Часто силиконовое литье под давлением описывают как сбалансированный процесс.
С нашей стороны производственного цеха, в STM речь идет не столько о балансе, сколько о контроле.
Обычно мы прибегаем к трансферному литью, когда компрессионное литье начинает казаться непредсказуемым, а литье под давлением — ненужным или слишком дорогим для такого объема производства. Большинство проектов по трансферному литью поступают к нам с одним четким требованием: деталь должна быть изготовлена правильно с первого раза, а не после многочисленных этапов сборки или корректировки.
В этой статье не объясняется принцип работы STM так, как это делают учебники. В ней объясняется, как STM ведет себя на практике во время испытаний пресс-форм, мелкосерийного производства и реальных проектов для клиентов.
Что такое трансферное формование силикона?
Формование силиконовым герметиком (STM) — это процесс, при котором незатвердевший силикон под давлением вдавливается из ёмкости для переноса в закрытую, нагретую форму, а затем затвердевает, приобретая окончательную форму.
На практике СТМ редко выбирают только потому, что деталь сложная.
Этот вариант выбран потому, что данная деталь не допускает неравномерного заполнения, смещения вставки или отклонения размеров.
Чаще всего технология STM используется для изготовления медицинских ручек, электронных капсул и силиконовых деталей, отлитых непосредственно на металлических или пластиковых вставках. Это детали, для которых компрессионное формование с трудом обеспечивает равномерное заполнение, а литье под давлением увеличивает стоимость и сложность без очевидных преимуществ.
Как работает технология силиконового литья под давлением в цеху
Подготовка формы
Если деталь, изготовленная методом литья под давлением, не проходит проверку, первопричину часто удается обнаружить за несколько недель до этого, еще на этапе проектирования пресс-формы.
Мы работаем как со стальными, так и с алюминиевыми пресс-формами. Сталь используется, когда важна долговременная стабильность. Алюминий часто применяется на ранних этапах изготовления образцов, поскольку сокращает сроки выполнения заказа. Но независимо от материала, пресс-формы для СТМ должны проектироваться иначе, чем пластиковые инструменты.
Мы видели проекты, где на бумаге все выглядело правильно, но допуски пресс-форм были слишком жесткими для силикона. В результате в одной области получался чрезмерный облой, а в другой – недолив. После этого мы перестали рассматривать пресс-формы STM как упрощенные литьевые формы. Это не так.
Перед началом производства пресс-формы очищают и покрывают разделительным составом. Этот этап кажется рутинным, но его пропуск или использование неправильного покрытия часто приводит к прилипанию и дефектам поверхности, которые проявляются только после нескольких циклов.
Подготовка материала
В STM в основном используется высококонсистентная резина (HCR). Одна из причин проста: HCR ведет себя более предсказуемо под давлением при передаче, особенно при использовании вставок.
Соотношение смешивания обычно составляет от 10:1 до 20:1, в зависимости от соединения. На бумаге небольшое отклонение не выглядит серьезным. В действительности же ошибки в соотношении часто не проявляются сразу.
Однажды мы обработали партию, в которой соотношение компонентов было немного нарушено. Детали легко извлекались из форм и выглядели приемлемо. Только во время окончательной проверки мы заметили разницу в твердости по всей одной и той же полости. Этого было достаточно, чтобы забраковать партию.
С тех пор мы рассматриваем смешивание материалов как контролируемый процесс, а не как этап подготовки. Если соотношение неправильное, никакая последующая корректировка не сможет полностью это исправить.
После смешивания силикон помещается в емкость для перелива. Предварительный нагрев здесь заметно улучшает ситуацию. Холодный материал заставляет нас повышать давление, что обычно создает новые проблемы вместо решения проблем с текучестью.
Этап трансфера
После закрытия формы поршень вдавливает силикон в полости. Типичное давление составляет от 500 до 2000 фунтов на квадратный дюйм.
Распространенное заблуждение заключается в том, что более высокое давление улучшает заполнение. В технологии STM это верно лишь отчасти. Когда давление используется для компенсации плохой вентиляции, результатом часто становится больше облоя и смещение вставок.
Мы уделяем пристальное внимание конструкции затвора и вентиляционного отверстия. Когда пузырьки воздуха появляются в одном и том же месте при каждом цикле, причина почти никогда не кроется в материале. Обычно это захваченный воздух, которому некуда деваться.
Хорошая текучесть достигается за счет контроля температуры и конструкции пресс-формы, а не грубой силы.
Лечение
Температура отверждения обычно находится в диапазоне от 150°C до 200°C, а продолжительность цикла варьируется в зависимости от толщины детали.
Для тонких деталей процесс отверждения кажется быстрым и простым. Для более толстых или конструкционных деталей время отверждения становится критически важным. Мы часто рекомендуем дополнительное отверждение при температуре около 200 °C в течение нескольких часов, особенно для медицинских или высокотемпературных применений.
Пропуск последующего отверждения экономит время в процессе производства, но часто приводит к остаточной деформации или механическим повреждениям спустя несколько месяцев. Эти проблемы гораздо сложнее объяснить клиенту, чем необходимость более длительного цикла отверждения на начальном этапе.
Демонтаж
Демонтаж плесени — один из тех этапов, которому редко уделяется внимание, пока что-нибудь не пойдет не так.
Выталкивающие штифты необходимо устанавливать аккуратно. Чрезмерное усилие или неправильное размещение могут деформировать мягкий силикон или оставить видимые следы. Для деликатных деталей мы иногда используем вакуумное извлечение из формы, чтобы уменьшить напряжение при снятии.
Если деталь повреждена на этом этапе, никакие качественные работы по литью, проведенные на предыдущем этапе, не смогут ее восстановить.
Постобработка
В СТМ часто встречается облой. Типичная толщина облоя колеблется от 0,05 мм до 0,2 мм в зависимости от посадки пресс-формы и силы зажима.
Для деталей, выпускаемых большими партиями, мы часто используем криогенное удаление заусенцев. Для видимых деталей или деталей, выпускаемых небольшими партиями, ручная обрезка обеспечивает лучший контроль. Обработка поверхности, такая как плазменная активация, применяется, когда требуется склеивание или нанесение покрытия.
Эти этапы часто недооцениваются при составлении цитирования, но они играют важную роль в окончательном оформлении и согласованности.
Выбор материала: почему HCR по-прежнему является вариантом по умолчанию
HCR остается основным материалом для STM, поскольку он обеспечивает лучшую устойчивость к разрыву и стабильность размеров под давлением.
Твердость обычно колеблется от 30 до 80 по Шору А. Более мягкие материалы легко текут, но требуют лучшей вентиляции. Более твердые материалы лучше держат форму, но требуют более точного контроля температуры и давления.
Для медицинских и пищевых применений стандартными являются сертифицированные компаунды. Мы всегда проверяем свойства отверждения в ходе реальных испытаний, а не просто по техническим характеристикам.
Параметры процесса, влияющие на выход годной продукции
Согласно нашим производственным данным, наиболее чувствительными параметрами являются:
- Давление переноса: 500–2000 фунтов на квадратный дюйм
- Температура формы: 150–200°С
- Скорость передачи: Слишком быстрое время задерживает воздух, слишком медленное — увеличивает риск преждевременного заживления.
- Время отверждения: Недостаток времени часто приводит к образованию мягких ядер.
Когда эти параметры изменяются, дефекты появляются очень быстро.
Рекомендации по проектированию, которые сэкономят время в будущем.
Равномерная толщина стенок по-прежнему остается самым надежным правилом. Резкие изменения толщины часто приводят к неполному заполнению или внутреннему напряжению.
Расположение литников и направляющих должно обеспечивать плавный поток, а не только кратчайшие пути. Вставки следует по возможности фиксировать механически. Полагаться только на текучесть силикона для удержания вставок обычно приводит к проблемам с выравниванием.
Грамотная конструкция позволяет сократить количество брака эффективнее, чем радикальная корректировка параметров.
Контроль качества: выявление проблем на ранней стадии
К распространенным дефектам, выявляемым с помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), относятся пузырьки воздуха, неполное вспенивание, чрезмерное количество облоя и недостаточное отверждение.
Мы регулярно проверяем твердость, прочность на растяжение и размеры. Для медицинских и электронных компонентов дополнительная проверка гарантирует долговременную работоспособность.
Большинство дефектов связаны с нестабильностью конструкции системы вентиляции или ее параметров, а не с качеством материала.
Преимущества и ограничения в практическом применении
Что хорошо получается у STM
- Равномерное заполнение сложных геометрических форм.
- Надежное литье под давлением без вторичной сборки.
- Разумная стоимость оснастки для средних объемов производства.
Где у STM есть ограничения
- Более длительное время отверждения, чем при литье под давлением.
- Отходы материалов от литников и переливных емкостей
- Повышенная зависимость от экспертных знаний в области литья под давлением и технологических процессов.
STM работает наиболее эффективно, когда точность и надежность важнее, чем просто скорость.
Типичные задачи, которые мы решаем
СТМ обычно используется для:
- Компоненты медицинского оборудования
- Электронная инкапсуляция
- Промышленные уплотнения со вставками
- Специализированные потребительские товары
Его сильная сторона заключается в производстве деталей, которые должны стабильно работать, а не просто хорошо выглядеть.
Формование методом трансферного формования против других методов формования силикона
Трансфер против Компрессионное формование
Компрессионное формование экономически выгодно для простых, толстых деталей. Формование методом трансферного формования обеспечивает лучший контроль потока и интеграцию вставок для получения прецизионных компонентов.
Трансфер против Литье под давлением
Литье под давлением отлично подходит для крупносерийного автоматизированного производства. Трансформационное литье более гибкое и экономичное для средних объемов производства с использованием материалов HCR.
Часто задаваемые вопросы
Сколько стоит STM?
Стоимость зависит от сложности детали и объема производства. По общей стоимости технология STM обычно занимает промежуточное положение между компрессионным и литьевым формованием.
Какова продолжительность одного цикла СТМ?
Сам процесс переноса происходит быстро, но отверждение обычно занимает от 1 до 15 минут, в зависимости от толщины и материала.
Подходит ли СТМ для медицинских приборов?
Да. Технология STM широко используется для изготовления медицинских компонентов благодаря стабильности материала и возможности литья под давлением.
Чем СТМ отличается от литья под давлением?
Технология STM работает при более низком давлении и подходит для изготовления сложных деталей в средних объемах. Литье под давлением предпочтительнее для крупносерийного автоматизированного производства.
Заключение
Метод силиконового трансферного формования выбирают не потому, что он модный или простой. Его выбирают потому, что он решает конкретные проблемы, с которыми не справляются другие методы формования.
При правильном проектировании пресс-форм, выборе материалов и контроле технологического процесса компания STM обеспечивает стабильное производство высокоэффективных деталей с меньшим количеством неожиданностей на последующих этапах.
Мы много лет работаем с силиконовым литьем в самых разных отраслях промышленности. Если вы оцениваете возможность применения STM для вашего продукта или сравниваете варианты литья, мы будем рады обсудить ваш проект, основываясь на реальных производственных условиях, а не на предположениях.
