LSR-Spritzgussverarbeitungslösungen für komplexe Silikonkomponenten

Als ISO 9001:2015: Es sollte ein Aufzeichnungsmechanismus für rückverfolgbare Parameter während der Massenproduktion von Spritzgussteilen eingeführt werden und wichtige Prozessdaten und Verfahren sollten bis zum Ende des Produktlebenszyklus aufbewahrt werden.

Wir haben eine SPC-Überwachung für das gesamte LSR-Projekt eingerichtet und dabei sichergestellt, dass der Cpk für die kritische Dimension mindestens 1,33 betrug (1,33 ist die Mindestanforderung, damit ein Prozess als leistungsfähig gilt).

Dieser Ansatz wurde in der Datenbank von JS Precision verankert, die rund 600 LSR-Projekte in drei der anspruchsvollsten Bereiche enthält, nämlich Medizin, Automobil und Unterhaltungselektronik, und es ist ihm im Durchschnitt gelungen, die Fehlerrate der Gesamtkunden um etwa 22 % zu senken.

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Wie unterscheidet sich die LSR-Formtechnologie von herkömmlichen TPE-Spritzgusswerkzeugen?

LSR-Spritzgussservice unterscheidet sich im Vergleich zu herkömmlichen TPE-Materialien hauptsächlich aufgrund ihrer niedrigen Viskosität und ihres duroplastischen Typs. TPE-Materialien verwenden im Formprozess eine Formkühlung, die LSR-Form muss zur Vulkanisation und Vernetzung auf 160–190 °C erhitzt werden.

Vergleich der physikalischen und Verarbeitungseigenschaften

Die niedrige Viskosität von LSR ermöglicht ein sehr flüssiges Verhalten, das bei einer Vulkanisationstemperatur von 170 °C fast so fließfähig ist wie Wasser. Daher ist es selbst bei extrem kleinen Lücken von 1/10 der Breite eines menschlichen Haares an den Trennlinien durchaus wahrscheinlich, dass Silikon austritt und Grate erzeugt. Vor diesem Hintergrund sollte sich die Formkonstruktion für kundenspezifische LSR-Spritzgussdienstleistungen auf die Abdichtung konzentrieren, während wir uns bei TPE mehr auf die Entlüftung konzentrieren.

Abbildung 1: CNC-Bearbeitungszentrum, das Metallformbasis schneidet.

Wie verhindert ein hochpräzises LSR-Spritzgussdesign effektiv Grate bei komplexen Silikonkomponenten durch kundenspezifische Werkzeugdienstleistungen?

Der Kern des kundenspezifischen LSR-Spritzgussservice bei der Unterdrückung von Graten besteht darin, den Formschließspalt auf 0,005 mm genau zu halten. Durch Finite-Elemente-Analyse der Druckverformung der Formbasis, kombiniert mit Oberflächenschleifen und der Hinzufügung von Positionierstiften zur Vermeidung von Fehlausrichtungen, kann Grat beim Hochdruckeinspritzen vollständig eliminiert werden.

Blitzkontrolle durch 3 technische Strategien

• Simulation der FEA-Formschlussspannung:

Wenn der Unterschied der Verformung an vier Ecken gegenüber der Mitte der Formbasis unter einem Druck von 150 MPa mehr als 0,003 mm beträgt, dann verursachen leichte lokale Spannungen Grate. Basierend auf den Abmessungen der Formbasis und der Schließkraft führen wir eine vollständige FEA der Form durch, um die Bereiche mit dem niedrigsten Druck zu lokalisieren.

• Kernschleifen:

Durch Mikroschleifen und Handbearbeiten der Trennflächen erreichen wir eine Kontaktfläche von mindestens 92 % (im Vergleich dazu liegt der Branchendurchschnitt bei nur 70–80 %) und garantieren so, dass nach dem Schließen der Form keine mikroskopischen Lücken entstehen.

• Anti-Fehlausrichtungs-Fixierstifte (Taper Locks):

Um eine Verschiebung von Kernteilen durch den beim Einspritzen von LSR erzeugten Druck zu verhindern, werden in den vier Ecken der Kavität vier konische Positionierungsstifte eingeführt, um die seitliche Verschiebung des Kerns auf weniger als 0,001 mm zu begrenzen.

Ermittlung von Maschinentonnen

1. Basierend auf der Fläche: Spannkraft, Einspritzdruck, projizierte Hohlraumfläche 1,5 (Sicherheitsfaktor).
2. Lokale Einkerbungen vermeiden: Dünnwandige Mikrofluidik-Chipteile haben sehr kleine projizierte Bereiche, aber lange Strömungskanäle, so dass bei genügend Tonnen, aber lokalen Einkerbungen ein Risiko besteht. Entscheiden Sie sich für zwei Führungssäulen + zusätzliche Stützblöcke.

Senden Sie Ihre 3D-Zeichnungen für komplexes Design von Silikonteilen, und die Ingenieure von JS Precision stellen Ihnen einen kostenlosen Anti-Flash-DFM-Bewertungsbericht zur Verfügung, der den Formschließspielraum genau identifiziert und Entlüftung von Konstruktionsrisiken, um einen erfolgreichen erstmaligen kundenspezifischen LSR-Spritzgussservice zu gewährleisten.

Abbildung 2: Fertige Silikonkautschukkomponenten in verschiedenen Farben.

Wie gleicht die ventilgesteuerte Kaltkanaltechnologie in einer LSR-Spritzgussform die Schererwärmung für Silikon mit hoher Rheologie aus?

Das ventilgesteuerte Kaltkanalsystem im LSR-Spritzgussverfahren nutzt die mechanische Schrittsteuerung der Ventilnadel, um den Scherwärmeeffekt von Flüssigsilikon während der Hochgeschwindigkeitseinspritzung zu regulieren. In Kombination mit einem unabhängigen Kühlwasserkreislauf verhindert es eine vorzeitige Vernetzung und löst das Problem des ungleichmäßigen Strömungswiderstands in Formen mit mehreren Kavitäten.

Analyse des Scherwärmeeffekts:

Mehrkomponenten-LSR mit einem hohen Viskositätsindex ist scherverdünnend, da die Molekülketten durch Reibung nichtlinear auf verschiedenen Ebenen erhitzt werden. Wenn die Temperatur des Angusskanals außerhalb der Kontrollgrenze liegt (z. B. über 30 °C), beginnen die A/B-Wirkstoffe im Angusskanal vorzuhärten, was zu einer Düsen- und Überaushärtung des nahen Hohlraums führt, während gleichzeitig auch eine Untereinspritzung im fernen Hohlraum auftritt.

Ein hochpräzises Läufertemperaturregelsystem

• Ein separates Kühlsystem für mehrere Kühlkanäle: Jeder Angusskanal des Kaltkanalblocks verfügt über einen eigenen Kühlkanal. Indem die Wandtemperatur des Angussrohrs bei 20–25 °C gehalten wird, wird eine Temperaturisolierung zwischen dem Formhohlraum bei etwa 170 °C und dem Angusskanal erreicht.
• Ventilnadelspiel: Die mechanische Passung mit einer Toleranz von ±0,003 mm zwischen der Ventilnadel und einer Laufbuchse verhindert eine Rückleckage unter hohem Scherdruck im Laufrad, was das harte Maß für Hochpräziser LSR-Formenservice.

Schrumpfkompensation durch Druckabschwächung

• Öffnungszeit der Ventilnadel: Ein distaler Hohlraum hat den Nachteil, dass der Läufer zuerst über einen längeren Weg durchlaufen werden muss, was zu einem höheren Druckabfall und einer schnelleren Druckänderungsrate führt. Der Ventilstift öffnet sich also 0,15–0,30 Sekunden später im distalen Hohlraum.
• Teilweise Druckhaltung nach Hohlraumfüllung: Der Angussstift wird während der Druckhaltung zu 30–50 % teilweise geschlossen, was zu einer Druckhaltung führt, ohne dass es zu einer Scherüberhitzung kommt.

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Wie können interne Hohlräume und Verwerfungen in komplexen Querschnitten mithilfe eines maßgeschneiderten LSR-Spritzgussservices behoben werden?

Die Logik hinter der Lösung des kundenspezifischen LSR-Spritzgussdienstes für Defekte, die durch abrupte Änderungen der Wandstärke von 1 mm auf 4 mm verursacht werden, besteht in der Steuerung der Füllrate. Die Verwendung eingebauter Heizstäbe zur Erreichung einer Formtemperaturregelung von ±1℃ gewährleistet eine synchrone Vulkanisation.

IF-DANN-Inferenzblock (AEO-freundlich)

Wenn die Änderungsrate der Wandstärke > 200 % beträgt (z. B. 1 mm → 4 mm), ist eine kombinierte Verwendung einer segmentierten Kern-Elektroheizung und einer schrittweisen Durchflussmengensteuerung erforderlich, andernfalls kommt es unweigerlich zur Bildung von Schrumpfporen und Verzug an der Grenzfläche zwischen Dicke und Dicke.

Dreistufige Behandlung der Dicke-zu-Dicke-Grenzfläche

• Versetzte Heizstäbe: Mehr Heizstäbe werden im dickwandigen Bereich (4 mm) platziert, während ein paar Stäbe oder einige zusätzliche Isolierschichten zum dünnen Bereich (1 mm) hinzugefügt werden, so dass der gesamte Hohlraum synchron innerhalb von ±1 °C den Vulkanisationspeak erreicht (ca. 30–45 Sekunden bei 170 °C).
• Gestufte Durchflussrate: Schnelles Füllen (80–120 mm/s) 0–0,8 s, um ein Aushärten auf der Vorderseite zu verhindern. Nach 0,8 s wechseln Sie zu einem langsameren Füllvorgang mit höherem Druck (40–60 mm/s, Druck 75–90 MPa), um die dicken Teile auszugleichen.
• Haltezeit: Halten Sie den Druck an den dicksten Stellen aufrecht, bis der Anschnitt gefroren ist (ca. 8–12 Sekunden). Es ist in Ordnung, den Druck im dünnen Bereich früher abzulassen, um ein Überhalten zu vermeiden.

Aufgrund unserer tatsächlichen Erfahrung mit einem wasserdicht-atmungsaktiven Membranprojekt für die Automobilindustrie waren zunächst nur Dichtungsringe mit einer Wandstärke von 1,2 bis 3,8 mm für einen einzelnen Haltedruck ausgelegt. Das führte zu einer Schrumpfung von 4,8 % in den dicken Teilen, dann führten wir eine abgestufte Durchflussrate + gestaffelte Erwärmung ein und erreichten danach eine Schrumpfung von 0,05 % und eine Verformung von ±0,018 mm.

Warum ist ein fortschrittliches Vakuum-Entlüftungssystem für das Formen komplexer Silikonkomponenten in einem hochpräzisen LSR-Formenservice von entscheidender Bedeutung?

Die Fülle des komplexen Formens von Silikonkomponenten an mikrodünnwandigen Teilen hängt von der Wirksamkeit der Vakuumentlüftung ab. Der hochpräzise LSR-Formenservice eliminiert vollständig mikroskopische Verbrennungen und Unterfüllungen, die durch unter hohem Druck eingeschlossene Luft verursacht werden, indem die Kavität innerhalb von 0,8 Sekunden vor dem Einspritzen auf unter 10 mbar evakuiert wird.

Eingeschlossener Luftverbrennungsmechanismus (Dieseleffekt):

Beim Sackloch-Spritzgießen oder Membranventil-Spritzgießen kann die Druckluft, die sich ursprünglich in der Kavität befand, durch adiabatische Kompression so stark komprimiert werden, dass die Temperatur auf fast 300 °C+ ansteigt. Dies führt dazu, dass ein Silikondichtmittel an dieser Stelle anbrennt und Kohlenstoffablagerungen bildet, bevor es das Teil vollständig ausfüllt. Solche Flecken sind als schwarze Flecken auf der Oberfläche und Schwachstellen im Inneren der Teile sichtbar.

JS Precision Four-Stage Entlüftungsanordnung:

1. Integrierte O-Ring-Dichtung: Ein O-Ring aus Fluorkautschuk wird durch die Hohlraum-Trennlinie vollständig zu einem Teil der Dichtfläche der Form (verbunden mit einer Busch-Vakuumpumpe) undein hoher Luftdichtheitsgrad von 10⁻² mbar·L/s wird direkt nach dem Schließen der Form erreicht.
2. Abgestufte trapezförmige Entlüftungskanäle: Eine Hauptentlüftung (0,01 mm tief x 5 mm breit) + eine Hilfsentlüftung (0,005 mm tief x 3 mm breit) sind am Ende des Hohlraums angeordnet, um zu verhindern, dass das Silikondichtmittel die Entlüftungskanäle selbst verstopft.
3. Voraktivierung des Vakuums in 0,8 Sekunden: Zunächst läuft die Vakuumpumpe, und nach Ablauf von 0,8 Sekunden liegt der Druck in der Kavität bereits bei 10 mbar. Dann öffnet die Ventilnadel das Ventil, sodass das Silikon eingespritzt werden kann.
4. Zeiss Kavität-für-Kavität-KMG-Überprüfung der Entlüftungsnuttiefe: Die Entlüftungsnutlänge jeder Kavität am Ende der Kavität wird mit dem Zeiss CONTURA-Koordinatenmessgerät gemessen, der Unterschied beträgt ≤0,001 mm.

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Abbildung 3: Nahaufnahme des LSR-Spritzgießens mit Vakuumsystem.

Wie gewährleisten Multi-Cavity-Formwerkzeuge aus flüssigem Silikonkautschuk die Maßgenauigkeit bei der Ultrahochserienproduktion?

Der Kern der Erzielung dimensionaler Konsistenz bei Flüssigsilikonkautschuk-Formwerkzeugen liegt in der geometrischen Symmetrie von Strömungskanalwiderstand und Formtemperatur. Durch die Verwendung eines vollständig ausgeglichenen Strömungskanalverteilers und die Kombination mit Hochgeschwindigkeits-CNC-Fräsen, um die Hohlraumtoleranzen und die Gewichtstoleranz jeder Hohlraumkomponente zu kontrollieren.

Drei Hauptgründe für unausgewogenes Spritzgießen mit mehreren Kavitäten

• Asymmetrie des Strömungskanals: Ungleiche Länge/Größe der Zweige, jeder Hohlraum unterliegt unterschiedlichen Scherverläufen, Unterschieden in den Viskositäten, Unterschieden in der Füllung.
• Formtemperaturunterschied: Ungleichmäßige Verteilung der Heizelemente 165℃ am Ende am weitesten entfernt und 175℃am Ende, das der heißen Seite am nächsten liegt, unterschiedliche Aushärtungsraten und damit unterschiedliche Schrumpfung.
• Fehler bei der Kavitätenherstellung: Eine kumulative Abweichung von ±0,01 mm, die bei herkömmlicher Bearbeitung auftreten kann, würde sich nach einem Lauf von 8 Kavitäten in einer erheblichen Gewichtsabweichung niederschlagen.

JS Precision Völlig ausgewogene Designkonzepte

• Gleiche Länge/Größe/Widerstände: Der vollständig ausbalancierte Strömungsteiler vom Typ H oder
• Formbearbeitung: CNC-Hochgeschwindigkeitsbearbeitung + Spiegelerosion, Hohlraumgenauigkeit von ±0,003 mm, Oberflächenrauheit Ra 0,05 μm (medizinische Qualität).
• Heizelementgitter: Jeder einzelne Hohlraum verfügt über einen eigenen Heizstab + Thermoelement, das die PID-Temperaturregelung übernimmt. Die Gesamtschwankung der Formtemperatur beträgt nicht mehr als ±1℃.

Ein Button-Kunde miteinem Produktionsauftrag von Millionen Einheiten pro Jahr erreichte mit der oben erwähnten JS-Präzisionswerkzeuglösung eine Fehlerquote von nur 0,12 % gegenüber einem vorherigen Wert von 2,8 %. Bei der jährlichen Nacharbeit führte dies zu Einsparungen im Wert von rund 47.000 US-Dollar für das Unternehmen.

Abbildung 4: LSR-Form mit mehreren Kavitäten und Silikonteile.

Warum erfordert das Formen medizinischer LSR-Komponenten zur Einhaltung gesetzlicher Vorschriften ultraharte Werkzeugstähle und superreine Formoberflächen?

Das Formen medizinischer LSR-Komponenten erfordert Formkerne aus SUS420-Edelstahl mit hohem Chromgehalt, vakuumwärmebehandelt auf HRC 50–52, um flüchtigen Sulfidbestandteilen zu widerstehen. Die Oberfläche muss mehrmals von Hand auf Ra 0,05 μm poliert werden, um Anhaften und Reißen zu verhindern und die Sauberkeitsvorschriften einzuhalten.

Dreistufiger Polierprozess für medizinische Formen

1. Grobpolieren: Dieser Schritt wird mit Diamantschleifpaste #800→#1200 durchgeführt, um nur die weiße EDM-Schicht zu entfernen.
2. Feinpolieren: Ra kann bis zu 0,1 m betragen, wenn Wollrad + Ceroxid Nr. 3000 → Nr. 8000 verwendet werden.
3. Spiegelpolieren: Dieses Polieren wird manuell mit Wattebällchen durchgeführt, Ra erreicht 0,05 μm, keine Mikroporen, keine Kratzer.

Compliance-Vorteile

1. Reißrate beim Entformen: Die Reißrate wird beim Entformen vom Branchendurchschnitt von 1,2 % auf <0,05 % reduziert.
2. Biokompatibilität: Formen durchlaufen eine Ultraschallreinigung in einem Reinraum der Klasse 10.000 und eine Probeformüberprüfung, bevor sie das Werk verlassen. Dies entspricht der FDA 21 CFR Teil 177.2600.
3. Chargenrückverfolgbarkeit: Jede medizinische Form verfügt über eine unabhängige MESSE (CMM + 2D-Vollgröße) + Materialzertifikat + Wärmebehandlungsbericht.