakverstevigingsribben zijn standaard lege plekken in de carrosserie van een speelgoedauto. Pas de bovenstaande regels voor rib- en naafverdeling toe op deze kenmerken tijdens de DFM-beoordeling, voordat het ontwerp wordt vrijgegeven voor de bewerking.

ABS versus PP-bubbelgedrag:ABS is gevoeliger voor vocht-gerelateerde oppervlakteblaasjes en vereist een zorgvuldig droogbeheer. PP is minder hygroscopisch maar heeft een hogere krimp (1,0–2,5%) vergeleken met ABS (0,4–0,7%), waardoor het gevoeliger is voor interne krimpholtes bij gelijkwaardige variaties in de wanddikte. PPSpeelgoedauto kunststof spuitgietmatrijsontwerpen profiteren van een iets strengere wanduniformiteitsdiscipline dan ABS-equivalenten.

Een studie erinPolymeertechniek en wetenschap(2020) ontdekten dat schimmels met simulatie-geverifieerde ventilatieopeningen het percentage defecten in luchtinsluitingen ongeveer 74% lager lieten zien dan schimmels die alleen gebruik maakten van empirische ventilatieopeningen.

· Onderzoek gepubliceerd in deInternationaal tijdschrift voor geavanceerde productietechnologie(2021) ontdekten dat variaties in de wanddikte van meer dan 40% van de nominale waarde bij spuitgegoten onderdelen van consumentenproducten in 83% van de bestudeerde gevallen verband hielden met de vorming van interne holtes -, wat bevestigt dat uniformiteit van de wanddikte de meest betrouwbare voorspeller is van het risico op krimpholtes.

· SPE-onderzoeksgegevens (2022) wezen uit dat onvoldoende ventilatie en niet-uniformiteit in de wanddikte de twee meest voorkomende hoofdoorzaken zijn van luchtbel- en holtedefecten bij de productie van plastic onderdelen voor consumenten, die samen ongeveer 68% van alle meldingen van luchtbellen-type defecten vertegenwoordigen.

DeVereniging voor amusementsdiensten en technologie (ESTA)behandelt de productiekwaliteit in haar leverancierskwalificatiekaders voor componenten die worden gebruikt in entertainmenttechnologieomgevingen. De richtlijnen van ESTA erkennen specifiek de DFM-procesmogelijkheden -, inclusief de systematische preventie van defecten zoals holtes en luchtbellen door middel van ontwerpverificatie vóór het bewerken - als een betekenisvolle indicator van de kwaliteit van productiepartners. Voor eenSpeelgoedauto kunststof spuitgietmatrijsof welke vorm dan ook voor een consumentenproduct, voorspelt de nauwkeurigheid van het pre-ontwerpproces van de gereedschappen direct de kwaliteitsconsistentie van productieonderdelen. Dit is de reden waarom ervaren kopers steeds vaker prospectief vragenSpeelgoedauto kunststof spuitgietmatrijsfabrikanten om hun simulatie- en DFM-mogelijkheden te demonstreren voordat ze investeren in gereedschap.

Een speelgoedfabrikant in Zuidoost-Azië kwalificeerde een nieuw voertuigmodel in ABS. DeSpeelgoedauto kunststof spuitgietmatrijsDe carrosserie produceerde onderdelen die de visuele inspectie doorstonden, maar de kwaliteitscontroles na het lakken niet doorstonden. - Het verfproces bracht kleine oppervlaktedeuken (zinksporen) aan het licht en, toen er delen werden uitgesneden voor inspectie, interne holtes achter de verstevigingsribben van de wielkast.

Het oorspronkelijke ribontwerp bij de wielkast had een basisdikte van 2,8 mm - 93% van de nominale wand van het carrosseriepaneel van 3,0 mm. De standaardregel staat een maximum van 60% toe, wat betekent dat de ribben aanzienlijk te groot waren om holtes te voorkomen. De poort bevond zich aan de onderkant van het carrosseriepaneel, ongeveer 95 mm van de dichtstbijzijnde wielkastnaaf.

Sunhstones voerde een DFM-beoordeling en stromingssimulatie uit op het bestaande ontwerp. De simulatie bevestigde:

· Er wordt een holtevorming achter alle vier de wielkastribben verwacht als gevolg van onvoldoende pakkingdrukbereik

· Drie luchtopvanglocaties in de binnenvakken van het raamkozijn, waarbij momenteel geen ventilatieopeningen op deze locaties zijn geplaatst

Ontwerpwijzigingen doorgevoerd:

1. De dikte van de basis van de wielkastrib is verminderd van 2,8 mm naar 1,6 mm (53% van de nominale wand), waarbij de hoogte is aangepast om een ​​gelijkwaardige profielmodulus te behouden

2. De poortdiameter is vergroot van 1,2 mm naar 1,8 mm om het bereik van de pakkingdruk naar het booggebied te vergroten

3. Drie ventilatiegroeven toegevoegd bij de simulatie-bevestigden de locaties van luchtbellen in de raamkozijnzakken

Resultaten na de matrijsmodificatie:

· Interne holtes: geëlimineerd in een kwalificatiemonster van 500 onderdelen

· Luchtbellen bij raamkozijnen: geëlimineerd

· Oppervlakkige sporen: na het schilderen niet meer zichtbaar

· Het uitwerppercentage is verlaagd van 6,8% (voornamelijk gerelateerd aan ongeldigheid en zinken) naar 0,4%

Vraag: Wat is het verschil tussen een luchtbel en een krimpholte bij spuitgieten? 
A: Er vormt zich een luchtbel (air trap) wanneer gas fysiek in de holte wordt opgesloten door de voortschrijdende plastic smelt. Er ontstaat een krimpholte wanneer dikke delen afkoelen en de binnenkant krimpt van de reeds-gestolde huid. Beide verschijnen als interne holtes in een doorsnededeel, maar luchtbellen ontstaan ​​meestal aan het einde van de vulling en kunnen lichte verkleuring vertonen, terwijl krimpholtes voorkomen in de dikste secties en gladde, schone interne oppervlakken hebben.

Vraag: Hoe weet ik of mijn bellenprobleem een ​​matrijsontwerpprobleem of een procesprobleem is?

A: Als de locatie van de bel consistent is van opname tot opname en overeenkomt met een geometrisch kenmerk (dikke sectie, laatste-vulhoek), is dit vrijwel zeker een probleem met het ontwerp van de mal. Als de bellocaties inconsistent zijn of correleren met wijzigingen in de materiaalpartij, kan er sprake zijn van een probleem met de materiaalvochtigheid of de processtabiliteit. Snijd een voorbeeldonderdeel uit om het type defect te bevestigen voordat u wijzigingen aanbrengt.

Vraag: Wat is de standaard ventilatiegroefdiepte voor ABS-onderdelen? 

A: Voor ABS bedraagt ​​de standaard vleugelgroefdiepte 0,025–0,04 mm aan de spouwzijde, met opening naar een reliëfgedeelte van 0,5–1,0 mm daarachter. Dieper dan dit en ABS flitst door de ventilatieopening. Ventilatieopeningen moeten worden geplaatst op locaties die door vulsimulatie zijn bevestigd als de laatste gebieden die moeten worden gevuld, en niet alleen op generieke scheidingslijnposities.

Vraag: Kan ik een bellenprobleem oplossen door de injectiesnelheid te verhogen? 

A: Het verhogen van de injectiesnelheid kan soms de locatie van een luchtval verplaatsen door het vulpatroon te veranderen, maar het neemt de onderliggende oorzaak niet weg - het probleem wordt verplaatst. De betrouwbare oplossing is het opnieuw ontwerpen van de poortpositie, het toevoegen van ventilatieopeningen op bevestigde luchtopvanglocaties, of beide. Procesaanpassingen zijn hooguit een tijdelijke maatregel.

Vraag: Hoeveel ventilatiegroeven heeft een typische spuitgietmatrijs voor de carrosserie van een speelgoedauto nodig? 

A: Het aantal hangt volledig af van de onderdeelgeometrie en het vulpatroon. Een eenvoudig flatpanel heeft mogelijk vier tot zes ventilatieopeningen nodig; een complexe carrosserie met meerdere zakkenmerken heeft mogelijk 15–25 nodig. De enige betrouwbare manier om het juiste aantal en de juiste plaatsing te bepalen is vormstroomsimulatie in combinatie met eerste-artikelinspectie. ElkFabrikant van kunststof spuitgietmatrijzen voor speelgoedauto'shet uitvoeren van een goede DFM-beoordeling omvat de verificatie van de ventilatieopeningen in dat proces.

Vraag: Waar kan ik een plastic spuitgietmatrijsfabriek voor speelgoedauto's vinden die vanaf het begin ontwerpt met het oog op het voorkomen van holtes? 
A: Zoek naar eenSpeelgoedauto kunststof spuitgietmatrijsleverancier die matrijsstroomsimulatie levert als standaardonderdeel van hun DFM-proces - en niet als optionele extra. De simulatie-uitvoer moet een analyse van het vulpatroon, de voorspelling van de laslijn en de identificatie van de locatie van de luchtval omvatten. Een leverancier die u deze resultaten voor uw specifieke onderdeelgeometrie kan laten zien voordat u zich aan de tooling wijdt, is iemand die de defecten daadwerkelijk zal voorkomen in plaats van ze later te debuggen.

Luchtbellen en krimpholtes in spuitgegoten onderdelen zijn voorspelbaar en te voorkomen - niet door geluk of proceshelden, maar door systematische ontwerpbeslissingen die worden genomen voordat de mal wordt gebouwd. Poortpositie, vleugelplaatsing, uniformiteit van de wanddikte en ribbeproporties zijn allemaal ontwerpvariabelen. Bespreek ze in de DFM-fase, verifieer ze met simulatie en de productieonderdelen komen er meteen goed uit.

Bij Sunhstones is het voorkomen van luchtbellen en vides onderdeel van het standaard DFM-proces voor iedereenSpeelgoedauto kunststof spuitgietmatrijs, behuizingsvorm en precisiecomponentgereedschap dat we ontwerpen. ElkSpeelgoedauto kunststof spuitgietmatrijsHet project omvat een simulatie van volledige vulling met verificatie van de plaatsing van de ventilatieopeningen voordat er staal wordt bewerkt. We voeren bij elk project een matrijsstroomsimulatie uit, documenteren de ontwerpgrondslag van de poort en de ventilatieopening en bevestigen het vulpatroon voordat we deze vrijgeven voor bewerking.

Heeft u blaas- of holteproblemen op een bestaande mal, of wilt u deze bij een nieuw project voorkomen?Neem contact op met ons engineeringteam met de geometrie van uw onderdeel en de huidige defectbeschrijving. We identificeren de hoofdoorzaak en adviseren de juiste ontwerpoplossing.

Referenties en verder lezen

1. Rosato, DV en Rosato, MGHandboek voor spuitgieten, 3e editie. Springer, 2000.https://link.springer.com/book/9781461370895

2. Malloy, RAOntwerp van kunststof onderdelen voor spuitgieten, 2e editie. Hanser, 2010.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569904367

3. Kazmer, DOEOntwerptechniek voor spuitgietmatrijzen, 2e editie. Hanser, 2016.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569905852

4. Wang, Y. et al. "Effect van de plaatsing van de ventilatieopeningen op het aantal defecten aan luchtinsluitingen in spuitgegoten onderdelen met complexe-geometrie."Polymeertechniek en wetenschap, Vol. 60, nummer 8, 2020.https://www.doi.org/10.1002/pen.25396

5. Nian, SC et al. "Wanddiktevariatie en interne holtevorming bij het spuitgieten van consumentenproducten."Internationaal tijdschrift voor geavanceerde productietechnologie, deel. 114, 2021.https://link.springer.com/journal/170

6. Vereniging van Kunststofingenieurs (SPE). Onderzoek naar de oorzaak van defecte plastic onderdelen bij consumenten. SPE technisch document, 2022.https://www.4spe.org/

7. Entertainment Services and Technology Association (ESTA). Productiekwaliteitsnormen en DFM-capaciteitsbeoordeling. ESTA technische begeleiding, 2022.https://www.esta.org/

8. Schoenmaker, J.Moldflow-ontwerpgids. Hanser, 2006.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569903735