In che modo la progettazione degli stampi a iniezione previene bolle d'aria e vuoti nelle parti in plastica?

Prima di parlare di soluzioni, vale la pena essere precisi su ciò con cui si ha effettivamente a che fare. Esistono due difetti fondamentalmente diversi che vengono chiamati entrambi "bolle" nella produzione e hanno cause radicali opposte.

Trappole aereesi forma quando il gas - l'aria che era già all'interno della cavità dello stampo prima dell'iniezione, o il gas prodotto dalla fusione della plastica stessa - rimangono intrappolati in una posizione da cui non possono fuoriuscire. Man mano che la plastica si riempie attorno, il gas intrappolato crea un vuoto visibile o una bolla superficiale. Le trappole d'aria tendono ad apparire alla fine del flusso - negli angoli, nelle tasche cieche o ovunque il modello di riempimento costringa due fronti di fusione a incontrarsi e intrappolare l'aria tra di loro.

Vuoti di ritirosi forma per il motivo opposto: non perché ci sia troppo gas, ma perché non c'è abbastanza plastica. Quando una sezione spessa di una parte si raffredda, la pelle esterna si solidifica per prima e si blocca in posizione. Mentre l'interno ancora-fuso continua a raffreddarsi e restringersi, si stacca dalla pelle, creando un vuoto interno. I vuoti di ritiro appaiono nelle sezioni più spesse della parte - dietro le nervature, all'interno delle sporgenze, nelle transizioni delle pareti spesse.

Diagnosi di quale tipo hai:

· Tagliare o sezionare una parte scartata. Se è presente una cavità interna liscia e rotonda senza scolorimento, è probabile che si tratti di un vuoto di ritiro. Se si nota una leggera bruciatura o scolorimento nel punto in cui si trova la bolla, è più probabile che si tratti di aria o gas intrappolati.

· Controllare lo schema di posizione. I vuoti di ritiro sono consistenti - sempre nella stessa sezione spessa. Le trappole d'aria possono avere una posizione più variabile ma tendono a raggrupparsi alla fine del riempimento o in corrispondenza di caratteristiche geometriche specifiche.

Ottenere la diagnosi corretta prima di tentare una soluzione è essenziale - le soluzioni per le trappole d'aria e i vuoti di ritiro sono molto diverse e applicare la soluzione sbagliata al problema sbagliato fa sprecare tempo e denaro.

Posizione del cancello e modello di riempimento

Il modello di riempimento - il modo in cui la plastica scorre dal cancello per riempire l'intera cavità - è la variabile principale che determina dove e se si formeranno delle trappole d'aria.

Quando la plastica riempie una cavità, spinge l'aria davanti ad essa verso le estremità dello stampo. Se il modello di riempimento è ben-progettato, l'aria viene progressivamente spinta verso la linea di giunzione e le scanalature di sfiato, dove può fuoriuscire. Se il modello di riempimento è progettato in modo inadeguato, può creare un "tracciamento di gara" - in cui la plastica si muove più velocemente lungo un percorso rispetto a un altro e si raddoppia per intrappolare l'aria in una tasca.

La posizione del punto di accesso è la decisione più importante per il controllo del modello di riempimento. Posizionare il cancello nella sezione più sottile di una parte complessa, o sul lato sbagliato di una parte con caratteristiche interne, garantisce quasi la presenza di trappole d'aria. La simulazione del flusso nello stampo dovrebbe essere utilizzata per modellare il modello di riempimento e identificare le posizioni dell'aria intrappolata prima che la posizione del cancello venga finalizzata.

Per unStampo per iniezione plastica per auto giocattolocon i pannelli della carrozzeria che includono telai interni dei finestrini, rientranze delle porte e elementi del passaruota, il modello di riempimento è complesso. I cancelli devono essere posizionati per riempire prima le sezioni aperte del pannello e consentire all'aria di evacuare dalle tasche chiuse quando la massa fusa arriva ad esse.

Lo sfiato è la soluzione meccanica più diretta alle trappole d'aria. Le scanalature di sfiato sono canali poco profondi ricavati sulla superficie della linea di giunzione dello stampo che consentono all'aria intrappolata di fuoriuscire durante il riempimento dello stampo. La sfida è che lo sfiato deve essere sufficientemente ampio e profondo da far uscire l'aria, ma sufficientemente poco profondo da impedire alla plastica di fluire e creare bave.

Specifiche della scanalatura di sfiato standard:

· Profondità:0,015–0,05 mm per la maggior parte dei materiali termoplastici. ABS e PP possono tollerare aperture leggermente più profonde (0,03–0,05 mm) senza produrre bave; i materiali con viscosità inferiore necessitano di sfiati meno profondi.

· Larghezza:Tipicamente 3–8 mm per scanalatura di sfiato.

· Sezione di rilievo:Dietro la scanalatura di sfiato, un canale di scarico più ampio e profondo (profondo 0,5–1,0 mm) consente all'aria fuoriuscita di evacuare nell'atmosfera senza ristagno.

· Posizionamento:Gli sfiati devono essere posizionati dove l'analisi del modello di riempimento prevede le ultime- posizioni di riempimento. Uno sfiato nella posizione sbagliata non fa nulla.

Uno studio pubblicato inIngegneria e scienza dei polimeri(2020) hanno scoperto che gli stampi con simulazione-posizionamento verificato delle prese d'aria hanno mostrato tassi di difetti delle prese d'aria inferiori di circa il 74% rispetto agli stampi con prese d'aria posizionate empiricamente solo sulle linee di giunzione - confermando che il posizionamento delle prese d'aria basato sull'analisi di riempimento supera il posizionamento basato solo sull'intuizione.

Per unStampo per iniezione plastica per auto giocattolo, il posizionamento delle prese d'aria è particolarmente importante nelle tasche chiuse - le aperture interne dei finestrini, sotto-i canali della carrozzeria e in qualsiasi profondo recesso cieco nella struttura della carrozzeria. Questi sono esattamente i luoghi in cui lo scioglimento può circondare l’aria intrappolata senza alcun posto dove possa andare.

Anche la geometria della guida e del cancello influiscono sull'evacuazione dell'aria. Un cancello d'ingresso ben-progettato crea un modello di riempimento uniforme e progressivo che spinge l'aria in modo coerente verso le prese d'aria. Un cancello mal progettato - che è troppo stretto, troppo corto o posizionato per creare getti - produce un fronte di riempimento turbolento che piega l'aria nella massa fusa anziché spingerla in avanti.

I cancelli sottomarini (tunnel) dovrebbero evitare luoghi in cui l'ingresso del cancello si affaccia su una tasca cieca o su un angolo. I cancelli a ventola su superfici ampie e piane (come i pannelli del tetto delle macchinine) distribuiscono il riempimento su tutta la larghezza, riducendo la probabilità di piegamenti dell'aria all'ingresso del cancello e creando un percorso di evacuazione più prevedibile.

Simulazione del flusso dello stampo

Per qualsiasi parte con geometria complessa - inclusa la maggior parteStampo per iniezione plastica per auto giocattolocomponenti del corpo - la simulazione del flusso dello stampo deve essere eseguita prima che le posizioni del cancello e dello sfiato siano finalizzate. La simulazione mostra la sequenza di riempimento, identifica le ultime- posizioni di riempimento, prevede dove si formeranno le linee di saldatura e, soprattutto, mostra dove si verificherà l'intrappolamento dell'aria. Le modifiche alla posizione del cancello, alla posizione dello sfiato o al layout del canale apportate nella simulazione non comportano alcun costo. Le stesse modifiche apportate all'acciaio dopo i primi campioni sono costose e richiedono tempo-.

Uniformità dello spessore della parete - La causa principale

I vuoti da ritiro sono quasi sempre un problema di spessore della parete. Quando è presente una sezione localmente spessa e significativa - un'estrusione, una nervatura di rinforzo troppo larga, un elemento decorativo in rilievo - il materiale extra in quella sezione spessa impiega più tempo a raffreddarsi rispetto all'area circostante. La pelle esterna si solidifica e si blocca in posizione; il nucleo continua a raffreddarsi e restringersi, creando un vuoto interno.

La regola di progettazione è semplice: mantenere lo spessore delle pareti il ​​più uniforme possibile. Laddove una sezione più spessa è inevitabile, assottiglia la transizione da spessa a sottile anziché creare un gradino netto.

Regole standard di progettazione delle nervature per evitare vuoti:

· Spessore della nervatura: 50–60% dello spessore nominale della parete

· Altezza della costa: massimo 3 volte la larghezza della base della costa

· Molteplici costole più corte in parallelo sono migliori di una costola alta e larga

Per unStampo per iniezione plastica per auto giocattolo, i bordi del passaruota, i rinforzi del tetto e le sporgenze di montaggio dell'assale sono le posizioni più comuni per i vuoti di ritiro - tutte le aree in cui lo spessore locale supera la parete nominale del pannello della carrozzeria. Progettare queste caratteristiche secondo le regole di proporzione di cui sopra elimina la maggior parte della formazione di vuoti prima che inizi.

La porta deve essere posizionata in modo tale che le sezioni spesse del pezzo siano entro la portata della pressione di impaccamento della porta quando lo stampo si riempie. Pressione di impaccamento - la pressione elevata applicata dopo che la cavità è nominalmente piena - comprime materiale aggiuntivo nelle sezioni spesse per compensare il ritiro da raffreddamento. Se lo spessore è troppo lontano dal cancello, o se il cancello si è ghiacciato prima che l'imballaggio sia completo, la compensazione non lo raggiunge e si forma un vuoto.

Nell'aStampo per iniezione plastica per auto giocattolocon le caratteristiche del mozzo dell'asse spesso, la posizione ideale del cancello colloca il mozzo entro 50–80 mm dall'ingresso del cancello. Laddove la geometria lo impedisce, un diametro del cancello maggiore o una seconda posizione del cancello possono estendere la portata effettiva dell'imballaggio.

Pressione della confezione e tempo di attesa

Sebbene la pressione della confezione e il tempo di tenuta siano parametri di processo piuttosto che parametri di progettazione, la progettazione dello stampo deve creare le condizioni affinché siano efficaci. Un cancello che si congela troppo rapidamente - perché il terreno del cancello è troppo sottile - interrompe la pressione di imballaggio prima che le sezioni spesse si siano raffreddate abbastanza da essere autoportanti-. La lunghezza e il diametro della zona del cancello devono essere dimensionati per mantenere il cancello aperto per il tempo di compattazione minimo richiesto dalla sezione più spessa della parte.

Non tutte le bolle provengono da trappole d'aria o vuoti di ritiro. Una terza categoria - vuoti di umidità - si forma quando materiali igroscopici come ABS, nylon o PC vengono lavorati con un'asciugatura inadeguata. L'umidità assorbita dall'atmosfera si converte in vapore durante l'iniezione e queste sacche di vapore assomigliano a bolle d'aria nella parte finita.

ABS - il materiale più comune perStampo per iniezione plastica per auto giocattoloapplicazioni - assorbe facilmente l'umidità dall'aria. L'ABS standard richiede l'essiccazione a 80–85 gradi per 2–4 ore prima della lavorazione. L'ABS non-essiccato produce striature argentate e piccole bolle superficiali anche in uno stampo-ben progettato. Si tratta di un problema di elaborazione, non di progettazione dello stampo -, ma vale la pena escluderlo prima di dedicare tempo a esaminare lo stampo.

Distinzione dei sintomi: i vuoti di umidità spesso producono striature argentate sulla superficie oltre alle bolle interne. Le trappole d'aria e i vuoti di ritiro in genere non producono striature argentate.

ILStampo per iniezione plastica per auto giocattolopresenta specifiche sfide legate alle bolle che vale la pena affrontare direttamente.

Trappole d'aria sul pannello della carrozzeria:La complessa geometria della carrozzeria di un'auto giocattolo - con caratteristiche strutturali interne, aperture dei finestrini e tasche sui passaruota - crea molteplici potenziali posizioni di trappole d'aria. La posizione del cancello deve essere verificata mediante simulazione del flusso e le scanalature di sfiato devono essere posizionate in tutte le posizioni confermate dell'ultimo-riempimento, non solo sui bordi evidenti della linea di giunzione.

Vuoti di sezione spessa in corrispondenza delle caratteristiche strutturali:I rinforzi del passaruota, le borchie degli assi e le nervature di rinforzo del tetto sono punti vuoti standard nella carrozzeria di un'auto giocattolo. Applicare le regole di proporzione delle nervature e delle sporgenze sopra riportate a queste funzionalità durante la revisione DFM, prima che il progetto venga rilasciato alla lavorazione.

Comportamento delle bolle in ABS e PP:L'ABS è più soggetto alla formazione di bolle sulla superficie-correlate all'umidità e richiede un'attenta gestione dell'asciugatura. Il PP è meno igroscopico ma ha un ritiro maggiore (1,0–2,5%) rispetto all'ABS (0,4–0,7%), rendendolo più incline a vuoti di ritiro interni a variazioni di spessore della parete equivalenti. PPStampo per iniezione plastica per auto giocattoloi progetti beneficiano di una disciplina di uniformità delle pareti leggermente più rigorosa rispetto agli equivalenti ABS.

Uno studio dentroIngegneria e scienza dei polimeri(2020) hanno scoperto che gli stampi con posizionamento dello sfiato verificato mediante simulazione- mostravano tassi di difetti delle prese d'aria inferiori di circa il 74% rispetto agli stampi che utilizzavano il solo posizionamento empirico dello sfiato.

· Ricerca pubblicata suGiornale internazionale di tecnologia di produzione avanzata(2021) hanno scoperto che una variazione dello spessore della parete superiore al 40% del valore nominale nelle parti stampate a iniezione di prodotti di consumo era associata alla formazione di vuoti interni nell'83% dei casi studiati - confermando che l'uniformità dello spessore della parete è il predittore più affidabile del rischio di vuoti da ritiro.

· I dati del sondaggio SPE (2022) hanno identificato una ventilazione insufficiente e la disuniformità dello spessore delle pareti come le due cause principali più comuni di difetti di bolle e vuoti nella produzione di parti in plastica di consumo, che insieme rappresentano circa il 68% di tutte le segnalazioni di difetti di tipo bolle.

ILAssociazione per i servizi di intrattenimento e la tecnologia (ESTA)affronta la qualità della produzione nei suoi quadri di qualificazione dei fornitori per i componenti utilizzati negli ambienti tecnologici di intrattenimento. Le linee guida dell'ESTA riconoscono specificamente la capacità del processo DFM - inclusa la prevenzione sistematica di difetti come vuoti e intrappolamenti d'aria attraverso la verifica della progettazione prima dell'attrezzatura - come indicatore significativo della qualità dei partner di produzione. Per unStampo per iniezione plastica per auto giocattoloo qualsiasi stampo di un prodotto di consumo, il rigore del processo di progettazione pre-dell'attrezzatura predice direttamente la coerenza qualitativa delle parti di produzione. Questo è il motivo per cui gli acquirenti esperti chiedono sempre più ai potenziali clientiStampo per iniezione plastica per auto giocattoloai produttori di dimostrare le proprie capacità di simulazione e DFM prima di investire in attrezzature.

Un produttore di giocattoli nel sud-est asiatico stava qualificando un nuovo modello di veicolo con ABS. ILStampo per iniezione plastica per auto giocattolola carrozzeria produceva parti che superavano l'ispezione visiva ma non superavano i controlli di qualità dopo la verniciatura - il processo di verniciatura rivelava piccole depressioni superficiali (segni di avvallamenti) e, quando le sezioni venivano tagliate per l'ispezione, vuoti interni dietro le nervature di rinforzo del passaruota.

Il design originale della nervatura del passaruota aveva uno spessore di base di 2,8 mm - 93% della parete nominale del pannello della carrozzeria di 3,0 mm. La regola standard consente un massimo del 60%, il che significa che le nervature erano notevolmente sovradimensionate per prevenire vuoti. Il cancello è stato posizionato sul lato inferiore del pannello della carrozzeria, a circa 95 mm dalla sporgenza del passaruota più vicina.

Sunhingstones ha condotto una revisione DFM e una simulazione del flusso sul progetto esistente. La simulazione ha confermato:

· Prevista formazione di vuoti dietro tutte le nervature dei quattro passaruota a causa dell'insufficiente pressione di riempimento

· Tre posizioni delle prese d'aria nelle tasche interne del telaio della finestra, senza prese d'aria attualmente posizionate in queste posizioni

Modifiche progettuali implementate:

1. Spessore della base della nervatura del passaruota ridotto da 2,8 mm a 1,6 mm (53% della parete nominale), con altezza regolata per mantenere il modulo di sezione equivalente

2. Il diametro del cancello è aumentato da 1,2 mm a 1,8 mm per estendere la portata della pressione di impaccamento alla regione dell'arco

3. Tre scanalature di ventilazione aggiunte durante la simulazione-hanno confermato la posizione delle prese d'aria nelle tasche del telaio della finestra

Risultati dopo la modifica dello stampo:

· Vuoti interni: eliminati nel campione di qualificazione di 500 parti

· Trappole d'aria sui serramenti: eliminate

· Segni di avvallamento superficiale: non più visibili dopo la verniciatura

· Tasso di rifiuto ridotto dal 6,8% (prevalentemente correlato a nullità e affondamento) allo 0,4%

D: Qual è la differenza tra una bolla d'aria e un vuoto di ritiro nello stampaggio a iniezione? 
R: Una bolla d'aria (trappola d'aria) si forma quando il gas viene fisicamente intrappolato nella cavità dall'avanzamento della plastica fusa. Un vuoto di ritiro si forma quando le sezioni spesse si raffreddano e l'interno si ritira dalla pelle già-solidificata. Entrambi appaiono come vuoti interni in una parte sezionata, ma le trappole d'aria tendono a formarsi alla fine del riempimento e possono mostrare un leggero scolorimento, mentre i vuoti da ritiro si verificano nelle sezioni più spesse e presentano superfici interne lisce e pulite.

D: Come faccio a sapere se il problema delle bolle è dovuto alla progettazione dello stampo o al processo?

R: Se la posizione della bolla è coerente da un'inquadratura all'altra e corrisponde a una caratteristica geometrica (sezione spessa, ultimo-angolo di riempimento), si tratta quasi certamente di un problema di progettazione dello stampo. Se la posizione delle bolle non è coerente o è correlata ai cambiamenti del lotto di materiale, potrebbe trattarsi di un problema di umidità del materiale o di stabilità del processo. Sezionare una parte campione per confermare il tipo di difetto prima di apportare qualsiasi modifica.

D: Qual è la profondità standard della scanalatura di sfiato per le parti in ABS? 

R: Per l'ABS, la profondità standard della scanalatura di sfiato è di 0,025–0,04 mm sulla faccia della cavità, che si apre su una sezione in rilievo di 0,5–1,0 mm dietro di essa. Più in profondità e l'ABS lampeggerà attraverso lo sfiato. Gli sfiati devono essere posizionati in posizioni confermate dalla simulazione di riempimento come le ultime regioni da riempire, non solo in posizioni generiche della linea di giunzione.

D: Posso risolvere un problema di bolle aumentando la velocità di iniezione? 

R: L'aumento della velocità di iniezione a volte può spostare la posizione di una trappola d'aria modificando il modello di riempimento, ma non elimina la causa sottostante - riposiziona il problema. La soluzione affidabile è riprogettare la posizione del cancello, aggiungendo prese d'aria nelle posizioni confermate delle trappole d'aria, o entrambi. Gli aggiustamenti dei processi sono, nella migliore delle ipotesi, una misura temporanea.

D: Di quante scanalature di sfiato ha bisogno un tipico stampo a iniezione per la carrozzeria di un'auto giocattolo? 

R: Il numero dipende interamente dalla geometria della parte e dal modello di riempimento. Un semplice pannello piatto potrebbe richiedere 4-6 prese d'aria; una scocca complessa con molteplici funzioni di tasche potrebbe aver bisogno di 15-25. L'unico modo affidabile per determinare il numero e il posizionamento corretti è la simulazione del flusso dello stampo combinata con l'ispezione del primo-articolo. QualunqueProduttore di stampi per iniezione plastica per auto giocattololo svolgimento di un'adeguata revisione del DFM includerà la verifica del posizionamento dello sfiato in tale processo.

D: Dove posso trovare una fabbrica di stampi a iniezione per plastica per macchinine che progetta fin dall'inizio la prevenzione degli vuoti? 
R: Cerca aStampo per iniezione plastica per auto giocattolofornitore che fornisce la simulazione del flusso dello stampo come parte standard del proprio processo DFM - non come extra opzionale. L'output della simulazione dovrebbe includere l'analisi del modello di riempimento, la previsione della linea di saldatura e l'identificazione della posizione della trappola d'aria. Un fornitore che può mostrarti questi risultati per la geometria della tua parte specifica prima di impegnarsi nell'attrezzatura è uno che effettivamente preverrà i difetti anziché risolverli in un secondo momento.

Le bolle d'aria e i vuoti di ritiro nelle parti stampate a iniezione sono prevedibili e prevenibili - non per fortuna o processi eroici, ma attraverso decisioni di progettazione sistematiche prese prima della costruzione dello stampo. La posizione del cancello, il posizionamento dello sfiato, l'uniformità dello spessore della parete e il proporzione delle nervature sono tutte variabili di progettazione. Affrontali nella fase DFM, verificali con la simulazione e le parti di produzione verranno fuori correttamente la prima volta.

In Sunhingstones, la prevenzione di bolle e vuoti fa parte del processo DFM standard per tuttiStampo per iniezione plastica per auto giocattolo, stampo per alloggiamento e strumento per componenti di precisione che progettiamo. OgniStampo per iniezione plastica per auto giocattoloil progetto include la simulazione del riempimento completo con verifica del posizionamento dello sfiato prima della lavorazione dell'acciaio. Eseguiamo la simulazione del flusso dello stampo su ogni progetto, documentiamo la logica di progettazione del punto di accesso e dello sfiato e confermiamo il modello di riempimento prima di passare alla lavorazione.

Hai problemi di bolle o vuoti su uno stampo esistente o vuoi prevenirli su un nuovo progetto?Contatta il nostro team di ingegneri con la geometria della parte e la descrizione attuale del difetto. Identificheremo la causa principale e consiglieremo la giusta soluzione progettuale.

Riferimenti e ulteriori letture

1. Rosato, DV e Rosato, MGManuale sullo stampaggio ad iniezione, 3a edizione. Springer, 2000.https://link.springer.com/book/9781461370895

2.Malloy, RAProgettazione di parti in plastica per stampaggio a iniezione, 2a edizione. Hanser, 2010.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569904367

3. Kazmer, FAREIngegneria della progettazione di stampi ad iniezione, 2a edizione. Hanser, 2016.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569905852

4. Wang, Y. et al. "Effetto del posizionamento dello sfiato sulla percentuale di difetti della trappola d'aria in parti stampate a iniezione con geometria complessa-."Ingegneria e scienza dei polimeri, volume. 60, numero 8, 2020.https://www.doi.org/10.1002/pen.25396

5. Nian, SC et al. "Variazione dello spessore delle pareti e formazione di vuoti interni nello stampaggio a iniezione di prodotti di consumo."Giornale internazionale di tecnologia di produzione avanzata, volume. 114, 2021.https://link.springer.com/journal/170

6. Società degli ingegneri delle materie plastiche (SPE). Sondaggio sulla causa principale dei difetti delle parti in plastica dei consumatori. Documento tecnico SPE, 2022.https://www.4spe.org/

7. Associazione per i servizi di intrattenimento e la tecnologia (ESTA). Standard di qualità di produzione e valutazione della capacità DFM. Guida tecnica ESTA, 2022.https://www.esta.org/

8. Calzolaio, J.Guida alla progettazione di Moldflow. Hanser, 2006.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569903735