عندما يتسرب منتج ما، يلوم الكثيرون أولاً حلقة الإغلاق ويفترضون أن موردًا مختلفًا للحلقات سيحل المشكلة. لقد عملت YueHouDZ في مجالتصنيع منتجات السيليكون المخصصةلمدة 11 عامًا. بعد مراجعة العديد من رسومات المنتجات التي تعاني من التسرب، ما زلنا نرى نفس المشكلات. في أكثر من نصف حالات فشل الإغلاق التي نتحقق منها، يكون السبب الجذري هو تصميم التجويف، وليس الحلقة نفسها. يتم تحديد معظم التسربات بالفعل عند إنشاء الرسم. وهذا ينطبق بشكل خاص على تطبيقات الضغط الهيدروستاتيكي المنخفض في الإلكترونيات الاستهلاكية، حيث يبقى المنتج في الماء ويتعرض لضغط الماء. يعتمد الإغلاق على قوة ارتداد الحلقة التي تضغط الأسطح المتزاوجة معًا. إذا لم يوفر الرسم ضغطًا كافيًا، أو استخدم تجويفًا خاطئًا، أو ترك سطحًا غير مستوٍ، فحتى لو كانت الجودة عاليةحلقة سيليكون دائريةلا يمكنها توليد قوة إغلاق.
هذه الأخطاء الخمسة الشائعة كلها كامنة في الرسم الفني. وهي مدرجة بنفس الترتيب المستخدم أثناء التصميم: تحديد المجرى (الأخدود)، تحديد معدل الانضغاط، تحديد التفاوتات (التسامحات)، اختيار الصلابة، وترك مسار للتجميع والتحقق. امسك الرسم الفني وتحقق من كل بند من الأول إلى الأخير. إذا استمر المنتج في التسرب بعد هذه الفحوصات الخمسة، فقد حان الوقت للتشكيك في جودة الحلقة أو تجميع خط الإنتاج. تلك مشكلات مختلفة.
1. يتم نسخ أو تقدير أبعاد الأخدود
لقد رأينا العديد من الرسومات حيث تم نسخ التجويف من غلاف آخر مقاوم للماء، بينما تم تغيير الحلقة إلى قطر مقطع عرضي أكبر. قطر المقطع العرضي هو سمك مقطع الحلقة O. تسميه العديد من المصانع أيضًا "قطر الحبل". عندما لا يتم حساب التجويف والحلقة كمنظومة واحدة، فإن الرسم يحمل بالفعل خطرًا. يبدو أحد الفشل الشائعة كالتالي: يجتاز المنتج اختبار الغمر في درجة حرارة الغرفة، ولكن أثناء التقادم في درجات الحرارة العالية في ظروف الصيف، تتورم الحلقة داخل التجويف، ويفشل الختم.
عمق التجويف وعرض التجويف هما بُعدان رئيسيان منفصلان. يتحكم عمق التجويف في معدل الانضغاط، أو مقدار تسطيح الحلقة بعد استقرارها في التجويف. بينما يتحكم عرض التجويف في معدل التعبئة. معدل التعبئة هو النسبة المئوية للمقطع العرضي للتجويف الذي يشغله المقطع العرضي للحلقة. وتطلق عليه الصناعة أيضًا اسم "ملء التجويف". لا يمكن تصميم التجويف بإحكام شديد بحيث تملأه الحلقة تمامًا. حافظ على معدل التعبئة في حدود 85% واترك مساحة مفتوحة تتراوح من 15% إلى 25% للتمدد الحراري وتورم الزيت. إذا تجاوز معدل التعبئة 90%، يمكن أن تنتفخ الحلقة وتنحشر داخل التجويف عند درجات حرارة أعلى، مما لا يترك مجالاً لتوليد ضغط إحكام.
ما هو الحجم المناسب للمجرى؟ لا داعي لاختراع الأبعاد. تحقق من عمق وعرض المجرى في المعيار GB/T 3452.3. يقدم المعيار قيمًا مرجعية جاهزة للاستخدام: حلقة ذات مقطع عرضي 2.65 مم تتوافق مع عمق مجرى حوالي 2.15 مم، وحلقة 3.55 مم تتوافق مع عمق مجرى حوالي 2.85 مم للختم الساكن. عادةً ما يكون عرض المجرى حوالي 1.35 ضعف قطر المقطع العرضي. يتبع المعيار الأمريكي AS568 والمعيار الياباني JIS نفس المنطق، لكن سلاسل المقاطع العرضية لديهما مختلفة. على سبيل المثال، تتوافق السلسلة الأمريكية 3.53 مم مع السلسلة الصينية 3.55 مم. لا تخلط بين المعايير عند نسخ رسم. يمكنك أيضًا التحقق من الرقم باستخدام صيغة بسيطة: عمق المجرى يساوي قطر المقطع العرضي مضروبًا في واحد ناقص معدل الانضغاط. بالنسبة لحلقة 3.55 مم بانضغاط 20%، يكون عمق المجرى 2.84 مم، وهو ما يتطابق مع قيمة الجدول البالغة 2.85 مم. بمجرد وضوح مصدر الرقم، يمكن التحقق من أي قطر مقطع عرضي. قبل نسخ رسم آخر، تأكد من شيء واحد أولاً: ما إذا كانت الحلقة لا تزال تستخدم نفس قطر المقطع العرضي.
يجب ألا يحتوي السطح الذي تضغط عليه الحلقة، والذي غالبًا ما يسمى "شريط الإغلاق" في المصانع، على علامات أدوات أو علامات انكماش. بالنسبة لأسطح الإغلاق الثابتة، فإن قيمة Ra من 1.6 إلى 3.2 كافية. إذا وقعت علامة انكماش من جزء مصبوب بالحقن على شريط الإغلاق، يمكن للماء أن يتبع الملمس ويتجاوز الحلقة. قد تكون الحلقة نفسها سليمة تمامًا.
2. يتم تحديد معدل الضغط بالافتراض
صيغة معدل الانضغاط بسيطة: قطر المقطع العرضي مطروحًا منه عمق التجويف، ثم مقسومًا على قطر المقطع العرضي. هذا هو أيضًا أسهل مكان لارتكاب خطأ. في معظم الحالات، يوفر الانضغاط بنسبة 15% إلى 25% أفضل نتيجة لمقاومة الماء. الانضغاط القليل جدًا يؤدي إلى التسرب. الانضغاط المفرط يشوه الغلاف ويخلق قوة تجميع زائدة. كلا الجانبين محفوف بالمخاطر. بمجرد أن يتجاوز الانضغاط الفعلي 40%، تتلف الحلقة نفسها.
تعتمد القيمة الصحيحة على كيفية تركيب الحلقة. إذا انزلقت الحلقة في مكانها في التجميع الشعاعي (القطري)، فيجب أن تتغلب على الاحتكاك. كلما زاد ضغطها، زادت صعوبة تجميعها، لذا يكون الضغط عادة حوالي 10%. إذا تم ضغط الحلقة مباشرة بواسطة غطاء في تصميم شفة محورية، فلا يوجد احتكاك انزلاقي، وبالتالي يمكن أن يصل الضغط إلى 20%. يؤدي الضغط الزائد إلى 25% وحتى 30% إلى الوصول إلى الحد الذي يبدأ فيه التشوه الدائم.
لا تظهر عواقب الضغط الزائد على الفور. تسميه الصناعة "التشوه الانضغاطي الدائم". بعد بقاء الحلقة مضغوطة في التجويف لعدة أشهر، يصبح الجزء الذي يتم إزالته مسطحًا ولم يعد يعود إلى شكله الدائري. بعد ضغط أطول، يمكن أن يصبح المقطع على شكل فراشة، وتظهر فجوات على سطح الختم. كلما زاد الضغط وارتفعت درجة الحرارة، زادت سرعة تسطح الحلقة. لا يمكن زيادة معدل الضغط بالتخمين. ما يبدو وكأنه ملاءمة محكمة أكثر أمانًا هو في الواقع تقليل لعمر خدمة الحلقة.
هناك تفصيل آخر يستهلك الانضغاط بصمت. تتمدد الحلقة المثبتة شعاعيًا عند تركيبها على العمود. لكل 1% من التمدد، يتقلص قطر المقطع العرضي بحوالي 0.5%. بمجرد تقلص المقطع، يُفقد جزء من الانضغاط المصمم. يتم التحكم في التمدد عادةً بين 1% و 5%. قد يسمي الموردون اليابانيون والتايوانيون معدل الانضغاط "معدل الضغط" (crush rate). إنه نفس المفهوم، لذا لا تدع المصطلحات تسبب التباسًا عند قراءة المراجع التصميمية.
3. لم يتم التحقق من تراكم التفاوتات
معدل الانضغاط الاسمي ليس هو معدل الانضغاط الفعلي. يمكن أن تستهلك التفاوتات نصفه.
تقدم Apple Rubber مثالاً في دليل التصميم الخاص بها. بالنسبة لحلقة بمقطع عرضي 0.76 ملم، يمكن أن يتراكم تفاوت الحلقة نفسها، وتفاوت الأخدود، وتفاوت التجويف المقابل ليصل إلى 0.3 ملم. وهذا يمثل ما يقرب من نصف المقطع العرضي للحلقة. الرسم الذي يحدد معدل ضغط اسمي 20% لا يحتوي إلا على حوالي 0.15 ملم من الانضغاط الكلي. في أسوأ الأحوال، تستهلك هذه الكمية الصغيرة من الانضغاط بالكامل تقريبًا. قد تظهر فجوة، ويصبح إجهاد التلامس غير كافٍ، ويبدأ التسرب الدقيق من هناك.
الجزء الأكثر خطورة في هذا النوع من الرسومات الهندسية هو أنه يمكن أن يجتاز مرحلة النماذج الأولية. تجتاز ثلاث عينات أولية اختبار الغمر، ويقوم الفريق بتثبيت الرسم الهندسي، ويبدأ الإنتاج الضخم. ثم تتسرب 7 من أصل 20 عينة في دفعة إنتاج مكونة من 500 قطعة. لقد صادف أن وقعت عينات النموذج الأولي بالقرب من مركز نطاق التفاوت، بينما انتشرت أبعاد الإنتاج عبر النطاق الكامل. لا تثبت الموافقة على النموذج الأولي أن الرسم الهندسي صحيح.
يمكن إتمام الإصلاح أثناء مراجعة الرسم الهندسي في حوالي خمس دقائق: احسب كلا الحدين. يُسمى هذا التحقق من أسوأ الحالات. طابق أصغر حلقة مع أعمق أخدود وتحقق مما إذا كان معدل الانضغاط لا يزال يمنع التسرب. ثم طابق أكبر حلقة مع أضيق أخدود وتحقق مما إذا كان معدل الملء يتجاوز الحد. إذا اجتاز كلا الرقمين، يمكن اعتماد الرسم الهندسي بالفعل. عند مواءمة المتطلبات مع الموردين لاحقًا، استخدم قيمتي الحد هاتين. يمكن لأي شخص تحديد قيمة اسمية.
4. يتم نسخ الصلابة من منتج آخر
يعتقد البعض أن الحلقة الأكثر صلابة أكثر أمانًا. للأسف، هذا ليس صحيحًا. إذا كانت الصلابة خاطئة، يمكن أن يحدث التسرب بطريقتين.
إذا كانت الحلقة صلبة جدًا، فلا يمكنها التوافق بشكل كامل مع سطح التزاوج تحت ضغط منخفض. لا تستطيع قوة ارتدادها إغلاق الفجوات المجهرية، ويُظهر الاختبار الهيدروستاتيكي تسربًا دقيقًا. يصبح التجميع صعبًا أيضًا. قد لا يتمكن المشغلون من إغلاق الغلاف بالضغط، وقد يتشوه الغلاف تحت الحمل، مما يزيد من سوء التسرب. إذا كانت الحلقة ناعمة جدًا، فإنها تفشل بطريقة أخرى. تتسطح بعد الانضغاط طويل الأمد لأن تشوه الانضغاط الدائم مرتفع، وتحت ضغط أعلى يمكن أن تُعصر في الخلوص المتزاوج وتتمزق. إلى أي مدى يمكن أن تتسطح؟ يمكن أن تصل حلقة سيليكون بصلابة 60 شور A مضغوطة عند 120 درجة مئوية لمدة 1000 ساعة إلى تشوه انضغاط دائم قدره 25%. هكذا تُفقد قوة الارتداد خطوة بخطوة. السيليكون ليس مادة عالية القوة بطبيعته، لذا يجب التحكم في الصلابة والخلوص معًا.
ما هي الصلابة التي يجب تحديدها؟ تستخدم حلقات الإغلاق المقاومة للماء عادةً صلابة تتراوح بين 50 إلى 70 شور A. أما حلقات غلاف الإلكترونيات الاستهلاكية فتستخدم غالبًا صلابة تتراوح بين 45 إلى 60 شور A في الإنتاج الفعلي. يوفر تصميم الهاتف المتين مرجعًا مفيدًا: حلقة إغلاق الغلاف تكون حوالي 45 شور A، بينما تستخدم سدادة المسمار 70 شور A. لا تمتلك سدادة المسمار دعمًا واسعًا للسطح، لذا تعتمد على صلابتها للحفاظ على الإغلاق. إذا استخدم نوعان من الحلقات في نفس الرسم قيمتي صلابة مختلفتين، فلا تنسخ الرقم الخاطئ.
يجب على قسم المشتريات أيضًا تتبع رقم واحد: صلابة السيليكون نفسها عادة ما يكون لها تفاوت زائد أو ناقص 5 شور A. قد يشير موردان كلاهما إلى 60 شور A، ولكن قد تختلف أجزائهما الفعلية بمقدار 5 درجات. اترك مجالًا لهذا التباين عند تحديد الصلابة في الرسم. لا تضبط معدل الانضغاط عند الحد الأقصى وتراهن على أن كل دفعة من المورد ستكون دقيقة. تطبيقات الضغط العالي لديها مشكلة أخرى تسمى "بثق الفجوة"، ولكن منتجات الإلكترونيات الاستهلاكية ذات الضغط المنخفض عادة لا تحتاج إلى حلقات دعم.
5. مسار التجميع يفتقر إلى خطة احتياطية
فشل شائع: يُظهر اختبار إحكام الهواء تسربًا كبيرًا، وعند فتح المنتج، توجد علامة قطع منتظمة على طول الحلقة بالكامل. تم قطع الحلقة بواسطة حافة ثقب حادة، ويقع التسرب بالضبط عند هذا القطع. أي حافة حادة على طول مسار التجميع تصبح سكينًا. قد يكون القطع صغيرًا، لكن التسرب يمكن أن يكون شديدًا.
هناك حلان. أضف شطفة توجيه بزاوية 15 إلى 20 درجة عند مدخل التجميع، وأضف انتقالًا نصف قطريًا من R0.3 إلى R0.5 في قاع التجويف. إذا كان يجب أن تنزلق الحلقة فوق السنون اللولبية أو حافة الثقب، فإما أن تضيف الشطفة إلى الهيكل أو تستخدم جلبة واقية على أداة التجميع. في الرسم الهندسي، هذه الميزات هي مجرد مواصفات شطفة. ليس من الصعب دمجها في القالب. الجزء الصعب هو تذكر تحديدها.
تكمن نقطة تسرب شائعة أخرى في جانب المبيت. عندما يستخدم المبيتان العلوي والسفلي براغي لضغط حلقة منع التسرب، يتم التحكم في تباعد البراغي عادةً بحوالي 35 ملم لكل فاصل بناءً على الخبرة الصناعية. إذا كانت النقاط متباعدة جدًا، يتقوس منتصف المبيت للأعلى وينفتح سطح الإغلاق محليًا. عزم التجميع غير المتساوي هو نفس المشكلة بصورة أخرى. الحلقة ليست تالفة، والأخدود ليس به خطأ. ببساطة، المبيت لا يضغط على المانع.
تبقى خطوة أخيرة: التحقق. يجب التحقق من مقاومة الماء من خلال اختبارات متكررة. قد يجتاز المنتج النهائي الاختبار الأول بعد التجميع، ثم يفشل بعد دورة درجات الحرارة العالية والمنخفضة، أو اختبار السقوط، أو اختبار ضغط الماء. لقد دفعت مراجعات تصميم الهواتف المتينة ثمن هذا الدرس. أثناء الإنتاج الضخم، يعتمد التحقق على اختبار إحكام الهواء. يتم ضغط التجويف، ويتم قياس انخفاض الضغط. تسمي المصانع هذا "اختبار الهواء"، بينما تسمى طريقة الغمر المقابلة "اختبار الماء". تتمثل إحدى الطرق الصناعية النموذجية في ملء المنتج بحوالي 24 كيلو باسكال من الهواء، والحفاظ على الضغط لمدة نصف دقيقة، واجتياز المنتج إذا كان انخفاض الضغط أقل من 0.05 رطل لكل بوصة مربعة. يتم تحويل هذه القيمة من متطلبات مقاومة الماء IP67. يستغرق اختبار الماء عدة دقائق لكل وحدة ويتطلب التجفيف بعد ذلك. اختبار الهواء غير مدمر ويدعم فحص 100%. إذا لم يتم التخطيط لطريقة الاختبار وخط النجاح/الفشل، فستظهر مشكلة التسرب فقط بعد استلام العميل للمنتج.
تخلص من المخاطر قبل اعتماد التصميم، بدون تكلفة
أي من المزالق الخمسة يجب منعها أولاً؟ رتبها حسب التكلفة. تعتبر مشاكل الأخدود ومعدل الضغط متكررة، وعادة ما يكشفها الاختبار. أما مشاكل التفاوت (التسامح) فهي الأكثر خفاءً والأعلى تكلفة. لا تظهر هذه المشاكل أثناء النمذجة الأولية، ولكنها تتفجر في الإنتاج الضخم. وبحلول وقت وصول شكاوى العملاء، يكون استثمار القالب قد تم بالفعل.
إن الوقت قبل تجميد التصميم له قيمة حقيقية. في مرحلة الرسم الهندسي، لا يكلف تغيير عمق التجويف أو معدل الانضغاط أو مواصفات الصلابة شيئًا. يمكن مراجعة النموذج ثلاثي الأبعاد عددًا لا يحصى من المرات. بعد تصنيع القوالب، قد تكلف إصلاحات القالب الطفيفة حوالي $45 إلى $450. إذا كان عمق التجويف بُعدًا مصبوبًا لا يمكن تعديله، فيجب إعادة تصنيع القالب. قد يعني ذلك حوالي $450 إلى $4,500 أو أكثر، بالإضافة إلى شهر آخر يضاف إلى المهلة الزمنية. إذا وصلت المشكلة إلى مرحلة شكاوى العملاء أثناء الإنتاج الضخم، تصبح التكلفة عبارة عن مرتجعات بالإضافة إلى الإضرار بالسمعة. يمكن أن يكلف نفس المطب 100 ضعف أكثر عندما يتم اكتشافه متأخرًا.
قبل تثبيت التصميم، يعد التحقق من هذه العناصر الخمسة مقابل الرسم طبقة إضافية مجانية من الضمان. نحن YueHouDZ، بخبرة 11 عامًا في منتجات السيليكون المخصصة. تشمل حالات إنتاجنا الضخم حلقات مبيتات الأجهزة، وإغلاق موصلات الكابلات، ومقاومة الماء للاستخدام الخارجي.حلقة إغلاق سيليكونالمشاريع. يمكن إرسال رسومات هيكل الإغلاق إلينا. يمكننا التحقق من أبعاد التجويف ومعدل الانضغاط كجزء منتصنيع قطع السيليكون الأصلية (OEM)الدعم، ولا نفرض رسومًا على هذه الخطوة.
