オーバーモールドとは何ですか?
私がオーバーモールディングを始めるようになったのは、約 12 年前、お客様がドライバーのハンドルの入った箱を私の机の上に落としたときでした。 TPEグリップが角質のように剥がれていました。 「これを直してください」と彼は言いました。以上がプロセスの紹介でした。
オーバーモールドでは、あるプラスチックを別のプラスチックの上に重ねます。通常はハードよりもソフトです。 TPE または TPU 層が剛性の ABS またはナイロンのコアの周囲にあります。コードレスドリルのグリップ、歯ブラシのハンドルの柔らかい部分、携帯電話ケースのバンパー。すべてオーバーモールドされています。
コンセプトはシンプルに聞こえます。処刑はそうではありません。
絆の問題
これは誰も事前に教えてくれないことです。 2 つの材料はお互いに気に入る必要があります。化学的には。極性が一致しない場合は、その顧客が私の机に落としたものが得られます。プレス機から出た時には問題なく見えた部品でも、3 週間後に誰かが実際に使用するとバラバラになってしまいます。
PP は SEBS と連携します。それらは類似した分子構造を持っています。 ABS と PC には TPU または特別に配合された TPE が必要です。ナイロンは悪夢だ。私はエンジニアたちが TPE をガラス-入りナイロン 66 に接着させるのに何ヶ月も費やしているのを見てきました。ナイロンに含まれる熱安定剤が接着を破壊します。ダイヤルインしたと思って 5 万個の部品を出荷し、2 か月後にグリップが滑り落ちているという連絡を受ける。
誰かが誰にも告げずにナイロンのサプライヤーを変更したため、電動工具の計画が中止になりました。紙上の仕様は同じです。異なる添加剤パッケージ。新しいものには、より多くの衝撃修正剤が含まれていました。結合強度は 40% 低下しました。
材料データシートにはこれがわかりません。それを知る唯一の方法は、組み合わせを実行してテストすることです。
2 つの方法
ほとんどのショップでは、2 つの方法のいずれかでオーバーモールドを実行しています。
選んで配置するのが安価なオプションです。-- 1 台のプレスで基板を成形し、部品を引き出して箱に入れ、別のプレスに移動し、2 番目のツールにロードして、オーバーモールドを発射します。シンプルなツーリング。標準的なプレス機。ただし、部品を積み込むオペレーターが 1 日中必要です。そして、2 番目の素材を撮影するとき、基板は冷えています。それは絆を傷つけます。
ピックアンドプレイスを実行するメディカル ハンドル プログラムがありました。--夏にはよく働きました。冬が来て、工場の床は60度まで下がり、部品は剥離テストで不合格になり始めました。冷たい基板は TPE 分子に何かを掴むものを与えていませんでした。予熱ステーションを追加する必要がありました。あと一歩、間違ったことがまたひとつ。
ツーショットでは、回転プラテンまたは搬送システムを使用して、基板がまだ温かいうちにキャビティ A からキャビティ B に基板を移動します。 1 台のマシン、1 サイクルで、より良い結合が可能です。ただし、ツールの価格は 3 倍で、専用の機器が必要です。当社には回転プラテンを備えた 400 トンの Engel があります。このマシンは、実行するのに十分なボリュームが見つかるまで 8 か月間放置されていました。
クロスオーバーポイントは、労働率と年間生産量によって異なります。顧客が予測を修正すると、プログラムがピックアンドプレイスからツーショットに切り替わり、再び元に戻るのを見てきました。--
グリップが剥がれたとき
TPE の剥離は最も一般的な故障モードです。-柔らかい素材が基材をはがします。場合によっては、端で徐々に発生します。場合によっては、グリップ全体が一緒に滑り落ちてしまうことがあります。
原因:
基板内の水分。ナイロンは吸湿性があります。空気中の水を引っ張ります。成形前に乾燥させないと、2回目のショットで界面に蒸気が発生します。その蒸気が分子結合を妨げます。誰かが週末にナイロン製のゲイロードを開いたままにしていたために、ラン全体が廃棄されたのを見ました。
汚染。基材表面に油、ほこり、または離型剤の残留物があると、結合が破壊されます。シリコンスプレーでコアを叩くのが好きな工具技術者がいました。パーツの取り出しが容易になりました。オーバーモールドも剥がしました。何が起こっているのかを把握するのに 2 週間かかりました。
温度が間違っています。 TPE には結合に最適なウィンドウがあります。冷たすぎると基材表面に流れ込みません。熱すぎると材料が劣化し始めます。すべての素材の組み合わせには異なるスイートスポットがあります。データシートは出発点となります。そこからダイヤルインします。
互換性のない材料。上記を参照してください。これは通常、遅れて現れる設計上の問題です。
テスト
部品をラインから取り出してテストします。 ASTM D6862 に基づく剥離試験。基板をクランプし、治具で TPE をつかみ、90 度で引っ張り、それらを分離する力を測定します。
15 ポンド/インチ以上が適切です。 10未満は問題です。 10 から 15 の間は、仕様が現実的かどうかについて顧客と議論する場所です。
2 つの故障モードが存在します。接着不良とは、TPE が基材からきれいに剥がれることを意味します。絆は手放されました。凝集破壊とは、TPE が分離する前に裂けることを意味します。結合は保持されましたが、材料は保持されませんでした。凝集破壊は実際にあなたが望んでいることです。これは、接合部が材料自体よりも強いことを意味します。
TPE 自体は 18 lbf/in でしかテストできないのに、お客様が 20 lbf/in を要求したことがあります。材料よりも強く接着することはできません。物理学では印刷仕様は考慮されません。
ツール設計の詳細
バリを防ぐために、ツールは基板に対して密閉する必要があります。 TPE はゴム状できれいにトリミングするのが難しいため、オーバーモールド フラッシュは特に厄介です。ツールのシール表面は時間の経過とともに摩耗します。 10,000 回のショットではきれいに動作するものでも、100,000 回のショットではフラッシュする可能性があります。
ゲートの位置は重要です。 TPE は、空気を閉じ込めることなく基板表面を横切って流れる必要があります。閉じ込められた空気とは、界面に空隙があることを意味します。ボイドとは弱い部分を意味します。大きな平らなオーバーモールド領域を持つ部品がありました。門は一方の端にありました。材料は横切って流れ、空気を隅の方に押し出しました。そこには通気口はありません。ボンドはあのコーナーであらゆる部分で失敗した。ベントピンを追加し、問題を解決しました。
金型温度はサイクル タイムと接着強度に逆の影響を与えます。金型を熱くすると結合が良くなりますが、冷却に時間がかかります。コストを犠牲にすることなく、品質仕様を満たすバランスが見つかります。
基材上のテクスチャが役に立ちます。表面が磨かれているため、TPE がつかみにくくなります。 SPI C-2 または C-3 のような軽いテクスチャーは、化学結合の上に機械的な結合を与えます。当社では現在、標準的な手法としてテクスチャード加工された基材表面を使用しています。
実数
シンプルなピックアンドプレイス設定のツール費用は、基板ツールのキャビティあたり 15,000 ドルから 25,000 ドル程度で、オーバーモールド ツールの場合と同様です。同じ部品のツーショット ツールは、複雑さに応じて 80,000 ドルから 120,000 ドルに達する可能性があります。-
ピック{0}}と-のサイクル時間は、両方のツールの実行時間と転送時間を加算したものになります。図では、基板に 30 秒、オーバーモールドに 25 秒、オペレータのロードとアンロードに 10 秒かかります。すべてが順調に進んだ場合、フロアからフロアまでの所要時間は 65 秒とします。
ツーショットでは転送が不要になりますが、ツールは両方のショットを一緒に循環させます。-通常、約 35 ～ 45 秒かかります。時間あたりの部品数は増加しますが、資本コストは高くなります。
材料費は大きく異なります。コモディティ PP は 1 ポンドあたり 1 ドルで運用されます。ナイロン接着用に配合された特殊 TPE は 6 ～ 8 ドルに達する可能性があります。オーバーモールド層は通常薄いため、部品コストに影響を与えることはありませんが、大量のプログラムでは増加します。
使用場所
電動工具は、私が見た中で最も大量のアプリケーションです。すべてのドリル、インパクト ドライバー、およびソーのハンドルには TPE オーバーモールド グリップが付いています。柔らかい素材は振動を吸収し、手が汗や油で濡れたときのグリップ力を高め、裸のプラスチックよりも感触が優れています。
医療機器では、人間工学と密閉のためにオーバーモールドが使用されています。手術器具には滑り止めグリップが必要です。-流体取り扱い機器には、所定の位置に成形されたガスケットとシールが必要です。オーバーモールドは、アセンブリの接合部に細菌を閉じ込めることなく滅菌できる表面を作成します。
自動車の内装は広大です。ステアリングホイールインサート、シフトノブ、ドアハンドル、ボタン、スイッチ。最近では、ドライバーが触れるものすべてにソフトタッチのオーバーモールドが施されています。-
家電製品のケースやカバーなどに使用されています。エッジの周りにソフトバンパーが付いている携帯電話ケースはオーバーモールドされています。ノートパソコンの底面にあるソフトパッドはオーバーモールドされています。
何が間違っているのか
結合の失敗以外にも、これを台無しにする方法は他にもあります。
パーティング ラインまたは遮断機能の周囲でフラッシュします。{0}}ツールが完全に密閉しない場所では、TPE が押し出されます。トリミングすることもできますが、手間がかかり、適切に成形されたエッジのようにトリムマークがきれいに見えることはありません。
TPE が完全に充填されていないショート ショット。通常は、ゲートまたは通気の問題です。または、薄いセクションで材料を押し込みすぎています。
セカンドショット時の基板の反り。 TPE は高温になります。基板の壁が薄い場合、基板が歪む可能性があります。そうするとアセンブリに収まりません。
TPE セクションが厚すぎる場合のヒケ。シングルショット成形と同じ問題。-壁の厚さを均一に保ちます。
時間の経過とともに剥離。これは、即時結合が失敗する場合とは異なります。部品はテストに合格し、使用開始されますが、数か月後に故障し始めます。通常、環境への曝露、化学的攻撃、または最終的に界面を破壊する周期的なストレスによって引き起こされます。当社が実施した屋外ツール プログラムでは、紫外線にさらされると TPE 表面が劣化し、最終的には剥離が発生しました。それを確認するために現場で18か月かかりました。
機能させる
素材選びが第一です。事前に基材と TPE を適合させてください。鋼を切断する前に、サンプル プラークに対して剥離テストを実行します。資材サプライヤーを早めに話し合いに参加させてください。互換性チャートがあり、特定のグレードを推奨できます。
最初からオーバーモールド用の基板を設計します。接着面にテクスチャを付けます。 TPE がフィーチャーの周囲を包み込んだり、穴を通って流れたりできる機械的インターロックを追加します。製造プロセスはプロトタイプほどきれいにはならないため、必要と考えている以上に粘着力を高めてください。
素材の在庫を管理します。乾燥した状態に保ってください。清潔に保ってください。ナイロンを使用している場合、その素材は乾燥機から印刷機に送られ、他の場所には送られません。ツーショットマシンの隣に専用のステージングエリアを構築しました。これにより、ロードを待っている間に誰も基板を汚染することがなくなりました。-
生産ツール、生産資材、生産オペレーターを使用してプロセスを検証します。最高の技術者が土曜日に作成したプロトタイプの部品だけでは、B シフトが実行されている火曜日の午後に何が起こるかはわかりません。-
次にサンプルを採取します。測定。調整する。もう一度サンプリングしてください。オーバーモールディングは単発作業よりも寛容ではありません。-しかし、正しく作ると、他の方法では作ることが不可能な部品ができあがります。
ドライバーのハンドルが剥がれてしまったお客様ですか?私たちは彼を別の TPE グレードに切り替え、基板コアにテクスチャを追加し、溶融温度を 15 度上げました。部品は 9 年間、一度も現場に返品されることなく稼働しています。