Mitä eroa on upotusmuovauksen ja päällysmuovauksen välillä?

Kaksi prosessia, samanlaiset nimet, täysin erilainen suunnittelulogiikka. Meiltä kysytään tätä kysymystä tarpeeksi usein, jotta se ansaitsee kunnollisen teknisen kirjoituksen kuin tavallista muualta löytyvää markkinointia.

 

Insert-muotti asettaa muottiin esi-valmistetun osan (metalli, keraaminen, joskus esi-muovattu muovi) ennen ruiskutusta. Päällemuovauksella asetetaan toinen muovikerros olemassa olevan muoviosan päälle. Se on yhden-lauseen versio. Kaikki muu-työkalupäätökset, aineellinen päänsärky, vikatilat-saavat tästä perustavanlaatuisesta erosta.

Mistä hämmennys tulee

Molemmilla prosesseilla luodaan monia{0}}materiaaleja. Molemmat käyttävät ruiskuvalulaitteita. Molemmat niputetaan yhteen toimittajien kykyluetteloissa. Mutta tekniset näkökohdat eroavat melkein välittömästi.

Muovaussopimukset metallin{0}}muovi{1}}liitäntöjen kanssa. Kemiallista sidosta ei ole olemassa. Luotat täysin geometrisiin-uurteisiin, reikiin, alaleikkauksiin-lisäkkeen mekaaniseen lukitsemiseen. Muovi kutistuu metallin ympärillä jäähtyessään, mikä luo pitoa, mutta aiheuttaa myös ongelmia, joihin puutumme myöhemmin.

Overmolding käsittelee muovista{0}}muoviin{1}}muovirajapintoja. Kun materiaalien yhteensopivuus on olemassa, saat todellisen molekyylien välisen diffuusion rajalla. TPE-ketjut ja substraattiketjut sekoittuvat, kun molemmat pinnat ovat lasisiirtymän yläpuolella. Oikein tehtynä sidoslujuus ylittää materiaalin lujuuden,{5}}repäisit TPE:n ennen kuin irrotat sen.

Polymeerimuottien lämpötodellisuus

Ennen kuin pääset prosessin yksityiskohtiin, on taustalla, joka kannattaa ymmärtää näiden sovellusten lämmönsiirrosta.

Bielefeldin ammattikorkeakoulun tutkimus osoitti jotain, mikä yllättää ihmiset, jotka eivät tunne polymeerityökaluja: kun ruiskutat ABS:ää ABS-muottipesään, kosketuslämpötila saavuttaa noin 145 astetta. Sama ruiskutus terästyökaluihin? Kosketuslämpötila pysyy noin 62-70 astetta.

Miksi tällä on väliä: jäähdytysaika skaalautuu dramaattisesti ontelomateriaalin myötä. Teräsmuotin jäähdytys kestää noin 12 sekuntia tyypillisillä seinäosilla. Polymeeriontelo? 680 sekuntia. Lämmöllä ei yksinkertaisesti ole minne mennä-lämmönjohtavuus on liian alhainen tavanomaisten jäähdytyskanavien toimintaan.

Tämä tutkimus johti ulkoiseen jäähdytysmenetelmään, jossa käytetään vesihauteessa upottamista ulostyönnön jälkeen, mikä lyhensi syklin ajat noin 62 sekuntiin ja lämpötilan pudotukset olivat 16-39 astetta. SPM (Space Puzzle Mold) -tekniikka mahdollistaa moniosaisten onteloiden työntämisen työkappaleen mukana, jäähdyttämisen ulkopuolelta ja kierrättämisen sitten takaisin sisään. Tuotantosarjat 165 osaa ja 80 sykliä eräsarjaa kohden eivät osoittaneet ulkoisia vaurioita työkaluissa.

Mainitsemme tämän, koska työkalujen lämpökäyttäytyminen vaikuttaa sekä terän muovaukseen että päällemuovaukseen, ja useimmat tekniset keskustelut ohittavat taustalla olevan fysiikan kokonaan.

Muistilista: mitä todella tapahtuu

Metalliset sisäosat menevät muottiin. Muovi virtaa niiden ympärillä. Osa työntyy ulos. Konseptiltaan riittävän yksinkertainen.

Kuuden{0}}vaiheen erittely:

Valmistelu.Sisäosat tarkastetaan, puhdistetaan ja joskus pintakäsitellään{0}}. Messinki hallitsee kierteitetyissä sovelluksissa-hyvä työstettävyys, kunnollinen korroosionkestävyys, ennustettava käyttäytyminen. Ruostumaton teräs ankariin ympäristöihin. Alumiinia, kun painolla on väliä. Pintaominaisuudet (pyälletyt, kehäurat, läpi-reiät) on suunniteltu maksimoimaan mekaaninen pysyvyys.

Ladataan. Manuaalinen sijoittelu toimii pienillä äänenvoimakkuuksilla. Pystypuristimet tekevät tästä helpompaa, koska painovoima auttaa eikä taistele. Suuremmat volyymit oikeuttavat automaattisen lataus-robottien, kulhojen syöttölaitteiden, poiminta-ja-paikoitusjärjestelmien. Kiinnityksen on pysyttävä asennossa ruiskutuspainetta vastaan, mikä tulee huomattavaksi.

Esilämmitys. Usein ohitetaan, usein katuu. Metalli johtaa lämpöä aggressiivisesti. Huone-muottiin pudotettu messinki toimii jäähdytyselementtinä, jäähdyttää paikallisesti sulatetta, lisää viskositeettia ja luo heikkoja hitsauslinjoja. Esilämmitys ~100 asteeseen korjaa tämän. Mutta on toinen syy, miksi ihmiset kaipaavat: lämpölaajeneminen. Lämmitetty sisäosa laajenee. Kun kokoonpano jäähtyy, sisäosa ja muovi kutistuvat yhteen, mikä pienentää jäännösjännityseroa.

Injektio.Vakioruiskuvaluparametrit koskevat -sulamislämpötilaa, ruiskutusnopeutta, pakkauspainetta ja jäähdytysaikaa. Portin sijainnilla on tavallista suurempi merkitys, koska ohjaat virtauksen esteen ympärille.

Jäähdytys. Luonteeltaan epätasainen. Metalli jäähtyy nopeammin kuin muovi. Käyttöliittymä näkee lämpögradientteja, joita ei ole yksittäisen-materiaalin muovauksessa.

Poisto ja tarkastus.Paikan vahvistus, ulosveto{0}}testaus, jos määritetty, mittatarkistukset. Silmämääräinen tarkastus havaitsee ilmeiset ongelmat; hienovaraiset näkyvät myöhemmin.

Vanteen stressiongelma

Tämä ansaitsee oman osansa, koska se on vikatila, joka saa ihmiset kiinni.

Muovi kutistuu jähmettyessään. Tyypilliset kutistumisnopeudet: ABS 0,4-0,7%, PP 1,0-2,5%, POM 1,8-2,5%. Kun muovi kutistuu metallisisäkkeen ympärillä, joka ei kutistu samalla nopeudella, muoviin kehittyy kehän vetojännitys. Tämä stressi ei rentoudu. Se on sisäänrakennettu osaan pysyvästi.

Lasku on suoraviivainen:

Asetaalille (POM), jonka kutistuminen on 2,5 % ja moduuli noin 2 600 MPa, renkaan jännitys on noin 52 MPa. Se on noin 75 % POM:n äärimmäisestä vetolujuudesta. Ei mukava marginaali. (kaysun.com/blog/material-behavior-hoop-stress-ja-creep)

Tämä selittää viivästyneen halkeiluilmiön{0}}osat läpäisevät ensimmäisen tarkastuksen, toimitetaan asiakkaille ja murtuvat viikkoja tai kuukausia myöhemmin, kun materiaali hiipii jatkuvan jännityksen alaisena.

Suunnittelun lievennys: riittävä seinämän paksuus sisäosien ympärillä (yläpinnan ulkohalkaisijan tulee olla 1,5-2× sisähalkaisija), materiaalin valinta, joka suosii pienempää kutistumista ja moduulia, jännityksenpoistogeometria ja aiemmin mainittu esilämmitysvaihe.

CTE-epäsopivuus ja lämpökierto

Liittyy, mutta eroaa vanteen jännityksestä: lämpölaajenemiserojen kerroin.

Tyypilliset arvot:

• Muovit: 50-80 ppm/aste
• Messinki: ~19 ppm/aste
• Alumiini: ~24 ppm/aste
• Teräs: 10-13 ppm/aste

Ero 40+ ppm/aste tarkoittaa, että muovi laajenee ja supistuu huomattavasti enemmän kuin metalli kullakin lämpötilajaksolla. Sovelluksissa, jotka näkevät lämpöpyöräilyä-autojen aluspellit, ulkovarusteet, kaikki, joissa on päälle/pois lämmitys-, tämä ero aiheuttaa syklistä käyttöliittymää.

Dokumentoitu tapaus insinöörifoorumeilta (eng{0}}tips.com): messinkiset sisäosat 30 % lasi-täytteisessä nailonissa, läpäissyt alkupainetestin 120 psi:llä, vuotanut lämpötilan 80 asteen kierron jälkeen. Lämpölaajenemishäiriö avasi käyttöliittymän. Testin jälkeinen-analyysi osoitti halkeaman alkamisen jännityspitoisuuksilla insertin pinnalla.

Korjaus tässä tapauksessa ei ollut prosessin säätö-se oli suunnittelun muutos. Toissijainen tiiviste (O-rengas, elastomeeritiiviste) tai uusittu liitännän geometria. Pelkästään muottipuristus ei voi taata kaasutiivistä-tiivistystä, kun kyseessä on lämpökierto, riippumatta siitä, kuinka täydellinen valuprosessi on.

Päällemuovaus: prosessiversiot

On olemassa kolme lähestymistapaa, joilla kullakin on erilaiset taloudelliset ja laatuvaikutukset.

Aseta päällemuotti (siirtomuovaus).Esivalettu alusta asetetaan toiseen muottiin. TPE tai muu muottimateriaali ruiskutetaan sen päälle. Käyttää tavallisia yhden laukauksen-varusteita. Työvaltainen-alustan manuaalisen lataamisen vuoksi. Taloudellinen alle ~250 000 vuosiyksikköä riippuen työvoimakustannuksista. Liimauksen laatu riippuu suuresti alustan lämpötilasta ylimuovauksen aikana{10}}kylmä alusta tarkoittaa heikompaa rajapintojen sidosta.

Kaksi-kuoppausta (moni-laukaus).Erikoisvarusteet useilla tynnyreillä. Ensimmäinen materiaali ruiskutetaan, muotti pyörii tai liukuu, toinen materiaali ruiskutetaan samassa syklissä. Substraatti pysyy lämpimänä laukausten välillä, mikä maksimoi molekyylien välisen diffuusion rajapinnassa. Paras sidoksen laatu. Korkeat työkalu- ja laitekustannukset. Taloudellinen yli ~250 000 vuosiyksikköä.

ko-injektio.Molempien materiaalien samanaikainen ruiskutus. Rajoitetut sovellukset. Ei yleisesti käytetty ylimuovaukseen perinteisessä mielessä.

250 000 yksikön kynnys on likimääräinen. Työllisyysaste vaikuttaa laskelmaan merkittävästi. Noin 4 dollaria/tunti työskentelyn aikana teräpäällystys on taloudellinen suuremmilla määrillä. Hinta 30 $/tunti kahdesta-laukauksesta tulee houkuttelevampi nopeammin.

Materiaalien yhteensopivuus-osa, joka aiheuttaa vikoja

Kemiallinen sidos ylimuotin ja alustan välillä vaatii molekyylien yhteensopivuutta. Yhteensopivuuskaaviot ovat olemassa, mutta ne eivät kerro koko tarinaa.

Käsittelyparametrit vaikuttavat sidoksen laatuun oleellisesti. TPE-sulatuslämpötilasuositukset materiaalitoimittajilta (teknorapex.com):

• PP-substraatin päällä: 170-190 astetta
• ABS-alustan päällä: 220 astetta
• PA-substraatin päällä: 240 astetta

Korkeampi sulamislämpötila edistää rajapinnan lämmönsiirtoa ja molekyylien liikkuvuutta. Ruiskutusnopeuden tulee olla nopea lämpötilan ylläpitämiseksi täytön aikana. Ylimuotin paksuus alle 1,5 mm aiheuttaa ongelmia-materiaalin jäätymisessä ennen kuin riittävä liimaus kehittyy.

Vikatilan diagnostiikka:Kun testaat tarttuvuutta (kuorimistesti, leikkauskoe), tarkasta vauriopinta. Puhdas erotus rajapinnassa=liimavirhe=sidos on heikko kohta=prosessi- tai materiaaliongelma. TPE repeytyy itsessään jättäen jäännöksen molemmille pinnoille=koheesiovaurio=sidos ylittää materiaalilujuuden=hyväksyttävän.

Tapaustutkimus kontaminaatiosta

PlasticsToday dokumentoi vikaanalyysin, joka kannattaa tietää. Nupit on valmistettu 30 % lasi-täytteisestä PP-substraatista elastomeerilla. Tuotanto oli sujunut hyvin, sitten erässä ei ollut adheesiota-TPE kuoriutui kokonaan pois.

DSC-analyysi paljasti, että "PP"-substraatti sisälsi 40-60 % nailon 6 -kontaminaatiota. Materiaali sekoittui jossain vaiheessa ylävirtaan. PP:lle formuloidulla elastomeerilla ei ollut kemiallista affiniteettia nailonille.

Ilmoitus: osan paino. 30% GF-nailonin tiheys on 1,35 g/cm³. 30% GF PP tiheys on 1,13 g/cm³. Painon tarkistus olisi huomannut tämän ennen ylimuovausta.

Saapuvan materiaalin todentaminen on tärkeää. Varsinkin kierrätetyn sisällön tai useiden toimittajien kanssa.

Suunnittelusäännöt, jotka jätetään huomiotta

Eri teollisuuden lähteistä ja tuotantokokemuksesta:

Muovaamiseen:

• Pohjan ulkohalkaisija suurempi tai yhtä suuri kuin 1,5 × terän halkaisija (2 × suositeltava korkean -jännityksen sovelluksissa)
• Aseta ulkonema onteloon, joka on suurempi tai yhtä suuri kuin 0,4 mm (0,016")
• Valettu syvyys sisäosan alapuolella Suurempi tai yhtä suuri kuin 1/6 sisäosan halkaisija (estää uppoamisjäljet)
• Vältä sisäosien teräviä kulmia{0}}jännityskeskittimet nopeuttavat halkeilua
• Harkitse sisäosan esilämmitystä vakiokäytäntönä, ei valinnaisena

Päällemuovausta varten:

• TPE:n vähimmäispaksuus 1,5 mm luotettavaa kiinnitystä varten
• Sisäkulman säteet Suurempi tai yhtä suuri kuin 0,5× seinämän paksuus
• Vältä ohuita osia, jotka jäätyvät ennen täyttämistä
• Teksturoidut alustapinnat parantavat mekaanista tarttuvuutta
• Portin sijainti minimoida substraatin uudelleenkuumeneminen herkillä alueilla

Nämä dokumentoidaan, sisällytetään suunnitteluohjeisiin ja jätetään huomiotta, kun aikataulupaine osuu. Ongelmat näkyvät tuotannossa tai mikä pahempaa, kentällä.

Toimittajan pätevyyskysymykset

Arvioitaessa näiden prosessien toimittajia, yleinen ISO-sertifiointitarkastus ei kerro paljon. Erityiskysymykset ovat tärkeämpiä.

Muovaamiseen:

• Millaisen paikkatoleranssin Cpk saavutat insertin sijainnissa? (Alle 1,33 on huolestuttavaa)
• Kuvaile sisäosan esilämmitysprosessia. Mikä lämpötila? Kuinka varmistettu?
• Onko sinulla ollut myöhästymisongelmia? Mikä oli perimmäinen syy ja ratkaisu?
• Kuinka käsittelet erilaisia ​​CTE-materiaaleja?

Päällemuovausta varten:

• Kuinka hyväksyt uudet alusta/päällysmuottiyhdistelmät?
• Mikä on sidoksen lujuuden testausprotokollasi? Näytä tiedot.
• Kuinka hallitset alustan lämpötilaa ylimuottiruiskutuksessa?
• Mikä on pintakontaminaation ehkäisymenetelmäsi?

Molemmille:

• Käy läpi DFM-arvostelu, jonka hylkäsit. Mitä sait kiinni?
• Kuvaile ratkaisemaasi tuotantoongelmaa. Mikä muuttui?
• Mikä on sinun lähestymistapasi, kun lainattu suunnittelu ei toimi?