Почему для изготовления мелких силиконовых деталей требуется нечто большее, чем простое литье

Силиконовые детали часто кажутся простыми. Но как только начинаешь их закупать, проблемы быстро дают о себе знать.

Однажды к нам обратился покупатель с небольшим силиконовым клапаном, используемым в пакетах для пищевых продуктов. Деталь была легкой — весила менее одного грамма. Конструкция выглядела лаконично. Но в процессе производства постоянно возникали сбои.

Дело было не в цене. Дело было в стабильности.

В данном случае клапан должен был открываться при определённом давлении. Если силикон был слишком мягким, клапан давал течь. Если же он был слишком жёстким, то препятствовал прохождению потока. Диапазон допустимых отклонений был очень узким.

Заказчик уже обращался к двум поставщикам. Оба предоставили образцы, которые прошли первоначальные испытания. Однако после перехода на серийное производство в деталях обнаружились дефекты. Облойки, отклонения в размерах и нестабильное давление открытия сделали детали непригодными для массового производства.

Когда мы провели анализ этой детали, производственные риски стали очевидны.

• Толщина стены была неравномерной
• Траектория потока была длинной и узкой
• Уплотнительная кромка прилегала к линии разъема
• Площадь вентиляции была ограничена

Каждую из этих проблем можно решить по отдельности. Однако в совокупности они создают гораздо более высокий риск нестабильности производства.

Вдоль уплотнительного края образовалась впадина. Усадка повлияла на давление открытия. Воздушные пузыри привели к появлению небольших следов ожога. Это были не случайные дефекты. Они свидетельствовали о том, что конструкция пресс-формы не соответствовала особенностям поведения жидкого силиконового каучука.

Мы начали с формы, а не со станка.

• Расположение ворот было скорректировано. Это позволило сократить путь потока и сделать заполнение полости более равномерным, что снизило риск неполного заполнения и неравномерного отверждения.
• Линия разъема была перепроектирована. Мы переместили его подальше от зоны уплотнения и улучшили совмещение поверхностей, чтобы снизить риск образования заусенцев.
• В зоне последнего заполнения были установлены микровентиляционные отверстия. Глубина выреза оставалась в узком диапазоне — около 0,004 мм.
• Во время впрыска создавался вакуум. Это помогло удалить скопившийся воздух, прежде чем он смог бы привести к появлению следов ожогов или неполному заполнению.
• Компенсация усадки применялась с учетом направления и толщины стенки. Благодаря этому геометрия конечного клапана оставалась ближе к требуемому диапазону рабочих характеристик.

Перед резкой стали мы проверили характеристики заполнения с помощью анализа Moldflow. В ходе пробных запусков мы уделяли особое внимание стабильности температуры и поддерживали ее колебания в узких пределах, чтобы обеспечить равномерное отверждение.

После этих изменений в конструкции формы и технологическом процессе рабочие характеристики клапана стабилизировались.

• Начальное давление оставалось в пределах требуемого диапазона
• На уплотнительном крае больше не было видно флеша
• Следы ожогов исчезли
• Улучшена стабильность качества от партии к партии

Заказчик провел испытания деталей на реальных линиях розлива. Клапаны демонстрировали стабильную работу во всех партиях, что позволило перейти к серийному производству.

С первого взгляда это казалось незначительной деталью. Однако стабильность производства зависела от того, насколько рано удавалось выявить производственные риски.

Если поставщик занимается исключительно литьем, он реагирует на дефекты уже после их появления. Если же он разбирается в проектировании пресс-форм, то может предотвратить многие из этих дефектов ещё до начала производства.

Разница часто становится заметна уже на ранних этапах проекта. Компетентный поставщик услуг по литью силикона не просто предоставит ценовое предложение на деталь. Он также проанализирует конструкцию и разъяснит риски, связанные с производством.

Прежде чем приступить к изготовлению инструментов, стоит задать себе несколько практических вопросов:

• Проверяют ли они ваш проект детали перед изготовлением пресс-формы?
• Они обсуждают траекторию потока, вентиляцию и усадку?
• В них объясняется, где может появиться вспышка?
• Понимают ли они, как расположение линии разъема влияет на функциональность?
• Проверяют ли они процесс на предмет возможности серийного производства, а не только на утверждение образца?

Это признаки настоящего опыта в сфере производства.