Какие материалы форм и обработка поверхности подходят для разных объемов производства пластиковых игрушек?

Выбор материала зависит от ожидаемого объема производства и типа используемого пластика.

Пресс-формы для небольших объемов (1 000–50 000 циклов): предварительно закаленная инструментальная сталь (P20, 28–32 HRC) или алюминий (7075-T6, 150 HB). Сталь Р20 обрабатывается в предварительно закаленном состоянии и требует термической обработки только для ремонта. Алюминиевые формы обеспечивают более быструю передачу тепла (теплопроводность 130 Вт/(м·К) против 29 Вт/(м·К) для стали Р20), сокращая время охлаждения на 25–40%. Однако алюминий изнашивается быстрее — после 30 000 циклов алюминиевая форма показывает износ запорных поверхностей 0,02–0,05 мм, а Р20 — 0,005–0,01 мм. Для 50 000 циклов алюминий приемлем для мягких пластмасс (ПП, ПЭ), но не для абразивных материалов (стеклонаполненный АБС или нейлон).

Формы среднего объема (50 000–500 000 циклов): закаленная инструментальная сталь (H13, 48–52 HRC; или нержавеющая сталь 420, 50–54 HRC). H13 устойчив к термическому воздействию (мелкие поверхностные трещины в результате термоциклирования) лучше, чем P20. После 300 000 циклов впрыска АБС (температура расплава 230°С, температура формы 40°С) H13 показывает глубину трещин 0,05–0,10 мм; Р20 показывает 0,15–0,30 мм. Формы из нержавеющей стали 420 предназначены для игрушек, контактирующих с пищевыми продуктами (игрушки для прорезывания зубов), поскольку этот материал устойчив к коррозии под воздействием чистящих средств.

Пресс-формы для больших объемов (500 000–2 миллиона циклов): инструментальная сталь премиум-класса (S7, 56–58 HRC; или D2, 58–60 HRC). S7 обладает высокой ударной вязкостью, что важно для игрушек с тонким сердечником (например, пальцев кукол или ног животных), которые испытывают повторяющиеся нагрузки при выталкивании. D2 обеспечивает высокую износостойкость абразивных пластмасс. Для пресс-формы с 1 миллионным циклом изготовления фигурок из АБС-пластика сталь D2 показывает износ поверхностей скольжения 0,02–0,04 мм; H13 покажет износ 0,08–0,12 мм.

Каким образом пластиковая форма для игрушек обеспечивает безопасность детских товаров?

Формы для игрушек должны производить детали, соответствующие стандартам безопасности, таким как ASTM F963 (США), EN 71 (Европа) и ISO 8124 (международный). Эти стандарты требуют особых особенностей конструкции пресс-форм.

Отсутствие острых краев и точек: полость формы должна быть спроектирована так, чтобы все края детали имели минимальный радиус 0,5 мм для детей до 36 месяцев и 0,3 мм для детей старшего возраста. Разработчик пресс-формы добивается этого, добавляя скругления (вогнутые радиусы) ко всем углам полости. Например, край игрушечного блока имеет радиус 0,5 мм вместо квадратного угла. В пресс-формах без этих галтелей изготавливаются детали, которые не выдерживают испытания на остроту кромки (лезвие, обернутое тефлоновой лентой, не должно разрезать ленту, если потянуть ее вдоль кромки).

Вентиляция для предотвращения облоя: Заплата представляет собой тонкую пластиковую пленку (толщиной 0,05–0,3 мм), которая выходит между линиями разъема формы. Вспышка может иметь острые края и отрываться небольшим фрагментом. Стандарты допускают длину вспышки до 2 мм, но толщину менее 0,08 мм для игрушек, предназначенных для детей до 3 лет. Конструкция пресс-формы обеспечивает это за счет правильной глубины вентиляционных отверстий (0,02–0,04 мм для АБС, 0,01–0,03 мм для ПП) и силы зажима (150–250 тонн на квадратный метр проектируемой площади). Формы, образующие заусенцы толщиной более 0,10 мм, требуют перешлифовки разделяемых поверхностей или проверки на наличие посторонних материалов, застрявших между половинками формы.

Предотвращение появления мелких деталей: ни один компонент игрушек, предназначенных для детей до 36 месяцев, не должен полностью помещаться в цилиндр для мелких деталей (испытательный цилиндр диаметром 31,7 мм × глубиной 57,1 мм). Пресс-форма должна производить детали, которые после сборки не распадаются на более мелкие детали. Это означает, что конструкция пресс-формы должна избегать создания отдельных компонентов меньшего размера, чем испытательный цилиндр. Например, глаза мягкой игрушки не вылепливаются из ткани, а вышиваются; формованная пластиковая игрушка со вставленными в форму глазами требует испытания на растяжение, чтобы подтвердить, что глаза выдерживают силу 90 Н без отсоединения.

Какие дефекты обычно появляются в формы для игрушек , и как они исправляются?

Углубления (впадины на толстых секциях): появляются на внешней поверхности напротив внутренних ребер или выступов. Для стенки толщиной 3 мм с ребром толщиной 2 мм может появиться впадина глубиной 0,1–0,3 мм. К методам коррекции относятся: уменьшение толщины ребра до 50–60 % толщины стенки (например, ребро 1,5 мм для стенки 3 мм); повышение давления выдержки с 40–60 МПа до 70–90 МПа; увеличение времени выдержки на 1–2 секунды; или добавление вторых ворот рядом с толстой секцией. Следы раковин являются косметическими дефектами, но на игрушках с окрашенными поверхностями углубления отчетливо видны. Вмятину глубиной более 0,2 мм можно обнаружить, проведя ногтем по поверхности, и это считается дефектом для игрушек премиум-класса.

Линии сварки (видимые линии, где встречаются два фронта потока): возникают вокруг отверстий или там, где сходятся несколько литников. По линии сварного шва предел прочности составляет 30–70 % от значения основного материала. Для игрушки, которая будет сгибаться (например, рука фигурки), линия сварки, расположенная в точке поворота, приводит к поломке после 500–1000 циклов сгибания. Корректировка заключается в: повышении температуры расплава на 10–20°С; добавление вентиляционного отверстия (глубиной 0,02 мм) в месте линии сварного шва для выхода воздуха; перемещение ворот так, чтобы линии сварки находились в зонах с низким напряжением; или увеличение скорости инъекции на 20–40%, чтобы способствовать слиянию. Хорошо спроектированная форма позволяет получить линии сварного шва, которые разрушаются при прочности основного материала 80% и более.

След или деформация выброса: возникает, когда выталкивающие штифты упираются в еще теплую деталь. Штифт оставляет круглую отметину (диаметром 0,5–2,0 мм), которая может иметь вмятину (0,05–0,2 мм) или иметь выступающий заусенец. Исправление: увеличить время охлаждения на 15–30 %, чтобы обеспечить затвердевание детали; увеличить диаметр выталкивателя (например, с 2 мм до 4 мм) для распределения силы; добавить выталкиватели для снижения местного давления; или отполируйте поверхности штифта выталкивателя до уровня SPI B-1 (0,05–0,10 мкм Ra), чтобы уменьшить прилипание. На видимых поверхностях выталкиватели следует размещать на некосметических участках (например, на внутренних поверхностях или краях деталей).

Короткий план (неполное заполнение): полость не заполняется, остается недостающий участок. Путь коррекции: увеличить давление впрыска на 10–20% до 150 МПа максимум для стандартных машин; увеличить температуру плавления (ПП с 200°С до 220°С; АБС с 220°С до 240°С); проверьте, не заблокированы ли ворота или направляющая (при необходимости очистите); убедитесь, что глубина вентиляционных отверстий достаточна (если вентиляционные отверстия закрыты, обрежьте их до 0,02–0,04 мм). Частота коротких выстрелов выше 0,5% указывает на проблему с пресс-формой или процессом, требующую обслуживания.