Waarom kleine siliconenonderdelen meer vereisen dan alleen gieten

Siliconenonderdelen zien er vaak eenvoudig uit. Maar zodra je ze gaat inkopen, duiken de problemen al snel op.

Er kwam eens een klant bij ons met een klein siliconenventiel dat in een voedselzakje werd gebruikt. Het onderdeel was licht, minder dan één gram. Het ontwerp zag er strak uit. Maar de productie mislukte keer op keer.

Het ging niet om de prijs. Het ging om de consistentie.

Voor deze toepassing moest het ventiel bij een bepaalde druk openen. Als het siliconenmateriaal te zacht was, lekte het ventiel. Als het te stijf was, blokkeerde het de doorstroming. De tolerantiemarge was krap.

De klant had al twee leveranciers geprobeerd. Beide leverden monsters die de eerste tests doorstonden. Maar na opschaling kwamen er gebreken aan het licht. Flash, afwijkingen in afmetingen en een onstabiele openingsdruk maakten de onderdelen ongeschikt voor massaproductie.

Toen we het onderdeel beoordeelden, waren de productierisico’s duidelijk.

• De wanddikte was ongelijkmatig
• Het stromingspad was lang en smal
• De afdichtingsrand lag op de scheidingslijn
• Het ventilatieoppervlak was beperkt

Elk van deze problemen kan afzonderlijk worden aangepakt. Samen zorgen ze echter voor een veel groter risico op een onstabiele productie.

Er ontstond een flash langs de afdichtingsrand. Door krimp veranderde de openingsdruk. Luchtbellen veroorzaakten kleine brandsporen. Dit waren geen willekeurige gebreken. Het waren tekenen dat het ontwerp van de matrijs niet was afgestemd op het gedrag van vloeibaar siliconenrubber.

We zijn begonnen met de mal, niet met de machine.

• De locatie van de poort is aangepast. Hierdoor werd het stromingspad verkort en verliep het vullen van de holtes gelijkmatiger, waardoor het risico op onvolledige vulling en ongelijkmatige uitharding werd verminderd.
• De scheidingslijn is opnieuw ontworpen. We hebben het uit de buurt van het afdichtingsgebied geplaatst en de afstemming van de oppervlakken verbeterd om het risico op bramen te verminderen.
• Bij het laatste vulgebied zijn micro-ontluchtingsopeningen aangebracht. De diepte van de ontluchtingsopening bleef binnen een nauwe marge, rond de 0,004 mm.
• Tijdens het injecteren werd vacuüm toegevoegd. Hierdoor kon de ingesloten lucht worden verwijderd voordat deze brandplekken of een onvolledige vulling kon veroorzaken.
• Er werd rekening gehouden met krimp, afhankelijk van de richting en de wanddikte. Hierdoor bleef de uiteindelijke klepgeometrie dichter bij het vereiste prestatiebereik.

Voordat we het staal gingen snijden, hebben we het vulgedrag gecontroleerd met behulp van een Moldflow-analyse. Tijdens de proefproducties hebben we ons gericht op de temperatuurstabiliteit en de schommelingen binnen een smalle marge gehouden om een gelijkmatige uitharding te bevorderen.

Na deze aanpassingen aan de matrijs en het productieproces stabiliseerde de prestatie van de klep zich.

• De openingsdruk bleef binnen het vereiste bereik
• De flits was niet meer zichtbaar aan de afdichtingsrand
• Brandvlekken zijn verdwenen
• De consistentie tussen de verschillende batches is verbeterd

De klant heeft de onderdelen in daadwerkelijke afvullijnen getest. De kleppen presteerden consistent in alle productiebatches, waardoor het project kon worden doorgezet naar de productiefase.

Van buitenaf gezien leek dit een klein onderdeel. Maar een stabiele productie hing af van hoe vroeg de productierisico’s werden gesignaleerd.

Als een leverancier zich uitsluitend op het spuitgieten richt, reageert hij pas op gebreken nadat deze zich hebben voorgedaan. Als hij verstand heeft van matrijsontwerp, voorkomt hij veel van die gebreken al voordat de productie van start gaat.

Vaak merk je het verschil al in de vroege fase van het project. Een deskundige leverancier van siliconen gietwerk geeft niet alleen een offerte voor het onderdeel. Hij bekijkt ook het ontwerp en legt de productierisico’s uit.

Voordat je met het maken van de gereedschappen begint, is het de moeite waard om een paar praktische vragen te stellen:

• Controleren ze je onderdeelontwerp voordat de matrijs wordt gemaakt?
• Wordt er gesproken over de stromingsroute, ontluchting en krimp?
• Wordt er uitgelegd waar er flitslicht kan optreden?
• Begrijpen ze hoe de positie van de scheidingslijn de werking beïnvloedt?
• Controleren ze of het proces geschikt is voor herhaalbare productie, en niet alleen of het monster goedgekeurd is?

Dit zijn tekenen van echte ervaring in de productiesector.