Дефекты компрессионного формования SMC: причины и решения

Компрессионное формование Sheet Molding Compound (SMC) широко используется для производства прочных, легких и стабильных по размерам композитных деталей. Типичные области применения включают электрические шкафы, автомобильные компоненты, корпуса аккумуляторов, сантехнические изделия, крышки доступа и структурные панели.

Хотя SMC подходит для крупносерийного производства, дефекты формования все же могут возникать, если рецептура материала, конструкция пресс-формы, схема загрузки или параметры обработки не подобраны должным образом. Общие проблемы включают пористость поверхности, вздутия, трещины, короткие проколы, оголение волокон, коробление и нестабильность размеров.

В этом руководстве описаны наиболее распространенные дефекты компрессионного формования SMC, их возможные причины и практические решения. Это может помочь формовщикам устранять производственные проблемы и выбирать более подходящий материал SMC для каждого применения.

Что такое компрессионное формование SMC?

Листовой формовочный компаунд представляет собой готовый к формованию композиционный материал, состоящий в основном из:

·  Термореактивная смола, обычно ненасыщенный полиэфир или виниловый эфир.

·  Армирование рубленым стекловолокном

·  Минеральные наполнители

·  Малоусадочные или низкопрофильные добавки

·  Загустители

·  Антиадгезивы для пресс-форм

·  Пигменты

·  Инициаторы и другие функциональные добавки

Во время компрессионного формования предварительно взвешенную загрузку SMC помещают в нагретую форму. Пресс закрывается и оказывает давление, заставляя материал течь и заполнять полость формы. Тепло активирует реакцию отверждения, и материал затвердевает, принимая необходимую форму.

Качество готовой формованной детали SMC зависит от нескольких взаимодействующих факторов:

1. Рецептура SMC и зрелость материала

2. Хранение и обработка материалов

3. Вес, форма и размещение заряда

4. Температура формы и однородность температуры

5. Давление нажатия и скорость закрытия

6. Конструкция пресс-формы и вентиляция

7. Время отверждения

8. Конструкция детали и распределение толщины

Дефект редко вызван только одним фактором. Эффективное устранение неполадок требует проверки всего процесса формования вместо многократного изменения одного параметра без выявления основной причины.

1. Поверхностная пористость и точечные отверстия

Появление

Поверхностная пористость проявляется в виде небольших отверстий, ямок или полостей на формованной поверхности. Дефект может стать более заметным после шлифовки, покраски или нанесения глянцевого покрытия.

Возможные причины

·  Воздух, попавший внутрь заряда SMC

·  Недостаточная вентиляция формы.

·  Влага или летучие вещества в материале

·  Плохое размещение заряда

·  Чрезмерно быстрое закрытие формы

·  Недостаточное давление формования

·  Поток материала на слишком большие расстояния

·  Неправильный состав смолы или добавки.

·  Загрязнение материала или поверхности формы

Решения

·  Храните SMC в герметичной упаковке в рекомендуемых условиях.

·  Дайте охлажденному SMC достичь температуры обработки, прежде чем открывать упаковку, чтобы предотвратить образование конденсата.

·  Оптимизируйте схему загрузки SMC, чтобы уменьшить количество сложенного материала и захваченного воздуха.

·  Уменьшите начальную скорость закрытия формы, чтобы у воздуха было достаточно времени для выхода.

·  Регулярно проверяйте и очищайте вентиляционные отверстия.

·  Отрегулируйте давление формования для достижения полной консолидации материала.

·  Сократите ненужный материальный поток за счет увеличения покрытия расходов.

·  Проверьте состав, если пористость возникает одинаково в разных формах.

·  Следите за тем, чтобы форма и рабочая зона не подвергались воздействию пыли, масла и влаги.

Для компонентов класса А или других компонентов, чувствительных к внешнему виду, контроль пористости должен начинаться как с рецептуры SMC, так и с конструкции пресс-формы. Сами по себе корректировки обработки не могут полностью решить проблему поверхности, связанную с рецептурой.

2. Волдыри и пузыри

Появление

Вздутия — это выпуклости на поверхности формованной детали. Они могут появиться сразу после извлечения из формы или во время покраски, пост-отверждения или воздействия повышенных температур.

Возможные причины

·  Захваченный воздух или газ

·  Влага в SMC

·  Летучие вещества, выделяющиеся при отверждении

·  Преждевременное отверждение поверхности

·  Недостаточное время отверждения

·  Неравномерная температура формы

·  Чрезмерная толщина детали

·  Внутреннее расслоение

·  Чрезмерно быстрое закрытие формы

Решения

·  Проверьте историю хранения и оставшийся срок годности SMC.

·  Предотвращайте образование конденсата при перемещении материала из холодильного склада в производственную зону.

·  Улучшите вентиляцию в местах, где может скапливаться воздух.

·  Уменьшите скорость закрытия на этапе выпуска воздуха.

·  Убедитесь, что верхняя и нижняя температуры формы одинаковы.

·  Увеличьте время отверждения, если внутреннее отверждение неполное.

·  Просмотрите толстые сечения и резкие переходы толщины в конструкции детали.

·  Избегайте схем заряда, которые создают несколько сходящихся фронтов потока.

·  Выберите рецептуру SMC с системой отверждения, подходящей для толщины детали и температуры формования.

Если вздутия появляются только после покраски или запекания, формованная деталь может содержать скрытую пористость или остаточные летучие вещества. Поэтому важно контролировать как процесс формования, так и последующую температуру покрытия.

3. Короткие кадры и неполное заполнение

Появление

Короткий выстрел происходит, когда SMC не может заполнить всю полость формы. Углы, ребра, выступы или тонкие сечения могут быть неполными.

Возможные причины

·  Недостаточный вес шихты

·  Плохое расположение заряда

·  Низкая температура пресс-формы

·  Недостаточное давление формования

·  Отверждение материала до полного заполнения полости

·  Чрезмерно медленное закрытие формы.

·  Длинные или ограниченные пути потока

·  Слишком высокая вязкость SMC

·  Недостаточная мощность пресса

·  Плохая вентиляция, создающая сопротивление захваченному воздуху.

Решения

·  Подтвердите требуемый вес загрузки и поддерживайте постоянную точность взвешивания.

·  Разместите загрузку вблизи центра требуемого пути потока.

·  По возможности увеличивайте покрытие расходов.

·  Проверьте, находится ли температура формы в рекомендуемом диапазоне обработки.

·  Увеличить давление, если пресс и пресс-форма рассчитаны на это.

·  Оптимизируйте скорость закрытия, чтобы обеспечить полное течение до начала значительного отверждения.

·  Очистите заблокированные вентиляционные отверстия и при необходимости добавьте вентиляционные отверстия в труднодоступные места для заполнения.

·  Просмотрите тонкие стенки, глубокие ребра и резкие изменения геометрии.

·  Для сложных компонентов используйте марку SMC с лучшей сыпучестью.

·  Убедитесь, что пресс может обеспечить достаточную силу по всей выступающей площади детали.

Добавление большего количества материала не всегда является лучшим решением. Чрезмерный вес заряда может вызвать вспышку, проблемы с ориентацией волокна или внутреннее напряжение. Форма и размещение заряда должны быть оптимизированы вместе с весом заряда.

4. Чрезмерная вспышка

Появление

Обложка представляет собой тонкий слой отвержденного SMC, выходящий за пределы предполагаемого края отформованной детали. Небольшое количество может быть приемлемым, но чрезмерный обрыв увеличивает затраты на обрезку и может указывать на проблему с формованием.

Возможные причины

·  Чрезмерный вес заряда

·  Слишком высокое давление формования

·  Изношенные или поврежденные поверхности разъема формы.

·  Неправильное выравнивание формы.

·  Неравномерное размещение заряда

·  Материал с чрезмерно низкой вязкостью

·  Неправильный параллелизм печати

·  Посторонний материал на линии разъема

Решения

·  Уменьшайте и контролируйте вес шихты.

·  Оптимизируйте размещение загрузки, чтобы избежать концентрирования материала возле краев формы.

·  Отрегулируйте давление формования в пределах допустимого технологического окна.

·  Осмотрите линию разъема формы на наличие износа или повреждений.

·  Проверьте выравнивание пресс-формы и параллельность пресс-плиты.

·  Очистите разделяемые поверхности перед формовкой.

·  Обзор вязкости и зрелости SMC.

·  Отремонтируйте форму, если запорные поверхности больше не могут сохранять достаточную герметичность.

Повторяющаяся вспышка в одной конкретной области обычно указывает на проблемы с выравниванием формы, линией разъема или распределением заряда, а не на общую проблему с давлением.

5. Обнаружение волокна и считывание волокна

Появление

На поверхности видны стеклянные волокна или их рисунок можно увидеть сквозь насыщенный смолой поверхностный слой. Особенно нежелателен этот дефект для видимых автомобильных, сантехнических или окрашенных деталей.

Возможные причины

·  Недостаточно богатая смолой поверхность

·  Чрезмерный материальный поток

·  Плохое смачивание волокна

·  Высокое содержание стекловолокна

·  Неправильная малоусадочная или низкопрофильная система.

·  Чрезмерное давление формования

·  Неравномерная температура формы

·  Недостаточное покрытие расходов

·  Пучки волокон, разделяющиеся во время потока

Решения

·  Увеличьте зону заряда, чтобы сократить расстояние потока.

·  Оптимизируйте схему загрузки, чтобы избежать чрезмерного сдвига.

·  Проверьте содержание стекловолокна и длину волокна.

·  Улучшить смачивание волокна при производстве SMC.

·  Отрегулируйте смолу, наполнитель и низкопрофильную систему присадок.

·  Проверьте однородность температуры формы.

·  Используйте марку SMC, разработанную для компонентов, чувствительных к внешнему виду.

·  Если требуется очень высокое качество поверхности, рассмотрите возможность нанесения покрытия в форме или подходящей обработки поверхности.

Высокая механическая прочность и превосходный внешний вид поверхности не всегда требуют одной и той же рецептуры. Содержание стекла, структура волокна и система контроля усадки должны быть сбалансированы в соответствии с конечным применением.

6. Трещины и переломы

Появление

Трещины могут возникать вокруг вставок, ребер, углов, отверстий или переходов от толстого к тонкому. Они могут появиться во время разборки, механической обработки, сборки или обслуживания.

Возможные причины

·  Неполное отверждение

·  Чрезмерное внутреннее напряжение

·  Острые углы или плохая геометрия детали.

·  Неравномерная толщина стенок

·  Чрезмерная сила выталкивания

·  Удаление детали до достаточного отверждения

·  Неправильная температура или конструкция пластины.

·  Плохая циркуляция материала вокруг пластин.

·  Чрезмерная усадка

·  Неправильная ориентация стекловолокна

·  Механические повреждения при обрезке

Решения

·  Увеличьте время отверждения или проверьте фактическую температуру формы.

·  Добавьте подходящие радиусы к острым углам.

·  По возможности избегайте резких изменений толщины.

·  Улучшите поток материала вокруг ребер, бобышек и вставок.

·  Убедитесь, что выталкивающие штифты расположены правильно и работают равномерно.

·  Отложите извлечение из формы, если деталь все еще слишком слабая или слишком горячая.

·  Предварительно нагрейте вставки, если этого требует аттестованный процесс.

·  Используйте состав SMC с улучшенной прочностью или меньшей усадкой.

·  Оптимизация параметров обрезки и сверления.

·  Убедитесь, что конструкция компонента подходит для SMC, полученного прессованием.

Трещины вокруг металлических вставок часто возникают из-за разницы в термическом расширении и усадке металла и композита. Геометрию вставки, состояние поверхности, температуру и толщину окружающего ламината следует оценивать вместе.

7. Деформация и искажение

Появление

Готовый Деталь SMC сгибается, скручивается или не остается плоской после извлечения из формы и охлаждения. Деформация может затруднить сборку или привести к отклонению размеров.

Возможные причины

·  Неравномерная усадка

·  Неравномерная температура формы

·  Несбалансированная ориентация волокон

·  Неравномерное размещение заряда

·  Большая разница в толщине стенок

·  Деталь выброшена слишком рано

·  Неравномерное охлаждение

·  Плохая конструкция ребер.

·  Неправильная укладка или обращение с горячими деталями.

·  Неподходящая малоусадочная или низкопрофильная рецептура.

Решения

·  Проверьте однородность температуры в обеих половинах формы.

·  Используйте сбалансированную и повторяемую схему оплаты.

·  Уменьшите чрезмерный поток материала, который может привести к выравниванию волокон в одном направлении.

·  Улучшить симметрию детали и структуру ребер.

·  Сведите к минимуму резкие изменения толщины стенок.

·  Увеличьте время отверждения перед выбросом.

·  При необходимости используйте охлаждающие приспособления.

·  Правильно штабелируйте или поддерживайте детали во время охлаждения.

·  Выбирайте малоусадочную или низкопрофильную марку SMC с учетом жестких требований к размерам.

·  Измеряйте детали только после того, как они достигли стабильной температуры.

Направление деформации может предоставить полезную диагностическую информацию. Если искажение меняется при изменении ориентации заряда, ориентация волокна и поток, вероятно, будут основными факторами, способствующими этому.

8. Знаки раковины

Появление

Следы раковин представляют собой неглубокие углубления на видимой поверхности, часто напротив ребер, выступов или других толстых участков.

Возможные причины

·  Локализованные толстые участки

·  Неравномерная усадка

·  Недостаточное давление во время отверждения

·  Недостаточная производительность при низкой усадке

·  Неравномерная температура

·  Плохое соотношение толщины ребер и стенок.

·  Недостаточное отверждение

Решения

·  Уменьшите ненужную толщину за видимой поверхностью.

·  Оптимизировать размеры ребер и бобышек.

·  Поддерживайте достаточное давление на этапе отверждения.

·  Проверьте однородность температуры формы.

·  При необходимости увеличьте время отверждения.

·  Используйте рецептуру SMC с низкой усадкой или низким профилем.

·  Рассмотрите возможность перемещения тяжелых ребер подальше от поверхностей, имеющих критический внешний вид.

Конструкция детали оказывает большое влияние на появление вмятин. Изменение материала может уменьшить проблему, но не всегда может компенсировать чрезмерно толстые ребра или бобышки.

9. Расслаивание

Появление

Слои внутри формованного SMC разделяются, создавая внутренние трещины, слабые участки или дефекты поверхности, похожие на пузыри.

Возможные причины

·  Воздух, захваченный между слоями шихты

·  Загрязнение между листами SMC

·  Высушенный или состаренный материал

·  Плохая связь между отдельными фронтами потока

·  Недостаточное давление

·  Неполное отверждение

·  Влага

·  Неправильная укладка зарядов

Решения

·  Избегайте попадания воздуха при укладке нескольких листов SMC.

·  Не допускайте попадания защитных пленок, пыли, масла и других загрязнений в заряд.

·  Используйте материал в течение рекомендованного срока годности.

·  Правильно храните и обслуживайте SMC.

·  Увеличьте давление, где это необходимо.

·  Улучшите размещение заряда, чтобы уменьшить количество линий холодной сварки.

·  Проверьте время отверждения и температуру формы.

·  Проверьте состав, если межламинарное соединение остается слабым.

Операторам не следует небрежно складывать или складывать заряды. Повторяемая процедура подготовки шихты необходима для стабильного качества формования SMC.

10. Линии сварных швов и метки потока.

Появление

Видимые линии или изменения цвета и текстуры появляются там, где встречаются два или более фронта потока материала. Эти области также могут иметь более низкую механическую прочность.

Возможные причины

·  Плохое расположение заряда

·  Несколько отдельных платежей

·  Сложная геометрия полости

·  Низкая температура пресс-формы

·  Преждевременное отверждение

·  Ограниченное обтекание пластин и ребер.

·  Отделение пигментов при длительном течении

·  Недостаточное давление

Решения

·  Перепроектировать схему заряда так, чтобы критические фронты потока не пересекались в сильно напряженных или видимых зонах.

·  Увеличение покрытия расходов.

·  Оптимизируйте температуру формы и скорость закрытия.

·  Улучшите вентиляцию вблизи места встречи.

·  По возможности отрегулируйте положение вставок, ребер или литников в конструкции компонента.

·  Используйте материал SMC с соответствующими характеристиками текучести и отверждения.

·  Оценить прочность участков сварных швов во время проверки продукта.

Линия сварного шва — это не только косметическая проблема. Для структурных компонентов SMC их положение и механические характеристики следует учитывать во время планирования и испытаний пресс-формы.

11. Прилипание и трудная деформация

Появление

Деталь прилипает к форме, требует чрезмерного усилия выталкивания или имеет повреждение поверхности во время удаления.

Возможные причины

·  Недостаточная внутренняя или внешняя смазка формы.

·  Грязная или поврежденная поверхность формы.

·  Неполное отверждение

·  Неправильная температура формы.

·  Плохой угол уклона

·  Подрезы или неподходящая геометрия детали.

·  Неравномерное распределение эжектора

·  Чрезмерная шероховатость поверхности

Решения

·  Проверьте уровень внутреннего разделителя формы в составе SMC.

·  Очистите и поддерживайте поверхность формы.

·  При необходимости используйте совместимый внешний разделительный агент.

·  Увеличьте время отверждения, если деталь отверждена недостаточно.

·  Проверьте температуру формы.

·  Добавьте адекватные углы уклона.

·  Улучшите расположение и синхронизацию выталкивающего штифта.

·  Ремонт поврежденных поверхностей формы.

Чрезмерное использование внешней смазки для пресс-формы может загрязнить детали и помешать покраске или склеиванию. Поэтому систему выпуска следует оптимизировать, а не применять бесконтрольно.

12. Изменение цвета и окрашивание поверхности.

Появление

Формованный компонент имеет неравномерный цвет, темные пятна, полосы, пожелтение или видимые загрязнения.

Возможные причины

·  Неравномерная дисперсия пигмента

·  Материал из разных партий, смешанный вместе

·  Чрезмерная температура формы

·  Чрезмерное время отверждения

·  Загрязнение

·  Испорченный или просроченный SMC

·  Плохая очистка формы

·  Неравномерный поток материала

·  Несовместимые добавки

Решения

·  Используйте одинаковые производственные партии для компонентов, внешний вид которых имеет решающее значение.

·  Проверьте дисперсию пигмента во время производства SMC.

·  Контролируйте температуру формы и время отверждения.

·  Защищайте материал от пыли, масла и влаги.

·  Следуйте принципу управления запасами в порядке очереди.

·  Избегайте смешивания старых и свежих материалов без проверки.

·  Очистите форму и погрузочно-разгрузочное оборудование.

·  Проверьте совместимость добавок, если окрашивание продолжается.

Практическая процедура устранения дефектов SMC

При возникновении дефекта формования случайные изменения параметров могут создать дополнительные вариации. Структурированный процесс устранения неполадок более эффективен:

1. Запишите местонахождение дефекта, частоту и время производства.

2. Определите, затрагивает ли проблема одну полость, одну пресс-форму или все производство.

3. Проверьте номер партии SMC, время хранения и состояние материала.

4. Проверьте вес, размеры, штабелирование и размещение заряда.

5. Записывайте фактическую температуру пресс-формы, а не полагайтесь только на настройки контроллера.

6. Проверьте давление, скорость закрытия и время отверждения.

7. Осмотрите вентиляционные отверстия, эжекторы и разделительные поверхности.

8. Сравните дефектные детали с утвержденными производственными образцами.

9. Изменяйте только одну основную переменную за раз.

10. Задокументируйте результат и установите проверенное окно обработки.

Этот подход помогает определить, вызван ли дефект в первую очередь материалом SMC, формовочным оборудованием, конструкцией формы или методом работы.

Как уменьшить дефекты литья SMC перед производством

Лучшая стратегия контроля дефектов начинается еще до массового производства. Материал SMC следует выбирать в соответствии с фактическими требованиями компонента, включая:

·  Механическая прочность

·  Содержание стекловолокна

·  Качество поверхности

·  Контроль усадки

·  Расстояние потока

·  Огнестойкость

·  Электрическая изоляция

·  Водопоглощение

·  Химическая стойкость

·  Термостойкость

·  Цвет и устойчивость к УФ-излучению

·  Размерные допуски

·  Заключительный цикл формования

Стандартная формула SMC не может обеспечить наилучшие характеристики для каждого применения. Для электрических корпусов, автомобильных деталей, санитарно-гигиенических изделий и структурных покрытий могут потребоваться самые разные комбинации смолы, армирования, наполнителей и добавок.

Индивидуальные решения SMC от JLON

JLON поставляет листовой формовочный компаунд для широкого спектра композиционных изделий, формованных под давлением. Вместо того, чтобы предлагать только один фиксированный сорт SMC, JLON может работать с клиентами над корректировкой рецептуры в соответствии с конструкцией детали, условиями формования и требованиями конечного использования.

Доступные варианты могут включать в себя:

·  СМЦ общего назначения

·  Малоусадочный SMC

·  Низкопрофильный SMC

·  Огнестойкий SMC

·  Электрическая изоляция SMC

·  Высокопрочный SMC

·  Водостойкий SMC

·  Термостойкий SMC

·  Химически стойкий SMC

·  SMC для автомобильных и транспортных компонентов

·  SMC для электрических шкафов и коробок счетчиков

·  SMC для корпусов аккумуляторов и накопителей энергии

·  СМЦ для санитарно-строительной продукции

·  SMC для крышек доступа и структурных панелей

Чтобы порекомендовать подходящий материал JLON SMC, клиенты должны предоставить как можно больше следующей информации:

·  Готовый чертеж детали

·  Размеры и вес детали

·  Толщина стенки

·  Требуемый цвет и качество поверхности

·  Механические свойства

·  Стандарт огнестойкости

·  Электрические требования

·  Рабочая температура

·  Химическое или погодное воздействие

·  Производительность пресса

·  Температура формы

·  Ожидаемый цикл формования

·  Имеющиеся дефекты или фотографии бракованных деталей

Чем полнее информация о применении, тем легче согласовать рецептуру SMC с формой и производственным процессом.

Заключение

Большинство Дефекты компрессионного формования SMC возникают в результате взаимодействия свойств материала, конструкции шихты, состояния формы и параметров обработки. Поверхностная пористость может быть связана с влажностью или плохой вентиляцией, тогда как короткие всплески могут быть результатом недостаточного покрытия заряда, низкой текучести или преждевременного отверждения. Коробление и трещины часто связаны как с проектированием детали, так и с контролем усадки.

Для надежного производства формовщикам следует установить контролируемый технологический интервал и использовать марку SMC, разработанную для конкретного применения. JLON предоставляет материалы SMC и поддержку рецептур для электрических, автомобильных, энергетических, сантехнических, строительных и промышленных композитных компонентов.

Если вы столкнулись с дефектами формования SMC или разрабатываете новую деталь, полученную методом компрессионного формования, свяжитесь с JLON и сообщите свои чертежи, требования к производительности и условия обработки. Наша команда может помочь оценить область применения и порекомендовать подходящее решение для формования листов.