Литье под давлением LSR: двухгнездное силиконовое литье для бытовой электроники.
Компания Fecision разработала двухгнездную пресс-форму для жидкого силиконового каучука для клиента из сферы бытовой электроники, используя нержавеющую сталь S136, литниковые каналы 3×0.08 мм и систему выталкивания с помощью ползунка. Пресс-форма рассчитана на 2 300,000 циклов работы при усилии смыкания 120 тонн, при этом толщина облоя на линии разъема не должна превышать 0.05 мм.
Литье под давлением жидкой силиконовой резины
Высокопрочный нейлон (PA6 / PA66 + GF)
Бытовая электроника (3C)
история проекта
Разработка технологии литья под давлением с использованием LSR-материала
Наш клиент предоставил 3D-геометрию для двух связанных силиконовых деталей — уплотнения разъема и варианта кабельной втулки — предназначенных для 120-тонного пресса LSR. Обе детали требуют литья под давлением на пластиковую подложку, что означает, что форма должна одновременно учитывать два различных типа усадки материала в одной и той же полости.
Геометрия представляла восемь отдельных точек риска с точки зрения технологичности производства (DFM) еще до того, как была сгенерирована хотя бы одна строка кода для расчета траектории движения инструмента. Инженерная группа Fecision завершила полный анализ технологичности производства 03.04.2025 (DFM Rev V01) и провела моделирование потока расплава в трех конфигурациях литниковых каналов, прежде чем остановиться на окончательной компоновке литникового канала с клапаном и литниковой системой.
Двойной контроль усадки: силиконовые зоны требуют стандартной компенсации усадки, в то время как области, покрытые формованным пластиком, не допускают никакой компенсации.
Подрезы в 12 местах расположения круглых отверстий — первоначальная глубина защелкивания 1.0 мм делала ручное извлечение изделия из формы нецелесообразным.
Существует риск образования бликов на границе раздела пластиковой подложки, что требует конусности 10° или преднамеренного контролируемого перелива на 0.1 мм.
Острая геометрия кромок по всей поверхности — потенциальный риск истирания детали при извлечении из формы из-за отсутствия закругленных углов.
В ходе проверки DFM в одной из зон была выявлена возможная структурная ошибка в геометрии заказчика.
Более подробную информацию об этом процессе см. в нашем разделе. Возможности оснастки для литья под давлением LSR →
Техническая спецификация пресс-формы
| Тип пресс-формы | Жидкий силикон (LSR) |
| Количество полостей | 2 полости |
| Стальная полость / сердечник | Нержавеющая сталь S136 |
| Материал основы пресс-формы | A50 |
| Система ворот | Холоднолитой канал, 3×0.08 мм |
| Маркировка затвора (клапана) | Ø1.0 × 0.3 мм глубиной |
| Количество слайдеров | 2 ползунка (S136) |
| Метод выброса | Ручной подъемник для штанги + направляющая |
| Вес бегуна | ~ 5 г |
| Целевой срок службы плесени | 300,000 циклов |
| Размер машины | 120 T |
| Допуск на вспышку PL | ≤ 0.05 мм |
| Допуск шага PL | ≤ 0.03 мм |
Процесс инжиниринга
Чек на 3D-геометрию
Клиент получил 3D-файлы. 2D-чертежи на данном этапе не предоставлены; проектирование с учетом технологичности производства (DFM) осуществляется только на основе геометрии модели.
Анализ DFM (версия V01)
Завершен полный анализ технологичности проектирования. Выявлено восемь факторов риска, связанных с анализом чернового варианта, проектированием литниковых каналов, определением параметров технологичности, извлечением и усадкой.
Моделирование течения плесени
Были смоделированы три конфигурации литникового канала. Для каждой конфигурации оценивались время прохождения фронта расплава, положение воздушной ловушки, прочность сварочного шва, давление заполнения и усилие зажима.
Проектирование оснастки заблокировано
Выбрана система холодного литья с клапаном 3×0.08 мм. Материал S136 для полости/сердечника/ползунка. Основание пресс-формы A50. Подтверждена двухгнездная компоновка. Интегрирована процедура внесения изменений заказчиком (ECN).
Закупка и обработка стали
Для обеспечения коррозионной стойкости к воздействию силиконовых катализаторов в течение 300 000 циклов впрыска были заказаны заготовки из нержавеющей стали S136.
Образец Т1 и ППАП
Первичная проверка образца, составление полного отчета о размерах и утверждение производственного процесса перед утверждением серийного производства.
Оценка рисков: проект LSR
Компания Fecision проводит формальную оценку рисков продукта в начале каждой новой программы. Оценка охватывает соответствие экологическим требованиям, классификацию применения и условия контакта с телом — эти три фактора определяют, какие сертификаты материалов, средства контроля технологического процесса и требования к отслеживаемости применяются.
Соответствие экологическим нормам и требованиям к материалам
Вопрос: Соответствуют ли сырье и технологические добавки экологическим требованиям заказчика (RoHS, REACH, отсутствие галогенов и т. д.)?
Ответ: Да, подтверждено. Марки LSR, указанные для этого проекта, доступны в составах, соответствующих директиве RoHS 2011/65/EU и пороговым значениям SVHC регламента REACH. Документация по соответствию материала требованиям (паспорт безопасности + сертификат соответствия) включена в производственное досье.
Классификация приложений
Вопрос: Для чего предназначены эти детали в конечном итоге?
Ответ: Бытовая электроника (сектор 3C). Детали представляют собой структурные/герметизирующие компоненты электронного устройства, которые эксплуатируются в нормальных условиях, но не подлежат повышенному контролю со стороны регулирующих органов (немедицинские, не автомобильные). Эта классификация означает, что контроль процесса соответствует стандартной системе ISO 9001 компании Fecision; дополнительные меры контроля, специфичные для сертификации (ISO 13485, IATF 16949), не применяются.
Классификация телесно-контактных взаимодействий
Вопрос: Соприкасаются ли готовые детали с кожей или слизистыми оболочками человека во время использования?
Ответ: Нет, подтверждено. Эти детали являются внутренними компонентами устройства бытовой электроники — они заключены внутри устройства и не контактируют с пользователем. Это означает, что тестирование на биосовместимость по стандарту ISO 10993 не требуется, и к выбору компаунда LSR не предъявляются особые требования к безопасным для кожи добавкам.
Выявленные риски, связанные с проектированием и изготовлением, и инженерные решения.
В ходе анализа DFM (технологичности изготовления) деталей из LSR (лактокаучука) было выявлено восемь проблем еще до заказа стали. Каждая обнаруженная проблема была задокументирована с предлагаемым решением, после чего результаты были представлены клиенту для утверждения. Этот процесс предварительного анализа перед изготовлением инструмента является стандартной практикой в компании Fecision и обычно предотвращает 2–3 дорогостоящих инженерных изменения после образца T1.
Риск истирания острых углов
Множество острых внутренних кромок на деталях создают две проблемы: они повреждают мягкую поверхность LSR во время извлечения и вызывают концентрацию напряжений в стали, что сокращает срок службы пресс-формы ниже целевого показателя в 300 000 циклов.
РазрешениеКомпания Fecision рекомендовала добавить радиус закругления углов R0.3 мм на всех острых кромках обеих деталей. Заказчику было предложено подтвердить эти дополнения для обоих вариантов геометрии до начала резки стали.
Чрезмерная подрезка в местах расположения отверстий
Уплотнение соединителя имеет 12 круглых отверстий с глубиной защелкивания с одной стороны 1.0 мм. Для силиконовой детали такого масштаба такое усилие подреза делает чистое ручное извлечение из формы ненадежным и увеличивает риск разрыва затвердевшей резины при каждом цикле.
РазрешениеИнженерный отдел запросил уменьшение глубины подреза с 1.0 мм до 0.5 мм с каждой стороны — уменьшение на 50%, которое сохраняет функцию механической фиксации, одновременно сводя усилие при извлечении из формы в безопасные пределы для LSR.
Риск вспышки на границе раздела пластиковой подложки
В местах соединения LSR-силикона с пластиковой вставкой, боковая поверхность пластика расположена вертикально, что создает условия для распространения расплавленного силикона под давлением зажима и образования заусенцев, которые практически невозможно чисто удалить после отверждения.
Клиенту были предложены два варианта:
Вариант А: Подать заявку Наклон на 10° к пластиковой боковой поверхности, создавая самогерметизирующийся угол под давлением пресс-формы. Вариант B: Разработать продуманный односторонний переливной канал 0.1 мм Это позволяет контролировать направление вспышки, а не пытаться полностью её предотвратить.
Дифференциальная усадка — зоны переформования
При литье с использованием LSR-силикона, заключенный в него пластиковый компонент имеет фиксированные размеры — он не может сжиматься. Окружающий силикон сжимается на 2–3% при охлаждении. Если форма обеспечивает равномерную усадку в обеих зонах, окончательные размеры детали будут неправильными в областях, содержащих только силикон, или граница литьевого слоя потрескается.
РазрешениеВ решении указано, что зоны, скрепленные пластиком (красные), допускают нулевую компенсацию усадки, в то время как зоны из чистого силикона (синие) требуют стандартной компенсации усадки LSR. Один из размеров уже определен как −0.7 мм — требуется перекартирование перед обработкой полости.
Проектирование воротных систем
Конструкция литникового канала холодного литья для LSR: 3×0.08 мм
Для этой двухгнездной формы из жидкого силиконового каучука компания Fecision выбрала систему холодного литья с клапанными затворами вместо обычной системы горячего литья. Жидкий силиконовый каучук — это термореактивный материал с платиновым отверждением, который отверждается при повышенной температуре пресс-формы (160–200 °C) и течет в холодном состоянии. Система холодного литья поддерживает температуру неотвержденного материала на уровне окружающей среды в каналах, предотвращая предварительное отверждение во время фазы заполнения.
▲ Размеры литникового канала 3×0.08 мм (ширина × высота) были определены с помощью моделирования. Более широкий литниковый канал увеличивает время заполнения и увеличивает риск задержки в тонкостенных областях; более узкий литниковый канал генерирует тепло сдвига в литниковом канале, что повышает вязкость материала до заполнения полости. Высота 0.08 мм позволяет поддерживать скорость сдвига в пределах рекомендуемого Momentive технологического диапазона для стандартных марок LSR.
▲ Игла затвора непосредственно контактирует с верхней поверхностью детали, оставляя след диаметром 1.0 мм на глубине 0.3 мм. Такой подход позволяет избежать прилипания отходов литниковой системы к детали — игла чисто втягивается в конце заполнения, и единственным артефактом является отслоившийся след от литниковой системы. Для применения в потребительской электронике это было признано приемлемым заказчиком.
Вход через ворота: канал холодного литья одновременно подает жидкость в обе полости для сбалансированного заполнения.
Выход из ворот: паз 3×0.08 мм на входе в полость, рассчитанный на ламинарный поток LSR.
Шрам от клапана: Ø1.0 мм × 0.3 мм на верхней поверхности — клиент подтвердил приемлемость.
Температура пресс-формы При температуре 180°C запускается цикл отверждения платины; литник остается холодным.
Проектирование воротных систем
Результаты анализа потока расплава при формовании деталей из LSR
Были проведены три независимых моделирования потока расплава — по одному для каждого варианта конфигурации литникового канала — с использованием фактических кривых вязкости материала LSR. Принятая конструкция (конфигурация C, холодноканальный клапанный затвор 3×0.08 мм) обеспечила наиболее сбалансированный фронт расплава, наименьшее пиковое напряжение сдвига и усилие смыкания, находящееся в пределах грузоподъемности пресса в 120 тонн.
| Параметр анализа | Измеренное значение | Ед. | Статус |
| Максимальное давление в литнике (в конце заполнения) | <80 | МПа | ПАСС |
| Требуемое усилие зажима | 68 | тонн | ПРОЙДЕНО (57% из 120T) |
| Дисбаланс времени заполнения (левая и правая полости) | ± 2 | % | СБАЛАНСИРОВАННЫЙ |
| Градиент температуры плавления | ± 8 | ° C | В СООТВЕТСТВИИ СО СПЕЦИФИКАЦИЕЙ |
| Подсчет количества воздушных ловушек (для предотвращения загрязнения) | 2 | места | РЕШЕНО (вентиляторы PL) |
| Места расположения сварочных линий | За спиной 12 боссов | - | ПРИЕМЛЕМЫЙ |
| Объемная усадка LSR (чистые зоны) | 2.8 | % | НОРМАЛЬНЫЙ ДИАПАЗОН |
| Максимальная скорость сдвига на затворе | В пределах окна OEM | - | ПАСС |
Время фронта плавления
Продвижение фронта расплава подтвердило равномерное заполнение обеих полостей. В тонкостенных областях между поднутрениями не обнаружено зон задержки. Время заполнения симметрично в пределах ±2% между левой и правой полостями.
Место расположения воздушной ловушки
Анализ воздушных ловушек выявил два потенциальных места скопления воздуха в зоне завершения заполнения вблизи контакта с направляющей. Оба случая были устранены путем добавления вентиляционных канавок толщиной 0.02 мм по указанным координатам.
Прочность линии сварного шва
Расположение сварных швов нанесено на карту в зонах слияния за 12 подрезанными выступами. Цветовой анализ (темнота сварных швов) указывает на умеренное структурное воздействие — достаточное для статического уплотнения, где не ожидаются циклические изгибающие нагрузки.
Давление наполнения
Максимальное давление заполнения литника оставалось ниже 80 МПа в обеих полостях, при этом падение давления в литниковом канале было сбалансировано между каналами. Признаков переполнения по периметру полости не обнаружено.
Распределение температуры расплава
Общий температурный градиент по всей полости оставался в пределах ±8°C к концу заполнения. Температура центрального слоя (линия детали) оставалась выше минимальной температуры текучести на протяжении всего процесса, что подтверждает отсутствие колебаний в самых тонких участках стенки толщиной 1.5 мм.
Объемная усадка
Максимальная прогнозируемая объемная усадка в зонах из чистого силикона составила 2.8% — что находится в пределах нормы для LSR. В областях, покрытых формованным пластиком, объемная усадка оказалась практически нулевой, как и ожидалось, что подтверждает эффективность стратегии двойной компенсации усадки.
Результаты проекта
Что дала разработка DFM + анализ потока расплава
Этап проектирования до изготовления оснастки — анализ DFM (проектирование с учетом технологичности) и три раунда моделирования — позволил устранить все потенциальные риски до заказа стали. Такая последовательность обычно предотвращает 2–3 изменения в проекте после этапа T1, каждое из которых влечет за собой как затраты на доработку, так и задержку сроков изготовления оснастки из LSR.
Риски, связанные с проектированием и изготовлением оснастки (DFM), были выявлены и устранены до начала работ.
Конфигурации затвора, смоделированные перед окончательным выбором конструкции 3×0.08 мм.
Целевой срок службы пресс-формы достигается за счет выбора стали S136 + A50.
Использованная мощность пресса (фактическая 68 тонн против 120 тонн у машины) — большой запас прочности.
Ваша история успеха может стать следующей!
Хотите получить такие же результаты для своего производства?
Свяжитесь со мной — давайте обсудим, чего мы можем достичь вместе.
Вы также можете быть заинтересованы в
Оптимизация обработки поверхности штамповочного инструмента: закалка и отпуск + DLC-покрытие.
Литье под давлением LSR: двухгнездное силиконовое литье для бытовой электроники.
