사출 금형 설계가 플라스틱 부품의 기포와 공극을 어떻게 방지합니까?

솔루션에 대해 이야기하기 전에 실제로 다루고 있는 것이 무엇인지 정확하게 아는 것이 좋습니다. 생산 과정에서 "거품"이라고 불리는 근본적으로 다른 두 가지 결함이 있으며, 근본 원인은 반대입니다.

에어트랩사출 전에 이미 금형 캐비티 내부에 있던 가스 - 공기 또는 플라스틱 용융물 자체에서 생성된 가스 -가 탈출할 수 없는 위치에 갇혀 있을 때 형성됩니다. 플라스틱이 주변을 채우면서 갇힌 가스가 눈에 보이는 빈 공간이나 표면 기포를 만듭니다. 에어 트랩은 모서리, 블라인드 포켓 또는 충전 패턴으로 인해 두 개의 용융 선단이 만나서 그 사이에 공기가 갇히게 되는 모든 곳의 흐름 끝({4}})에 나타나는 경향이 있습니다.

수축 공극반대의 이유로 형성됩니다. 가스가 너무 많아서가 아니라 플라스틱이 충분하지 않기 때문입니다. 부품의 두꺼운 부분이 냉각되면 외부 스킨이 먼저 굳어져 제자리에 고정됩니다. 아직-용해된 내부가 계속 냉각되고 수축되면서 피부에서 멀어지면서 내부 공극이 생성됩니다. 수축 공극은 리브 뒤, 보스 내부, 두꺼운 벽 전환 부분의 부품 -에서 가장 두꺼운 부분에 나타납니다.

당신의 유형을 진단해보세요:

· 거부된 부분을 자르거나 분할합니다. 변색 없이 부드럽고 둥근 내부 공동이 있는 경우 수축 공극일 가능성이 높습니다. 기포 위치에 약간의 화상이나 변색이 있는 경우 공기 또는 가스 문제가 갇혔을 가능성이 높습니다.

· 위치 패턴을 확인하세요. 수축 공극은 항상 동일한 두꺼운 단면에서 일관됩니다-. 에어 트랩은 위치가 더 다양할 수 있지만 채우기 끝이나 특정 형상 특징에 클러스터되는 경향이 있습니다.

수정을 시도하기 전에 올바른 진단을 받는 것이 중요합니다. - 에어 트랩과 수축 보이드에 대한 솔루션은 매우 다르며, 잘못된 문제에 잘못된 수정을 적용하면 시간과 비용이 낭비됩니다.

게이트 위치 및 채우기 패턴

플라스틱이 게이트에서 흘러 전체 캐비티를 채우는 방식 - 채우기 패턴 -은 에어 트랩이 형성될 위치와 형성 여부를 결정하는 주요 변수입니다.

플라스틱이 캐비티를 채울 때, 플라스틱은 캐비티 앞쪽의 공기를 금형 끝쪽으로 밀어냅니다. 채우기 패턴이 잘 디자인된 경우-공기는 분리선과 통풍구 홈 쪽으로 점차적으로 밀려 빠져나가게 됩니다. 채우기 패턴이 잘못 설계되면 플라스틱이 한 경로에서 다른 경로보다 빠르게 이동하고 다시 두 배로 늘어나 주머니에 공기를 가두는 "경주 추적"-이 발생할 수 있습니다.

게이트 위치는 채우기 패턴 제어를 위한 가장 중요한 결정입니다. 복잡한 부품의 가장 얇은 부분이나 내부 기능이 있는 부품의 반대쪽에 게이트를 배치하면 에어 트랩이 거의 보장됩니다. 금형 흐름 시뮬레이션을 사용하여 충전 패턴을 모델링하고 게이트 위치가 확정되기 전에 갇힌 공기 위치를 식별해야 합니다.

에 대한장난감 자동차 플라스틱 사출 금형내부 창틀, 도어 홈 및 휠 아치 기능을 포함하는 차체 패널의 경우 채우기 패턴이 복잡합니다. 게이트는 열린 패널 부분을 먼저 채우고 용융물이 닫힌 포켓에 도착할 때 닫힌 포켓에서 공기가 빠져나갈 수 있도록 위치해야 합니다.

벤팅은 에어 트랩에 대한 가장 직접적인 기계적 솔루션입니다. 벤트 홈은 금형이 채워질 때 갇힌 공기가 빠져나갈 수 있도록 금형의 분할선 표면에 기계 가공된 얕은 채널입니다. 문제는 통풍구가 공기를 배출할 수 있을 만큼 충분히 넓고 깊어야 하지만, 플라스틱이 흘러 들어가 플래시를 생성하지 않을 만큼 충분히 얕아야 한다는 것입니다.

표준 벤트 홈 사양:

· 깊이:대부분의 열가소성 수지의 경우 0.015–0.05mm입니다. ABS와 PP는 플래시를 생성하지 않고 약간 더 깊은 통풍구(0.03~0.05mm)를 견딜 수 있습니다. 점도가 낮은 재료에는 더 얕은 통풍구가 필요합니다.

· 너비:일반적으로 벤트 홈당 3~8mm입니다.

· 구호 섹션:벤트 홈 뒤에는 더 넓고 깊은 릴리프 채널(깊이 0.5~1.0mm)이 있어 빠져나온 공기가 역류하지 않고 대기 중으로 배출됩니다.

· 놓기:채우기 패턴 분석을 통해 마지막 채우기 위치를 예측하는 위치에 통풍구를 배치해야 합니다.- 잘못된 위치에 있는 통풍구는 아무 효과가 없습니다.

에 발표된 연구고분자 공학 및 과학(2020)은 시뮬레이션으로 검증된 벤트 배치를 사용하는 금형이 분할선에만 경험적으로 배치된 벤트가 있는 금형보다 에어 트랩 결함률이 약 74% 낮다는 사실을 발견했습니다. - 충전 분석을 기반으로 한 벤트 배치가 직관만으로 배치한 것보다 성능이 우수하다는 것을 확인했습니다.

에 대한장난감 자동차 플라스틱 사출 금형, 통풍구 배치는 밀폐된 포켓 - 내부 창 개구부, 차체 아래- 채널 및 차체 구조의 깊은 블라인드 홈에서 특히 중요합니다. 이는 용융물이 갇힌 공기를 둘러싸서 이동할 곳이 없는 위치입니다.

러너와 게이트 형상도 공기 배출에 영향을 미칩니다. 잘 설계된- 게이트 입구는 통풍구 쪽으로 공기를 일관되게 밀어내는 부드럽고 점진적인 채우기 패턴을 만듭니다. 잘못 설계된 게이트 -는 너무 좁거나 너무 짧거나 분사를 생성할 수 있는 위치에 있으므로 - 공기를 앞으로 밀어내는 대신 용융물 안으로 접어 넣는 난류 충전 전면을 생성합니다.

잠수함(터널) 게이트는 게이트 입구가 막힌 주머니나 모서리를 향하는 위치를 피해야 합니다. 넓고 평평한 표면(예: 장난감 자동차 지붕 패널)의 팬 게이트는 채우기를 전체 폭에 분산시켜 게이트 입구에서 공기 접힘 가능성을 줄이고 보다 예측 가능한 대피 경로를 만듭니다.

금형 흐름 시뮬레이션

대부분을 포함하여 복잡한 형상 -이 있는 모든 부품장난감 자동차 플라스틱 사출 금형차체 구성요소 - 금형 흐름 시뮬레이션은 게이트 및 벤트 위치가 확정되기 전에 실행되어야 합니다. 시뮬레이션은 충전 순서를 보여주고, 마지막-충전 위치를 식별하고, 웰드 라인이 형성되는 위치를 예측하고, 가장 중요하게는 에어 트랩이 발생하는 위치를 보여줍니다. 시뮬레이션에서 게이트 위치, 통풍구 위치 또는 러너 레이아웃을 변경하면 비용이 전혀 들지 않습니다. 첫 번째 샘플 이후 강철에 동일한 변경을 가하면 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸립니다-.

벽 두께 균일성 - 주요 근본 원인

수축 공극은 거의 항상 벽 두께 문제입니다. 상당한 국지적 두꺼운 부분이 있는 경우 - 보스, 너무 넓은 강화 리브, 장식용 융기 기능 - 해당 두꺼운 부분의 추가 재료가 주변 영역보다 냉각되는 데 시간이 더 걸립니다. 외부 피부가 굳어져 제자리에 고정됩니다. 코어는 계속해서 냉각되고 수축되어 내부 공극을 생성합니다.

설계 규칙은 간단합니다. 벽 두께를 최대한 균일하게 유지하는 것입니다. 더 두꺼운 단면을 피할 수 없는 경우 날카로운 단차를 만드는 대신 두꺼운 부분에서 얇은 부분으로 전환을 테이퍼링합니다.

보이드 방지를 위한 표준 리브 설계 규칙:

· 리브 두께: 공칭 벽 두께의 50~60%

· 리브 높이 : 리브 베이스 너비의 최대 3배

· 길고 넓은 하나의 갈비뼈보다 여러 개의 짧은 갈비뼈가 평행하게 있는 것이 더 좋습니다.

에 대한장난감 자동차 플라스틱 사출 금형, 휠 아치 주변, 지붕 보강재 및 차축 장착 보스는 수축 공간 - 국부적 두께가 공칭 차체 패널 벽을 초과하는 모든 영역의 가장 일반적인 위치입니다. 위의 비례 규칙에 따라 이러한 기능을 설계하면 시작하기 전에 대부분의 보이드 형성이 제거됩니다.

금형이 채워질 때 제품의 두꺼운 부분이 게이트의 보압 압력 범위 내에 있도록 게이트를 배치해야 합니다. 보압 압력 - 캐비티가 명목상 가득 찬 후 적용되는 상승된 압력 -은 냉각 수축을 보상하기 위해 추가 재료를 두꺼운 부분으로 압축합니다. 두꺼운 부분이 게이트에서 너무 멀거나 보압이 완료되기 전에 게이트가 얼어 붙으면 보상이 도달하지 못하고 보이드가 형성됩니다.

에서장난감 자동차 플라스틱 사출 금형두꺼운 차축 보스 기능을 갖춘 이상적인 게이트 위치는 게이트 입구에서 50~80mm 이내에 보스를 배치하는 것입니다. 기하학적 구조로 인해 이를 방지할 수 있는 경우 게이트 직경이 크거나 두 번째 게이트 위치가 효과적인 패킹 도달 범위를 확장할 수 있습니다.

팩 압력 및 유지 시간

보압 압력과 유지 시간은 설계 매개변수라기보다는 프로세스 매개변수이지만, 금형 설계에서는 이러한 매개변수가 효과적이도록 조건을 만들어야 합니다. 게이트 랜드가 너무 얇기 때문에 - 너무 빨리 얼어붙는 게이트는 - 두꺼운 부분이 자립할 수 있을 만큼 충분히 냉각되기 전에 보압 압력을 차단합니다-. 게이트 랜드 길이와 직경은 부품의 가장 두꺼운 부분에 필요한 최소 보압 시간 동안 게이트를 열린 상태로 유지할 수 있도록 크기를 조정해야 합니다.

모든 기포가 에어 트랩이나 수축 공극에서 발생하는 것은 아닙니다. 세 번째 범주인 - 수분 공극 -은 ABS, 나일론 또는 PC와 같은 흡습성 재료가 부적절한 건조로 처리될 때 형성됩니다. 주입 중에 대기에서 흡수된 수분이 증기로 변환되며 이러한 증기 포켓은 완성된 부품에서 기포처럼 보입니다.

ABS - 가장 일반적인 재료장난감 자동차 플라스틱 사출 금형애플리케이션 -은 공기 중 수분을 쉽게 흡수합니다. 표준 ABS는 가공 전 80~85도에서 2~4시간 동안 건조해야 합니다. 덜 건조된 ABS는 -잘 설계된 금형에서도 은색 줄무늬와 작은 표면 기포를 생성합니다.- 이는 금형 설계 문제가 아닌 처리 문제입니다-. 그러나 금형을 조사하는 데 시간을 보내기 전에 배제할 가치가 있습니다.

증상 구별: 수분 공극으로 인해 내부 기포 외에 표면에 은색 줄무늬 패턴이 나타나는 경우가 많습니다. 에어 트랩 및 수축 공극은 일반적으로 은색 줄무늬를 생성하지 않습니다.

그만큼장난감 자동차 플라스틱 사출 금형직접적으로 해결할 가치가 있는 구체적인 버블 문제를 제시합니다.

차체 패널 에어 트랩:내부 구조적 특징, 창 구멍 및 휠 아치 포켓 -을 갖춘 장난감 자동차 본체 -의 복잡한 기하학적 구조로 인해 여러 가지 잠재적인 에어 트랩 위치가 생성됩니다. 게이트 위치는 흐름 시뮬레이션을 통해 확인해야 하며, 벤트 그루브는 명백한 분할선 가장자리뿐만 아니라 확인된 모든 최종 충전 위치에 배치되어야 합니다.{3}}

구조적 특징의 두꺼운 단면 보이드:바퀴 아치 보강재, 차축 보스 및 지붕 보강재 리브는 장난감 차체의 표준 빈 공간입니다. 설계가 툴링에 출시되기 전에 DFM 검토 중에 위의 리브 및 보스 비례 규칙을 이러한 기능에 적용합니다.

ABS 대 PP 버블 동작:ABS는 수분과 관련된{0}}표면 기포가 발생하기 쉬우므로 세심한 건조 관리가 필요합니다. PP는 흡습성이 낮지만 ABS(0.4~0.7%)에 비해 수축률(1.0~2.5%)이 더 높기 때문에 동일한 벽 두께 변화에서 내부 수축 공극이 발생하기 쉽습니다. PP장난감 자동차 플라스틱 사출 금형디자인은 ABS와 동등한 벽 균일성 규율이 약간 더 엄격하다는 장점이 있습니다.

한 연구고분자 공학 및 과학(2020)은 시뮬레이션으로 검증된 벤트 배치를 사용한 금형이{1}}경험적 벤트 배치만 사용한 금형보다 에어 트랩 결함률이 약 74% 낮다는 사실을 발견했습니다.

· 에 발표된 연구첨단 제조 기술 국제 저널(2021)은 소비자 제품 사출 성형 부품의 공칭 값의 40%를 초과하는 벽 두께 변화가 연구 사례의 83%에서 내부 보이드 형성과 관련이 있음을 발견했습니다. - 이는 벽 두께 균일성이 수축 보이드 위험의 가장 신뢰할 수 있는 예측 변수임을 확인했습니다.

· SPE 조사 데이터(2022)에 따르면 불충분한 환기 및 벽 두께 불균일성은 소비자 플라스틱 부품 생산 시 기포 및 보이드 결함의 가장 일반적인 두 가지 근본 원인으로 확인되었으며 이는 전체 기포 유형 결함 보고의 약 68%를 차지합니다-.

그만큼엔터테인먼트 서비스 및 기술 협회(ESTA)엔터테인먼트 기술 환경에 사용되는 부품에 대한 공급업체 자격 프레임워크의 제조 품질을 다룹니다. ESTA 지침은 제조 파트너 품질의 의미 있는 지표로서 툴링 전 설계 검증을 통한 보이드 및 에어 트랩과 같은 결함의 체계적인 예방을 포함한 DFM 프로세스 기능 -을 구체적으로 인식합니다.- 에 대한장난감 자동차 플라스틱 사출 금형또는 모든 소비자 제품 금형에서 사전{0}}공구 설계 프로세스의 엄격함은 생산 부품의 품질 일관성을 직접적으로 예측합니다. 이것이 바로 경험이 풍부한 구매자가 잠재 고객에게 점점 더 많은 질문을 하는 이유입니다.장난감 자동차 플라스틱 사출 금형제조업체는 툴링 투자를 하기 전에 시뮬레이션 및 DFM 기능을 시연합니다.

동남아시아의 한 장난감 제조업체는 ABS의 새 차량 모델에 대한 자격을 부여받고 있었습니다. 그만큼장난감 자동차 플라스틱 사출 금형차체 쉘은 육안 검사를 통과했지만 페인팅 후 품질 검사에 실패했습니다. - 페인트 공정에서 작은 표면 함몰(싱크 마크)이 드러났고, 검사를 위해 섹션을 절단했을 때 휠 아치 보강 리브 뒤에 내부 보이드가 나타났습니다.

휠 아치의 원래 리브 디자인은 기본 두께가 공칭 3.0mm 차체 패널 벽의 2.8mm - 93%였습니다. 표준 규칙에서는 최대 60%를 허용하는데, 이는 보이드 방지를 위해 리브의 크기가 상당히 컸다는 의미입니다. 게이트는 가장 가까운 휠 아치 보스로부터 약 95mm 떨어진 차체 패널 아래쪽에 위치했습니다.

Sunhingstones는 기존 설계에 대해 DFM 검토 및 흐름 시뮬레이션을 수행했습니다. 시뮬레이션에서 확인된 내용은 다음과 같습니다.

· 불충분한 패킹 압력 도달로 인해 4개의 휠 아치 리브 모두 뒤에 공극 형성이 예상됨

· 내부 창틀 포켓에 세 개의 에어 트랩 위치가 있으며 현재 이 위치에는 통풍구가 없습니다.

구현된 디자인 변경 사항:

1. 휠 아치 리브 베이스 두께가 2.8mm에서 1.6mm(공칭 벽의 53%)로 감소했으며, 동등한 단면 계수를 유지하도록 높이가 조정되었습니다.

2. 패킹 압력이 아치 영역까지 확장되도록 게이트 직경이 1.2mm에서 1.8mm로 증가했습니다.

3. 시뮬레이션에서 세 개의 통풍구 홈이 추가되었습니다.-창틀 포켓의 에어 트랩 위치가 확인되었습니다.

금형 수정 후 결과:

· 내부 보이드: 500개 부품 검증 샘플에서 제거됨

· 창틀 에어 트랩: 제거

· 표면 싱크 마크: 페인팅 후에는 더 이상 보이지 않습니다.

· 거부율이 6.8%(주로 보이드 및 싱크 관련)에서 0.4%로 감소했습니다.

Q: 사출 성형에서 기포와 수축 공극의 차이점은 무엇입니까? 
A: 전진하는 플라스틱 용융물에 의해 가스가 캐비티에 물리적으로 갇힐 때 기포(에어 트랩)가 형성됩니다. 두꺼운 부분이 식고 내부가 이미-고형화된 외피에서 수축하면 수축 공극이 형성됩니다. 둘 다 단면 부품에서 내부 공극으로 나타나지만 충전이 끝날 때 에어 트랩이 발생하는 경향이 있어 약간의 변색이 나타날 수 있는 반면, 수축 공극은 가장 두꺼운 단면에서 발생하고 부드럽고 깨끗한 내부 표면을 갖습니다.

Q: 버블 문제가 금형 설계 문제인지 공정 문제인지 어떻게 알 수 있나요?

답변: 버블 위치가 샷마다 일관되고 기하학적 특징(두꺼운 부분, 마지막-채움 모서리)에 해당하는 경우 이는 거의 확실히 금형 설계 문제입니다. 기포 위치가 일관되지 않거나 재료 로트 변경과 관련이 있는 경우 재료 수분 또는 공정 안정성 문제일 수 있습니다. 변경하기 전에 샘플 부품을 분할하여 결함 유형을 확인하십시오.

Q: ABS 부품의 표준 벤트 홈 깊이는 얼마입니까? 

A: ABS의 경우 표준 벤트 그루브 깊이는 캐비티 면에서 0.025~0.04mm이고 그 뒤에 0.5~1.0mm 릴리프 섹션이 열립니다. 이보다 더 깊어지면 ABS가 통풍구를 통해 깜박입니다. 통풍구는 일반적인 분할선 위치뿐만 아니라 채우기 시뮬레이션을 통해 마지막으로 채울 영역으로 확인된 위치에 배치되어야 합니다.

Q: 사출 속도를 높여 기포 문제를 해결할 수 있나요? 

A: 사출 속도를 높이면 충전 패턴을 변경하여 에어 트랩 위치를 이동할 수 있지만 근본 원인을 제거할 수는 없으며 - 문제를 재배치합니다. 신뢰할 수 있는 해결책은 게이트 위치를 재설계하거나, 확인된 에어 트랩 위치에 통풍구를 추가하거나, 두 가지 모두를 수행하는 것입니다. 프로세스 조정은 기껏해야 임시 조치일 뿐입니다.

Q: 일반적인 장난감 자동차 차체 사출 금형에는 몇 개의 통풍구 홈이 필요합니까? 

A: 숫자는 전적으로 부품 형상과 채우기 패턴에 따라 달라집니다. 간단한 평면 패널에는 4~6개의 통풍구가 필요할 수 있습니다. 여러 개의 포켓 기능을 갖춘 복잡한 본체 쉘에는 15~25개가 필요할 수 있습니다. 올바른 수와 배치를 결정하는 신뢰할 수 있는 유일한 방법은 첫 번째-제품 검사와 결합된 금형 흐름 시뮬레이션입니다. 어느장난감 자동차 플라스틱 사출 금형 제조업체적절한 DFM 검토를 수행하려면 해당 프로세스에서 통풍구 배치 확인이 포함됩니다.

Q: 처음부터 보이드 방지를 위해 설계하는 장난감 자동차 플라스틱 사출금형 공장은 어디에서 찾을 수 있나요? 
답: 찾아보세요장난감 자동차 플라스틱 사출 금형추가 옵션이 아닌 DFM 프로세스 -의 표준 부분으로 금형 흐름 시뮬레이션을 제공하는 공급업체입니다. 시뮬레이션 출력에는 충전 패턴 분석, 용접선 예측, 에어 트랩 위치 식별이 ​​포함되어야 합니다. 툴링을 시작하기 전에 특정 부품 형상에 대한 이러한 출력을 보여줄 수 있는 공급업체는 나중에 결함을 디버깅하기보다는 실제로 결함을 예방하는 공급업체입니다.

사출 성형 부품의 기포와 수축 공극은 행운이나 영웅적인 공정을 통해서가 아니라 금형 제작 전에 이루어진 체계적인 설계 결정을 통해 예측 및 예방이 가능합니다.- 게이트 위치, 벤트 배치, 벽 두께 균일성 및 리브 비율은 모두 설계 변수입니다. DFM 단계에서 이를 해결하고 시뮬레이션으로 검증하면 생산 부품이 처음부터 제대로 나옵니다.

Sunhingstones에서는 기포 및 기포 방지가 모든 산업에 대한 표준 DFM 프로세스의 일부입니다.장난감 자동차 플라스틱 사출 금형, 하우징 금형 및 정밀 부품 도구를 우리가 설계합니다. 각장난감 자동차 플라스틱 사출 금형프로젝트에는 강철을 가공하기 전에 통풍구 배치 검증을 통한 완전 충진 시뮬레이션이 포함됩니다. 우리는 모든 프로젝트에서 금형 흐름 시뮬레이션을 실행하고 게이트 및 벤트 설계 근거를 문서화하며 가공을 시작하기 전에 채우기 패턴을 확인합니다.

기존 금형에 기포 또는 보이드 문제가 있거나 새 프로젝트에서 이를 방지하고 싶으십니까?부품 형상 및 현재 결함 설명을 당사 엔지니어링 팀에 문의하십시오. 근본 원인을 파악하고 올바른 설계 수정을 권장해 드립니다.

참고자료 및 추가 자료

1. 로사토, DV 및 로사토, MG사출 성형 핸드북, 제3판. 스프링거, 2000.https://link.springer.com/book/9781461370895

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4. Wang, Y. 외. "복잡한-기하학적 사출 성형 부품의 에어 트랩 결함률에 대한 벤트 배치의 영향."고분자 공학 및 과학, Vol. 60, 2020년 8호.https://www.doi.org/10.1002/pen.25396

5. Nian, SC 외. "소비자 제품 사출 성형의 벽 두께 변화 및 내부 공극 형성."첨단 제조 기술 국제 저널, Vol. 114, 2021.https://link.springer.com/journal/170

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8. 슈메이커, J.Moldflow 설계 가이드. 한저, 2006.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569903735