Корпус Зарядной Док-Станции Беспроводного Микрофона: 4-Гнёздное Прецизионное Микро-Литьё с Контролем Косметической Поверхности для Бытовой Электроники

Обзор Проекта

Бренд бытовой электроники потребовал производственную пресс-форму для корпуса магнитной зарядной док-станции беспроводного микрофона — прецизионного микро-компонента размером 30 × 20 × 10 мм весом всего 2 грамма. Миниатюрный масштаб детали концентрирует множество производственных задач: тонкостенные секции толщиной 0,8 мм должны полностью заполниться до застывания фронта потока, а косметическая поверхность класса А требует полного отсутствия утяжин, линий спая или линий течения на площади, где каждый дефект виден невооружённым глазом. 4-гнёздная конфигурация усугубляет эти требования — вариация веса 0,01 г представляет собой отклонение 0,5 % на детали весом 2 г.

Технические Характеристики Детали

Инженерный Подход

Оптимизация Уклонов по DFM

Исходная конструкция детали предусматривала уклоны 0,5° на наружных стенках — значение, которое, будучи функциональным для выталкивания, находится на грани допустимости для косметической поверхности класса А на детали из ПК/АБС. При уклоне 0,5° и глубине вытяжки 10 мм размерная разница между верхом и низом наружной стенки составляет примерно 0,09 мм — достаточно малая, чтобы любой микроскопический задир при выталкивании создавал видимую потёртость на косметической поверхности.

Анализ DFM, выполненный JBRplas, выявил два улучшения:

1. Уклон наружных стенок увеличен до 1,0°. Дополнительные 0,5° уклона увеличивают размерную разницу между верхом и низом примерно до 0,17 мм, обеспечивая более широкий зазор для выталкивания, устраняющий потёртости поверхности, вызванные задиром. Уклон 1,0° находится в пределах косметической допустимости для детали такого размера — визуальная конусность неразличима на площади 30 × 20 мм.

2. Уклон рёбер увеличен до 2,0°. Внутренние фиксирующие рёбра защёлок, изначально спроектированные с уклоном 0,5°, были увеличены до 2,0°. Более крутой уклон служит двум целям: он обеспечивает чистое выталкивание рёбер без деформации (критично для функции защёлки в детали такого размера) и снижает локальное усилие выталкивания у оснований рёбер — зоны, наиболее подверженной образованию утяжин на противоположной косметической поверхности.

Конструкция Литника для Косметических Микро-Деталей

Выбор литника для косметической детали весом 2 грамма требует балансировки трёх конкурирующих требований: литник должен быть достаточно большим, чтобы заполнить полость до застывания расплава, достаточно малым, чтобы оставлять минимально заметный след на поверхности класса А, и расположен так, чтобы образующаяся линия спая — если её невозможно избежать — попадала на не косметическую поверхность.

JBRplas выбрала точечный литник диаметром 0,6 мм, расположенный на внутренней (не косметической) поверхности, вблизи геометрического центра детали. Обоснование:

• Диаметр 0,6 мм — минимальный диаметр, обеспечивающий достаточную площадь потока для веса впрыска 2 г в ПК/АБС. Ниже 0,5 мм скорость сдвига в литнике превышает критический порог сдвига материала, вызывая молекулярную деградацию в зоне литника и видимые серебристые полосы на прилегающей косметической поверхности. Выше 0,8 мм время застывания литника выходит за пределы окна давления подпитки, оставляя след литника, требующий ручной зачистки — неприемлемо для 4-гнёздной производственной оснастки при данном времени цикла.

• Центральный литник на внутренней поверхности располагает литник на стороне детали, скрытой после сборки. Расплав течёт из центра наружу во всех направлениях, формируя радиальную картину заполнения. Для прямоугольной детали с центральным отверстием (проём под контактный штифт магнитной зарядки) поток разделяется вокруг знака, формирующего отверстие, и снова соединяется на противоположной стороне. JBRplas сориентировала литник так, что линия спая от воссоединения фронтов потока попадает на внутреннюю поверхность — невидимую для конечного пользователя.

• Заглубление литника 0,05 мм создаёт контролируемую точку разрыва, гарантирующую чистое отделение литника на поверхности детали при выталкивании. Высота образующегося следа — ниже 0,05 мм, что существенно ниже порога 0,1 мм, при котором след становится визуально различимым на детали такого размера.

Конструкция Системы Охлаждения

Равномерное охлаждение — основа равномерного глянца косметической поверхности из ПК/АБС. Различные скорости охлаждения по поверхности детали вызывают дифференциальную усадку, которая проявляется как вариация глянца — быстрее охлаждающиеся зоны приобретают несколько более высокий глянец, чем медленнее охлаждающиеся, создавая видимую пятнистость поверхности при направленном освещении.

Для этой 4-гнёздной пресс-формы JBRplas реализовала:

• Независимые контуры охлаждения на каждое гнездо. Каждое из четырёх гнёзд имеет собственный водяной контур с независимым регулированием потока, обеспечивающим разницу скоростей охлаждения между гнёздами в пределах ±1 °C. При таком уровне термической равномерности разница глянца между деталями из разных гнёзд находится ниже порога визуального обнаружения при контрольном освещении 800 люкс.

• Охлаждение с перегородками в знаке. Сторона знака, формирующая внутреннюю геометрию, включая рёбра и бобышки, имеет более высокую тепловую массу, чем сторона матрицы. В знаки были врезаны охлаждающие каналы с перегородками для увеличения времени пребывания теплоносителя в знаке, компенсируя более высокую тепловую нагрузку и приближая температуру поверхности знака к температуре поверхности матрицы в пределах 2 °C.

• Температура пресс-формы поддерживается на уровне 65 ± 3 °C. ПК/АБС для косметических применений требует температуры пресс-формы, достаточно высокой, чтобы расплав воспроизводил полированную поверхность полости до затвердевания поверхностного слоя, но достаточно низкой для экономичного времени цикла. При 65 °C поверхностный слой расплава остаётся выше температуры стеклования достаточно долго для полного воспроизведения поверхности, а допуск ±3 °C обеспечивает постоянство глянца от впрыска к впрыску и от гнезда к гнезду.

Полировка Пресс-Формы для Косметической Поверхности Класса А

Качество поверхности полости напрямую определяет качество поверхности детали. Для косметической детали класса А из ПК/АБС, требующей равномерного глянца без линий течения, полость должна быть отполирована до уровня, при котором шероховатость поверхности существенно ниже длины волны видимого света — любая микроцарапина или линия полировки на поверхности полости безошибочно воспроизводится на каждой отлитой детали.

JBRplas задала зеркальную полировку SPI A1 для всех четырёх поверхностей гнёзд:

• Последовательность полировки: Гнёзда полировались по ступенчатой схеме — алмазная паста зернистостью 400 → 600 → 800 → 1200, затем алмазный состав 3 мкм и 1 мкм для финальной зеркальной отделки. Каждая стадия удаляет царапины, оставленные предыдущей, а состав 1 мкм обеспечивает шероховатость поверхности Ra ≤0,025 мкм.

• Контроль после полировки: Каждое гнездо контролировалось под 20-кратным увеличением при направленном освещении на отсутствие микроцарапин, питтинга или рельефа границ зёрен на поверхности стали S136. Любое гнездо, показавшее различимую линию полировки при 20-кратном увеличении, переделывалось до тех пор, пока поверхность не становилась оптически бездефектной.

• Выбор стали S136 для полируемости: S136 (нержавеющая сталь 420, электрошлаковый переплав) выбрана за сочетание коррозионной стойкости и полируемости. Процесс ЭШП создаёт однородную микроструктуру без включений и пустот, вызывающих питтинг при зеркальной полировке. При твёрдости 48–52 HRC сталь достаточно твёрдая, чтобы сохранять зеркальную отделку на всём ресурсе пресс-формы в 300 000 впрысков без повторной полировки.

Параметры Процесса Литья Под Давлением

Скорость впрыска установлена на верхней границе среднего диапазона — достаточно высокая, чтобы заполнить тонкостенные секции 0,8 мм до застывания фронта потока, но не настолько высокая, чтобы нагрев сдвигом в литнике создавал серебристые полосы или деградацию материала. При скорости заполнения 80–100 мм/с полость заполняется примерно за 0,4–0,6 секунды — хорошо в пределах окна застывания для ПК/АБС при данной толщине стенки.

Давление подпитки 45–55 % с временем подпитки 3–4 секунды направлено на основной косметический риск: утяжины у оснований рёбер на внутренней поверхности, проступающие на видимую наружную сторону. Короткое время подпитки по сравнению с более крупными деталями отражает быстрое охлаждение детали весом 2 г — литник застывает в течение 3–4 секунд, после чего дополнительное давление подпитки не оказывает эффекта. Величина давления подпитки установлена так, чтобы компенсировать объёмную усадку у оснований рёбер без переуплотнения тонких секций, которое создало бы остаточные напряжения и повысило риск коробления после выталкивания.

Проверка Балансировки Гнёзд

Для 4-гнёздной пресс-формы, производящей косметические детали весом 2 г каждая, межгнёздная вариация веса является основным показателем баланса заполнения. Разница веса между гнёздами означает разницу плотности уплотнения, которая означает разницу усадки, которая означает разницу размеров и внешнего вида поверхности.

JBRplas проверила балансировку гнёзд посредством моделирования Moldflow до начала обработки стали, а затем подтвердила серией недоливов при испытаниях T1:

• Прогноз Moldflow: Дисбаланс заполнения <2 % между самым быстрым и самым медленным гнёздами
• Проверка недоливами на T1: Все четыре гнезда достигли 95 % заполнения с разницей в пределах 0,03 секунды друг от друга
• Постоянство веса в производстве: Межгнёздная вариация веса <0,008 г (0,4 % от веса детали)

Детали Конструкции Пресс-Формы

Контроль Качества

• Внешний вид поверхности — 100 % визуальный контроль при направленном освещении 800 люкс; нулевая толерантность к утяжинам, линиям спая, линиям течения или вариации глянца на видимой наружной поверхности
• Размерный контроль — КИМ-выборка с частотой 1:100; габаритные размеры проверены относительно 30,0 ± 0,05 × 20,0 ± 0,05 × 10,0 ± 0,05 мм
• Постоянство веса — Межцикловая вариация веса <0,5 % (0,01 г на детали 2 г); межгнёздная вариация веса <0,4 %
• Равномерность глянца — Измерение блескомером под углом 60° на выборке 1:50; вариация глянца <2 GU по видимой поверхности
• След литника — Профильное измерение на выборке 1:50; высота следа ≤0,05 мм над поверхностью
• Сборочная посадка — Функциональное испытание с ответными магнитными зарядными штифтами и базовой пластиной на выборке 1:100

Результаты

Комплексный подход — оптимизация уклонов по DFM, центральный точечный литник на внутренней поверхности, зеркально отполированные гнёзда SPI A1 и 4-гнёздная компоновка с независимым охлаждением — обеспечил косметическую поверхность, соответствующую требованию класса А бренда во всех производственных гнёздах. Межгнёздная вариация веса 0,32 % на детали весом 2 г подтвердила, что естественно сбалансированная литниковая система и независимые контуры охлаждения обеспечили термическую равномерность и равномерность потока, необходимые для стабильного косметического качества в прецизионном микро-литье.

Время цикла 20 секунд на 4-гнёздной пресс-форме обеспечивает производительность около 720 деталей в час — достаточную для производственного объёма заказчика в сегменте бытовой электроники с запасом мощности на сезонные колебания спроса.

Данный кейс демонстрирует возможности JBRplas в области прецизионного микро-литья косметических деталей бытовой электроники — включая оптимизацию уклонов по DFM для поверхностей класса А, конструкцию точечного литника для контроля следа ниже 0,05 мм, зеркальную полировку SPI A1 гнёзд из S136, независимое охлаждение гнёзд с перегородками для равномерности глянца и баланс заполнения 4 гнёзд в пределах 0,32 % на детали весом 2 грамма.

Обсудите проект микро-литья →