ЛКпрототип 
Основной вывод : Захваченный воздух в силиконовых формах является основной причиной образования пустот, поверхностных микропор и неполного заполнения при вакуумном литье полиуретана. Эффективная конструкция вентиляции силиконовых форм часто использует стратегию «Заливка снизу, вентиляция сверху», зависящую от конкретного применения, размещая распределенные микроканалы вентиляции (с типичной начальной глубиной 0.025–0.050 мм в зависимости от вязкости смолы, твердости формы и геометрии) в самых высоких точках, глухих карманах и зонах последнего заполнения для облегчения удаления воздуха при минимизации образования облоя смолы.
Что такое вентиляция силиконовых форм?
Вентиляция силиконовых форм — это технология создания микрощелей, прорезей или трубчатых каналов в полости силиконовой формы, позволяющих вытесненному воздуху выходить по мере поступления жидкой смолы.
Почему важна вентиляция?
Вентиляция крайне важна, поскольку воздух, запертый внутри невентилируемой или плохо вентилируемой полости пресс-формы, создает пневматическое сопротивление. Этот воздушный барьер приводит к образованию косметических дефектов, внутренних структурных пустот или дефектов, связанных с неполным впрыском, что может привести к тому, что детали не пройдут контроль качества.
Примечание : Данное руководство в основном посвящено силиконовым формам, используемым для вакуумного литья полиуретана/уретана, хотя многие принципы вентиляции также применимы к другим процессам литья в силиконовые формы.
Даже в камере с высоким вакуумом заливка жидкого полиуретана или эпоксидной смолы в силиконовую форму может привести к образованию воздушных карманов, если в полости отсутствует предусмотренный путь для отвода воздуха. По мере попадания жидкой смолы в полость, вытесненный воздух сжимается у выступающих частей, внутренних углов, глубоких ребер и глухих подрезов. Без стратегически расположенных вентиляционных отверстий в силиконовой форме эти воздушные карманы ухудшают качество поверхности и плотность детали.
Освоение принципов вентиляции силиконовых форм требует балансировки гидродинамики, скорости вытеснения воздуха и геометрии детали на этапе проектирования с учетом технологичности производства (DFM). В этом техническом руководстве описаны механика захвата воздуха, практические начальные размеры вентиляционных каналов, пошаговый алгоритм размещения вентиляционных каналов в форме на этапе DFM, а также практический подход к устранению неполадок для уменьшения количества пузырьков воздуха при литье из силикона.
Механизмы захвата воздуха при вакуумном литье
Что вызывает образование воздушных пузырьков в силиконовых формах?
Захват воздуха в силиконовых формах происходит, когда жидкая смола, распространяясь по поверхности, окружает воздушную полость в локальной выпуклости, глухой полости или сходящемся фронте потока, герметизируя выходное отверстие до того, как воздух сможет полностью вытеснить материал.
Может ли вакуумное литье устранить необходимость в вентиляционных отверстиях в пресс-форме?
Нет. Хотя вакуумное литье осуществляется в герметичной камере, откачиваемой до вакуума приблизительно 28–29 дюймов ртутного столба при стандартных атмосферных условиях, создание вакуума удаляет атмосферный воздух из камеры, но не гарантирует полного удаления воздуха из сложных закрытых полостей форм. Физические характеристики вентиляционные отверстия силиконовой формы Необходимо обеспечить определенный путь для вытесненного воздуха из полости по мере продвижения фронта жидкой смолы.
Поток входящей смолы → Вытесняет воздух из полости → Воздух сталкивается с высоким выступом / глухим карманом → Смола герметизирует путь → Дефект, образованный захваченным воздухом
Когда жидкий полиуретан протекает через основной литник, он заполняет полость формы снизу вверх. По мере повышения уровня жидкости воздух внутри полости должен удаляться со скоростью, соответствующей объемному расходу смолы. Глубокие полости, глухие штифты сердечника, узкие ребра и поднутрения особенно уязвимы, поскольку узкие каналы потока позволяют фронту смолы соединиться и закрыть отверстие до того, как выйдет воздух.
По мере того, как смола обволакивает изолированный карман, сжатый воздух создает пневматический барьер, препятствующий проникновению через гибкую силиконовую стенку. Это приводит к возникновению трех основных типов дефектов силиконового литья:
Поверхностные микроотверстия («пузырьки шампанского») : микроскопические пузырьки воздуха, застрявшие на поверхности косметических средств.
Внутренние пустоты : крупные воздушные полости внутри толстостенных участков, которые снижают механическую прочность.
Неполное заполнение (недолив смолы) : Сильное задержание воздуха, при котором давление воздуха препятствует проникновению жидкой смолы к тонким ребрам или отдаленным элементам формы.
Диагностика проблем с вентиляцией и смешиванием.
В стандартной инженерной практике специалисты различают дефекты вентиляции и ошибки смешивания/дегазации:
Дефект вентиляции : Пузырьки или пустоты появляются постоянно в одном и том же физическом месте на нескольких отливках — как правило, в местах геометрических выступов, на кончиках ребер или в зонах последнего заполнения.
Дефект смешивания или дегазации : Микропузырьки хаотично распределены по всему объему детали. Это указывает на недостаточную дегазацию смолы перед заливкой или на попадание воздуха во время смешивания, а не на неправильное расположение вентиляционных отверстий пресс-формы.
Основные принципы проектирования вентиляции силиконовых форм
Где следует размещать вентиляционные отверстия в силиконовых формах?
Вентиляционные отверстия силиконовой формы следует располагать на самой высокой вертикальной высоте детали в ее литейном положении, на кончиках внутренних ребер, внутри глухих карманов, вдоль линий разъема и в местах последнего заполнения, где сходятся фронты смолы.
Перед добавлением вентиляционных отверстий опытные инженеры-технологи проверяют ориентацию детали в CAD-модели, чтобы определить предполагаемые пути потока от основного литника.
[Вентиляционное отверстие / Переливной патрубок] (Самая высокая точка)
▲ (Вытеснение восходящего потока воздуха)
Плесневая полость (уровень поднимающейся смолы)
▲ Литник / Главный затвор (самая нижняя точка)
1. "Лей низко, выпускай газ высоко"
Широко используемой базовой концепцией при проектировании вентиляционных отверстий силиконовых форм является подход «Заливка снизу, вентиляция сверху», при котором основной литник располагается в нижней точке полости формы, а вентиляционные отверстия находятся в противоположных верхних точках. Приток из нижних точек позволяет смоле равномерно подниматься, вытесняя воздух вверх перед фронтом жидкости к вентиляционным отверстиям в верхних точках, вместо того чтобы задерживать воздушные карманы за счет турбулентного разбрызгивания.
Примечание инженера : Хотя правило «Заливать низко, выпускать воздух высоко» является практическим ориентиром, оптимальное расположение литникового канала и вентиляционного отверстия строго зависит от конкретного применения. Оно должно быть скорректировано с учетом ориентации детали, геометрии пресс-формы, вязкости смолы, длины пути потока и конкретных зон последнего заполнения.
2. Многоточечная распределенная вентиляция
Для сложных геометрических форм деталей одного верхнего вентиляционного отверстия редко бывает достаточно. Распределение нескольких меньших силиконовых вентиляционных отверстий по отдельным выступам и внутренним ребрам значительно эффективнее, чем создание одного большого вентиляционного отверстия.
Примечание инженера : Производители оснастки избегают простого увеличения вентиляционного канала, поскольку слишком большие вентиляционные отверстия позволяют жидкой смоле преждевременно вытекать. Это приводит к образованию большого количества облоя, дополнительной ручной обрезке, деформации размеров и повышенному риску разрыва эластичного силикона при извлечении изделия из формы.
3. Вентиляция зон последней заправки
Зона последней заправки — это любая область полости, куда жидкая смола попадает последней из-за различий в толщине стенок, геометрических препятствий или расстояния до литника. К распространенным зонам последней заправки относятся:
Верхние края тонких вертикальных стенок
Глубокие глухие карманы и углубления для штифтов
Пересекающиеся фронты потока (сварочные швы)
Края внешнего периметра, наиболее удаленные от литника.
Каждую выявленную зону последнего заполнения следует оценить на предмет наличия специальной вентиляции, при этом в местах, где вероятно скопление воздуха, следует добавить микровентиляционное отверстие или щель.
4. Переливные коллекторы и стояки
Для косметических или конструктивных элементов, где остаточные микропузырьки прилипают к силиконовым стенкам, производители инструментов прикрепляют вентиляционные отверстия к переливному коллектору (или стояку). Переливной коллектор действует как жертвенный резервуар, расположенный над границей детали. По мере заполнения полости смолой она переносит расширяющиеся пузырьки воздуха в стояк. После отверждения стояк обрезается и обрабатывается.
Рекомендации по определению размеров и геометрии вентиляционных каналов
Для проектирования эффективных вентиляционных каналов силиконовых форм необходимо сбалансировать удаление воздуха с удержанием смолы. Канал должен обеспечивать достаточную площадь поперечного сечения для выхода вытесненного воздуха, оставаясь при этом достаточно узким, чтобы ограничивать поток жидкого полиуретана и минимизировать образование облоя.
Геометрия вентиляционного отверстия разъема
Глубина полости: 0.025–0.050 мм (типичное значение) ──► Внешняя поверхность плесени
Верхняя половина силиконовой формы ◄ Вентиляционное отверстие ► Нижняя половина силиконовой формы
Рекомендуемые размеры вентиляционных отверстий варьируются в зависимости от вязкости смолы, твердости формы по дюрометру и геометрии полости:
Техника вентиляции | Рекомендуемые размеры | Идеальное расположение полости | Основное применение и профиль рисков |
|---|---|---|---|
Микрощелевые вентиляционные отверстия | Глубина: 0.025 мм – 0.050 мм. Ширина: 1.5 мм – 3.0 мм. | Разделительные линии, плоские поверхности земли | Полиуретаны низкой и средней вязкости; значительно снижают риск образования конденсата при правильном подборе размера частиц. |
Прорези для волос (линия пробора) | Глубина: Самозапечатывающийся (0 мм статического давления) Длина: 5.0 мм – 10.0 мм | Вдоль гибких линий разъема пресс-формы | Стандартное вакуумное литье; деформируется при перепаде давления, герметизируется при выравнивании давления. |
Трубчатые вентиляционные отверстия (латунные трубки) | Внутренний диаметр: 1.0 мм – 2.5 мм. Внешний диаметр: 1.5 мм – 3.0 мм. | Изолированные выступы, глубокие карманы, внутренние ребра | Характеристики с высоким соотношением сторон; требуется обрезка стойки руля после полимеризации. |
Дополнительные заголовки (подъемники) | Диаметр: 3.0 мм – 6.0 мм Высота: 10.0 мм – 15.0 мм | Вершины геометрических пиков | Декоративные или важные оптические детали; улавливает остаточный воздух над функциональными поверхностями. |
Как обсуждалось в руководстве LKprototype по передовым методам проектирования литниковых каналов и вентиляционных отверстий для вакуумного литья, вырезание микрощелей глубиной от 0.025 до 0.050 мм служит практической отправной точкой для стандартных полиуретановых смол, используя поверхностное натяжение жидкости для предотвращения чрезмерного подтекания смолы. Однако точные размеры вентиляционных отверстий должны быть подтверждены путем пробного литья для высоковязких или наполненных составов.
Пошаговый рабочий процесс проектирования с учетом технологичности производства (DFM) для размещения вентиляционных отверстий
Внедрение эффективной конструкции вентиляции силиконовой формы включает в себя цифровой CAD-анализ, подготовку мастер-модели и физическую обработку формы.
Шаг 1: Ориентация CAD-модели и анализ траектории потока.
Перед тем как покрыть основную модель силиконовым герметиком RTV, оцените 3D CAD-модель в предполагаемом положении для отливки:
Определите самый нижний геометрический элемент для крепления основного литника.
Составьте карту местных возвышенностей, внутренних ребер, выступов и труднодоступных мест.
Оцените вариации толщины стенок. Более тонкие элементы создают большее сопротивление потоку, смещая прогнозируемые зоны последнего заполнения.
Инженеры, проводящие поэтапный анализ DFM-технологий при вакуумном литье, определяют ориентацию детали на ранних этапах, чтобы оптимизировать пути подачи литников и доступ к вентиляционным отверстиям до 3D-печати мастер-моделей.
Шаг 2: Прикрепление литника и вентиляционного отверстия к основной модели.
При изготовлении мастер-шаблонов с помощью 3D-печати SLA/SLS или высокоточной обработки на станках с ЧПУ физические выводы вентиляционных отверстий могут быть прикреплены непосредственно к обозначенным верхним точкам:
Прикрепите жесткие пластиковые или тонкие проволочные стержни (обычно диаметром от 1.0 до 2.0 мм) к обозначенным вершинам.
Направьте вентиляционные стержни вверх, к периметру рамы формовочного ящика.
Убедитесь, что вентиляционные трубки имеют постоянный восходящий угол, без провисания или петель, в которых смола может задерживать воздух.
Шаг 3: Физическая вентиляция силиконовой формы
После того как силиконовый герметик RTV затвердеет вокруг основной модели и будет вырезан по линии разъема, можно добавить дополнительные ручные вентиляционные отверстия:
Метод заточки латунной трубки : Как описано в руководстве Smooth-On по созданию вентиляционных отверстий в силиконовых формах , заточите внутренний край тонкостенной латунной трубки. Прокрутите трубку через силикон от самых высоких углублений наружу, чтобы пробить чистые цилиндрические вентиляционные каналы.
Метод прорезей лезвием : Используйте скальпель, чтобы сделать микропрорези вдоль линии разъема двухкомпонентной силиконовой формы . Эти прорези раскрываются под действием разницы давлений во время литья и закрываются при уменьшении разницы давлений.
Шаг 1: Ориентирование CAD-модели ► Шаг 2: Добавление вентиляционных отверстий в основную модель ► Шаг 3: Заливка и отверждение силикона ► Шаг 4: Пробивка/вырезание вентиляционных отверстий вдоль линии разъема
Шаг 4: Вакуумная дегазация и калибровка давления
Вентиляционные отверстия пресс-формы работают параллельно с циклами контролируемого давления в камере:
Предварительная дегазация силикона перед заливкой : После смешивания жидкий платиноотверждаемый силикон дегазируют в вакууме при давлении приблизительно 28–29 дюймов ртутного столба в стандартных атмосферных условиях для удаления содержащегося в нем воздуха.
Заливка в вакуумную камеру : Последовательность смешивания смолы, дегазации и заливки зависит от инструкций производителя смолы и конкретной конфигурации вакуумного литьевого оборудования. Независимо от протокола конкретного оборудования, эффективная вентиляция формы обеспечивает определенный путь для вытесненного воздуха из полости по мере повышения уровня жидкости.
Цикл вентиляции камеры : После заливки в камеру возвращается атмосферное давление. Эффекты циклов давления зависят от системы смол, размера пузырьков и условий процесса; циклы давления не следует рассматривать как замену надлежащей вентиляции формы или дегазации смолы.
Диагностическая матрица: Устранение дефектов литья, связанных с вентиляцией.
Как устранить воздушные ловушки и дефекты литья?
Для устранения воздушных ловушк и дефектов литья необходимо осмотреть места дефектов на отвержденных деталях. Локализованные воздушные пустоты в выступающих точках или на кончиках ребер указывают на плохую вентиляцию, требующую добавления стояков или строгальных прорезей, в то время как распространенные микропузырьки требуют улучшения вакуумной дегазации смолы перед заливкой.
Осмотр физических отливок позволяет получить прямые подсказки для диагностики проблем в конструкции вентиляционных отверстий силиконовых форм :
Визуальный дефект | Анализ причин | Меры по устранению неисправности системы вентиляции |
|---|---|---|
Большие округлые пустоты в выступающих точках | Воздух не может покинуть верхнюю геометрическую фигуру, поскольку жидкость поднимается вверх. | В самой верхней точке пустоты установите переливной стояк (внутренний диаметр 3.0 мм). |
Неполные рёбра / Неполные куски | Воздух, запертый в тонких глухих щелях, создает пневматический упор. | Проделайте в конце ребра трубчатое отверстие диаметром 1.0 мм или сделайте надрез лезвием бритвы вдоль линии разъема. |
Скопление поверхностных микроотверстий | Микропузырьки, прилипшие к текстуре силиконовых стенок во время заливки. | Увеличьте количество микрореакторных отверстий; перед заливкой основного объема нанесите тонкий слой смолы кистью. |
Избыточная обрезка смолы / Обрезка излишков | Вентиляционный канал вырезан слишком глубоко или широко для конкретной вязкости смолы. | Отрегулируйте глубину вентиляционного отверстия в соответствии с проверенным начальным диапазоном (например, 0.025 мм – 0.050 мм) или переключитесь на самозакрывающиеся прорези, вырезанные лезвием бритвы. |
Деформация детали вблизи вентиляционных отверстий | Локальный перепад давления деформирует мягкий силикон на выходе из вентиляционного отверстия. | Укрепите вентиляционные отверстия жесткими втулками или уточните выравнивание линии разъема. |
Для сложных геометрических форм со внутренними полостями требуются специальные методы обработки подрезов в силиконовых формах , чтобы предотвратить разрыв гибких силиконовых сердечников вторичными воздушными каналами во время извлечения из формы.
Передовые аспекты проектирования с учетом технологичности производства (DFM) для быстрого изготовления оснастки.
Хотя базовые правила вентиляции решают распространенные проблемы, связанные с образованием воздушных пробок, для точного прототипирования необходима специальная оценка DFM (проектирование с учетом технологичности):
Подбор вязкости смолы : Для смол с низкой вязкостью (например, прозрачных полиуретанов, подобных акрилу) обычно требуются неглубокие щелевые вентиляционные отверстия (0.025 мм) для предотвращения подтекания, тогда как для наполненных или эластомерных смол требуются более крупные вентиляционные отверстия (1.0–2.0 мм) из-за большего сопротивления потоку.
Синхронизация линии разъема : выравнивание линий разъема пресс-формы с критически важными геометрическими вершинами позволяет вырезать вентиляционные отверстия непосредственно вдоль разъемных поверхностей, избегая глубокой пробивки основного слоя силикона.
Проверка качества и консультации по DFM : Сотрудничество с опытными инженерами-технологами гарантирует проверку расположения литников, вентиляционных каналов и переходов толщины стенок до начала серийного производства.
Внедрение принципов структурированной вентиляции силиконовых форм в процесс быстрого прототипирования позволяет минимизировать образование воздушных ловушк, сократить объем последующей обработки и получить качественные полиуретановые отливки, пригодные для серийного производства. Для получения квалифицированной инженерной поддержки и быстрой обработки вашего следующего прототипа, ознакомьтесь с услугами вакуумного литья от LKprototype.
