محصولات سیلیکونی تاشو به گونهای طراحی شدهاند که انعطافپذیر باشند - اما انعطافپذیری به تنهایی دوام را تضمین نمیکند. پس از صدها یا هزاران بار تا زدن، اغلب ترکها، سفید شدن و خرابی درزگیری ظاهر میشوند.
بهینهسازی ضخامت دیواره، هندسه دندهها و شعاع لولا، تضمین میکند که سازههای تاشو سیلیکونی بدون از دست دادن قابلیت استفاده یا زیباییشناسی، در درازمدت در برابر خستگی مقاوم باشند.
وقتی یک جعبه ناهار تاشو برای یک مشتری ساختم، اولین نمونه اولیه تنها پس از ۳۰۰ چرخه تاشو شکست خورد. با طراحی مجدد هندسه دندهها و شعاع لولا، طول عمر آن فراتر از ۳۰۰۰ چرخه افزایش یافت. این چیزی است که آن فرآیند به من آموخت.
موارد استفاده و اهداف طول عمر؟
محصولات مختلف، الزامات خستگی بسیار متفاوتی دارند. یک لیوان تاشو که روزی یک بار استفاده میشود، با یک ظرف غذای تاشو که روزی چند بار تا میشود، یکسان نیست.
تعریف فرکانس تاشدگی، محیط و حالتهای شکست، اولین گام برای طراحی برای مقاومت در برابر خستگی است.
فرکانس تا شدن معمول و اهداف طول عمر
| از سناریو استفاده کنید | فرکانس روزانه | طول عمر هدف | حالت خرابی معمول |
|---|---|---|---|
| فنجان قابل حمل | ۱-۲ بار در روز | ≥500 سیکل | سفید شدن، تغییر شکل جزئی |
| جعبه ناهار | ۳ تا ۵ بار در روز | ۱۰۰۰ سیکل | خرابی آببندی، پارگی لولا |
| ظرف نگهداری | ۱۰+ بار در روز | ≥3000 چرخه | ترک در محل درز تاشو |
حالتهای خرابی رایج
- پارگی: از گوشههای نازک یا تیز شروع میشود.
- سفید کردن: ناشی از تمرکز تنش موضعی بیش از حد کرنش الاستیک.
- تغییر شکل دائمی: سیلیکون تحت فشار مکرر “سفت” میشود.
- خرابی آببندی: فشرده سازی در نواحی لب آب بندی تنظیم شده است.
با تعریف زودهنگام انتظارات از طول عمر، طراحان میتوانند انتخابهای سازهای و مواد را با عملکرد خستگی واقعبینانه همسو کنند.
چیدمان دیواره نازک و دندهای؟
طراحی دیواره و دنده مستقیماً نحوه توزیع تنش در مناطق تاشو را تعیین میکند. اگر خیلی ضخیم باشد، لولا در برابر تاشو مقاومت میکند. اگر خیلی نازک باشد، زودتر از موعد پاره میشود.
ضخامت متعادل دیواره و هندسه دندهها، تمرکز تنش را به حداقل میرساند و در عین حال انعطافپذیری تاشو را حفظ میکند.
ضخامت دیواره توصیه شده (بر اساس سختی سیلیکون)
| سختی (ساحل A) | حداقل دیوار (میلی متر) | دیوار معمولی (میلیمتر) | حداکثر دیوار (میلیمتر) |
|---|---|---|---|
| 20A | 0.5 | 0.8 | 1.5 |
| 40A | 0.8 | 1.2 | 2.0 |
| 60A | 1.2 | 1.8 | 2.5 |
دستورالعملهای طراحی دنده
| عنصر طراحی | محدوده توصیه شده | هدف |
|---|---|---|
| ارتفاع دنده | ضخامت دیواره ۰.۳–۰.۵× | ناحیه تاخوردگی را تقویت کنید |
| فاصله دندهها | ≥۳× ضخامت دیواره | توزیع یکنواخت تنش |
| شعاع انتقال | ≥0.2 میلیمتر | از عوامل تشدید کننده استرس خودداری کنید |
| ترازبندی تا | در امتداد دره دنده متمرکز شده است | خمش متقارن را ارتقا دهید |
انتقالهای فیلت شده و تغییر تدریجی ضخامت، کرنش موضعی را کاهش میدهد. در نواحی چینخوردگی، نسبت نازک شدن 60-70% (نسبت به ضخامت دیواره پایه) به توزیع یکنواخت تنش خمشی کمک میکند.
طراحی لولا و شعاع تا شدن؟
هندسه لولا نحوه خم شدن سیلیکون را تعریف میکند - شعاع خیلی تنگ منجر به سفید شدن یا ترکهای ریز میشود، در حالی که شعاع خیلی بزرگ، فشردگی تا را کاهش میدهد.
محاسبه شعاع خمش مناسب و نوع لولا، حرکت تاشوی روان و طولانی مدت را تضمین میکند.
فرمول حداقل شعاع خمش
\[ R_{min} = k \ضربدر t \]
کجا:
- رمین = حداقل شعاع خمیدگی داخلی
- تی = ضخامت دیواره
- k = ضریب ماده (بستگی به سختی دارد)
| سختی (ساحل A) | ضریب k | حداقل شعاع خمش (برای دیوار ۱ میلیمتری) |
|---|---|---|
| 20A | ۱.۰–۱.۲ | ۱.۰–۱.۲ میلیمتر |
| 40A | ۱.۵–۲.۰ | ۱.۵–۲.۰ میلیمتر |
| 60A | ۲.۵–۳.۰ | ۲.۵–۳.۰ میلیمتر |
انواع طراحی لولا
| نوع لولا | ساختار | بهره مند شوند | کاربرد |
|---|---|---|---|
| لولای متحرک | مقطع نازک پیوسته | سادهترین، مقرونبهصرفهترین | فنجانهای تکلایه |
| لولای فیلم | کاهش تدریجی ضخامت | توزیع کرنش بهتر | چینهای چند لایه |
| لولای دو شعاعی | منحنی دو مرحلهای | بازگشت نرم | ظروف تاشو |
چینهای از پیش تعیینشده یا دندههای راهنما میتوانند به تا شدن در خطوط قابل پیشبینی کمک کنند و از تغییر شکل کنترلنشده و خستگی زودرس جلوگیری کنند.
انتخاب مواد و سختی؟
سختی سیلیکون هم بر انعطافپذیری و هم بر مقاومت در برابر خستگی تأثیر میگذارد. انتخاب گرید و افزودنیهای مناسب، تفاوت بین دوام ۳۰۰ تا ۳۰۰۰ چرخه را رقم میزند.
انتخاب سختی سیلیکون مناسب، بسته افزودنی و طراحی دو سختی، دوام تا شدن را به حداکثر میرساند.
سختی در مقابل عمر خستگی
| سختی (ساحل A) | استقامت تاشو (سیکلها) | استفاده معمولی |
|---|---|---|
| 20A | ~2000 | دیوارههای فنجانی انعطافپذیر |
| 30A | ~3000 | منطقه تاشو عمومی |
| 40A | ~5000 | جعبههای ناهار تقویتشده |
| 60A | ~800 | قاب پشتیبانی سفت و سخت |
سایر ملاحظات مادی
| عامل | شرح | توصیه |
|---|---|---|
| سیلیکون خوراکی در مقابل سیلیکون صنعتی | درجه مواد غذایی شیمی ایمن تری ارائه می دهد اما مقاومت پارگی کمی کمتری دارد | هندسه را برای جبران تنظیم کنید |
| عوامل سفت کننده | بهبود مقاومت در برابر پارگی 20–30% | استفاده در مناطق تاشو |
| تزریق همزمان با سختی دوگانه | قاب سفت و سخت را با لولای نرم ترکیب میکند | بهترین برای سازههای تاشو |
سوالات متداول: هزینهها و مزایای طراحی دو-سختی چیست؟
قالبگیری با سختی دوگانه هزینه ابزار را 20 تا 30% افزایش میدهد اما بیش از ... ۲–۳× بهبود عمر خستگی. همچنین امکان آببندی محکم را فراهم میکند در حالی که مناطق تاخوردگی را انعطافپذیر نگه میدارد - ایدهآل برای طرحهای ممتاز و با طول عمر بالا.
اعتبارسنجی خستگی و تحلیل شکست؟
هیچ طرحی بدون تأیید کامل نیست. آزمایشهای خستگی تاشو و شبیهسازیهای FEA نقاط ضعف را قبل از تولید شناسایی میکنند.
آزمایش خستگی و تحلیل مجازی تضمین میکند که طرحهای تاشو در شرایط واقعی و شتابیافته، به اهداف مورد نظر در طول عمر خود دست مییابند.
روشهای معمول آزمایش و اعتبارسنجی
| تست | شرح | معیار ارزیابی |
|---|---|---|
| آزمون چرخه تاشو | قابلیت تا شدن ۰ تا ۱۸۰ درجه با سرعت تنظیم شده | شمارش چرخه شکست |
| شبیهسازی کرنش FEA | مدل سهبعدی تحت خمش | حداکثر کرنش ≤ 20% |
| پیری زودرس | ۷۰ درجه سانتیگراد × ۱۰۰۰ ساعت + رطوبت | حفظ عمر پس از پیری ≥ 80% |
| تحلیل بصری | سفید شدن، ترک خوردن، تغییر شکل | مستندسازی حالت خرابی |
مکانیسمهای خرابی معمول
- سفید کردن: جهتگیری زنجیره پلیمری و شروع ریزترکها.
- پارگی: کشیدگی بیش از حد در ریشه لولا یا دنده تیز.
- تخریب آببند: فشرده سازی پس از چرخه های حرارتی مکرر تنظیم می شود.
- مجموعه دائمی: خستگی ناشی از اتصالات عرضی پس از تا شدن طولانی مدت.
چرا سفید شدن رخ میدهد؟
سفید شدن ناشی از ریزحفرهها و همترازی زنجیرههای پلیمری ناشی از کرنش مکرر فراتر از حد الاستیک است. سیلیکونهای نرمتر یا شعاع خمیدگی بزرگتر، تمایل به سفید شدن را کاهش میدهند.
نتیجه
طراحی سیلیکون مقاوم در برابر خستگی، هماهنگی بین ساختار، ماده و هندسه را نشان میدهد. با مدیریت ضخامت، شعاع و سختی، طراحان میتوانند به محصولات تاشو دست یابند که هزاران چرخه را بدون از دست دادن شکل یا یکپارچگی آببندی، دوام میآورند.
آیا میخواهید قبل از ابزارسازی، طرح تاشوی خود را تأیید کنید؟
طرحهای سازهای و اهداف طول عمر خود را برای تیم ما ارسال کنید تا یک چک لیست تأیید طراحی سفارشی دریافت کنید، یا مرجع سریع مشخصات طراحی سازه تاشو را از اینجا دانلود کنید. سیلیکون RuiYang.
