Introduzione: Lo stampaggio a iniezione è un processo di produzione comune che inietta materiale plastico in uno stampo, quindi lo deforma e infine lo modella mediante riscaldamento e raffreddamento. Tuttavia, durante il processo di stampaggio a iniezione, a volte si verifica una deformazione che influisce sulla qualità e sull'efficienza produttiva del prodotto. Le cause della deformazione sono molteplici e spesso è difficile risolverle affidandosi esclusivamente ai parametri di processo.

Combinando informazioni pertinenti ed esperienze di lavoro reali, di seguito viene presentata un'analisi delle cause e delle soluzioni per la deformazione della plastica. stampaggio a iniezione deformazione.

Che cos'è il Warping?

Ciò significa che la forma del prodotto stampato a iniezione è diversa da quella della cavità dello stampo, uno dei difetti più comuni dei prodotti in plastica.

Cause di deformazione nello stampaggio a iniezione

Le ragioni della deformazione nello stampaggio a iniezione sono molteplici, alcune delle quali sono comuni:

Struttura dello stampo

Per quanto riguarda gli stampi, i fattori che influenzano la deformazione delle parti in plastica includono principalmente il sistema di colata, il sistema di raffreddamento e il sistema di espulsione.

Sistema di regolazione

La posizione, la forma e il numero delle porte dello stampo a iniezione influiscono sul riempimento della cavità dello stampo da parte della plastica, che può causare la deformazione del pezzo in plastica.

Maggiore è la distanza di flusso, maggiore è la sollecitazione interna causata dalla compensazione del flusso e del ritiro tra lo strato congelato e lo strato di flusso centrale.

Al contrario, minore è la distanza di flusso, minore è il tempo di flusso dalla porta alla fine del flusso del pezzo, minore è lo spessore dello strato congelato durante il riempimento dello stampo, minore è la sollecitazione interna e la deformazione di deformazione sarà notevolmente ridotta.

Per alcune parti in plastica piatte, se si utilizza una sola porta centrale, le parti in plastica saranno deformate dopo lo stampaggio, poiché il tasso di ritiro in direzione del diametro è maggiore del tasso di ritiro in direzione della circonferenza. Se invece si utilizzano più porte a punti o porte a film, è possibile prevenire efficacemente la deformazione.

Quando si usano le porte per i bordi per lo stampaggio, anche la posizione e la quantità delle porte hanno un grande effetto sulla deformazione della parte in plastica, perché il ritiro della plastica non è lo stesso in tutte le direzioni.

Inoltre, l'utilizzo di più porte può ridurre il rapporto di flusso della plastica (L/t), rendendo più uniforme la densità della colata nella cavità dello stampo e le variazioni di contrazione. Allo stesso tempo, l'intera parte in plastica può essere riempita a una pressione di iniezione inferiore. Inoltre, una pressione di iniezione più bassa può ridurre la tendenza della plastica ad avere un orientamento molecolare o di allineamento delle fibre e ridurre lo stress interno, riducendo così la deformazione della parte in plastica.

Sistema di raffreddamento

Quando si inietta la plastica, il pezzo si raffredda in modo non uniforme. Questo fa sì che il pezzo si ritiri in modo non uniforme. Il ritiro irregolare fa piegare il pezzo. La piegatura fa deformare il pezzo.

Se la differenza di temperatura tra la cavità dello stampo e l'anima utilizzata nella stampaggio a iniezione di parti in plastica piatte (come i gusci delle batterie dei telefoni cellulari) è troppo grande, il materiale fuso vicino alla superficie della cavità dello stampo freddo si raffredderà rapidamente, mentre lo strato di materiale vicino alla superficie della cavità dello stampo caldo continuerà a ritirarsi. Il ritiro non uniforme causerà la deformazione della plastica.

Pertanto, il raffreddamento dello stampo a iniezione deve prestare attenzione alla temperatura della cavità e del nucleo che tende a bilanciarsi, e la differenza di temperatura tra i due non deve essere troppo grande (a questo punto, si possono considerare due regolatori di temperatura dello stampo).

Quando si pensa al bilanciamento della temperatura tra l'interno e l'esterno della parte in plastica, è necessario pensare anche al bilanciamento della temperatura di ciascun lato della parte in plastica. In altre parole, quando lo stampo si raffredda, si deve cercare di mantenere la temperatura della cavità e del nucleo il più possibile uniforme. In questo modo, ogni parte del pezzo in plastica si raffredda alla stessa velocità, quindi ogni parte si restringe allo stesso ritmo e non si verifica alcuna deformazione.

La disposizione dei fori dell'acqua di raffreddamento sullo stampo è molto importante. Dopo aver determinato la distanza tra la parete del tubo e la superficie della cavità, la distanza tra i fori dell'acqua di raffreddamento deve essere mantenuta la più piccola possibile per garantire una temperatura uniforme della parete della cavità.

Inoltre, poiché la temperatura del mezzo di raffreddamento aumenta con l'aumentare della lunghezza del canale dell'acqua di raffreddamento, lungo il canale dell'acqua si verificherà una differenza di temperatura tra la cavità dello stampo e il nucleo. Pertanto, la lunghezza di ciascun canale dell'acqua del circuito di raffreddamento deve essere inferiore a 2 metri.

Per gli stampi di grandi dimensioni, è necessario impostare più circuiti di raffreddamento e l'ingresso di un circuito deve essere vicino all'uscita di un altro circuito. Per i pezzi di plastica lunghi, si dovrebbero utilizzare canali d'acqua a passaggio diretto. (La maggior parte dei nostri stampi utilizza circuiti a forma di S, che non favoriscono la circolazione, ma prolungano il ciclo).

Sistema di espulsione

Anche la progettazione del sistema di espulsione influisce direttamente sulla deformazione delle parti in plastica. Se il sistema di espulsione è sbilanciato, si verificherà uno squilibrio nella forza di espulsione e la deformazione della parte in plastica.

Pertanto, quando si progetta il sistema di espulsione, si deve cercare di trovare un equilibrio con la resistenza allo stampaggio. Inoltre, l'area della sezione trasversale dell'asta di espulsione non deve essere troppo piccola per evitare che la parte in plastica si deformi a causa di una forza eccessiva per unità di superficie (soprattutto quando la temperatura di sformatura è troppo alta).

L'asta di espulsione deve essere posizionata il più vicino possibile alla parte che oppone maggiore resistenza alla rimozione dallo stampo. Senza pregiudicare la qualità delle parti in plastica (incluso il loro utilizzo, la precisione dimensionale, l'aspetto, ecc.), è necessario utilizzare il maggior numero possibile di perni di espulsione per ridurre la deformazione complessiva delle parti in plastica (per questo motivo i perni di espulsione sono sostituiti dai blocchi di espulsione).

Quando si utilizzano materiali plastici morbidi (come il TPU) per realizzare parti in plastica a pareti sottili con cavità profonde, a causa della grande resistenza allo sformaggio e del materiale morbido, se si utilizza un solo metodo di espulsione meccanica, le parti in plastica saranno deformate, persino penetrate o piegate, e le parti in plastica saranno scartate. Se si utilizza una combinazione di più componenti o la pressione del gas (liquido) e l'espulsione meccanica, l'effetto sarà migliore (verrà utilizzato in seguito).

Fase di plastificazione

La fase di plastificazione è quella in cui le particelle vetrose si trasformano in una fusione appiccicosa (abbiamo parlato dei tre stati di plastificazione delle materie prime durante la formazione). Durante questa fase, la differenza di temperatura del polimero in direzione assiale e radiale (rispetto alla vite) sollecita la plastica; inoltre, la pressione di iniezione, la velocità e altri parametri della macchina di iniezione influenzano notevolmente l'allineamento delle molecole quando lo stampo si riempie, causando deformazioni.

Fase di riempimento e raffreddamento

La plastica fusa viene iniettata nello stampo sotto pressione, raffreddata e solidificata nello stampo. Questo processo è la fase chiave di stampaggio a iniezione. In questo processo, la temperatura, la pressione e la velocità sono interrelate e hanno un grande impatto sulla qualità e sull'efficienza produttiva dei pezzi in plastica.

Una pressione e una portata maggiori produrranno un'elevata velocità di taglio, che causerà differenze nell'orientamento molecolare parallelo alla direzione del flusso e perpendicolare alla direzione del flusso, producendo un "effetto congelamento". L'"effetto congelamento" produrrà uno stress da congelamento e formerà uno stress interno alle parti in plastica.

La temperatura influisce sulla deformazione nei seguenti modi:

Le differenze di temperatura tra le superfici superiore e inferiore della parte in plastica causano stress termico e deformazione. Le differenze di temperatura tra le diverse aree della parte in plastica causano un ritiro non uniforme. Condizioni di temperatura diverse influenzano il riempimento o il rinforzo in fibra.

Restringimento dei prodotti stampati ad iniezione

Il motivo principale per cui i prodotti stampati a iniezione si deformano è che il ritiro delle parti in plastica non è uniforme. Se nella fase di progettazione dello stampo non si tiene conto dell'effetto di ritiro durante il processo di riempimento, la forma effettiva del prodotto sarà molto diversa dai requisiti di progettazione e una forte deformazione causerà la rottamazione del prodotto (ovvero il problema del tasso di ritiro).

Oltre alla deformazione dovuta al riempimento, la differenza di temperatura tra le pareti superiori e inferiori dello stampo causerà anche differenze di ritiro tra le superfici superiori e inferiori del pezzo in plastica, con conseguente deformazione. Per l'analisi della deformazione, il ritiro in sé non è importante, ma è importante la differenza che crea le sollecitazioni interne nel ritiro.

Quando si producono parti in plastica con lo stampaggio a iniezione, le molecole di plastica si allineano nella direzione in cui scorre la plastica. Questo fa sì che la plastica si restringa di più nella direzione in cui scorre rispetto a quella in cui si muove verso l'alto e verso il basso. Questo fa sì che le parti in plastica si deformino (si parla di anisotropia).

Normalmente, il ritiro uniforme provoca solo variazioni di volume delle parti in plastica e solo un ritiro non uniforme può causare deformazioni. La differenza tra i tassi di ritiro dei materiali cristallini nella direzione del flusso e nella direzione verticale è maggiore rispetto a quella delle plastiche non cristalline, e anche il loro tasso di ritiro è maggiore rispetto a quello delle plastiche non cristalline.

La grande contrazione delle plastiche cristalline e la loro anisotropia di contrazione si sovrappongono, determinando una tendenza alla deformazione delle parti in plastica cristallina molto maggiore di quella delle plastiche non cristalline.

Sollecitazione termica residua

Quando si producono oggetti con stampaggio a iniezioneIl calore del processo può far deformare il materiale. Questo è un male perché rende il prodotto non buono. Il calore può far deformare il materiale in modi diversi, ma non ne parlerò ora.

Misure di miglioramento per la deformazione di parti stampate ad iniezione

Influenza della progettazione dello stampo

Per quanto riguarda la progettazione degli stampi, gli elementi che influiscono sulla deformazione delle parti in plastica sono principalmente il sistema di colata, il sistema di raffreddamento, il sistema di espulsione e così via.

Sistema di regolazione

a) La posizione, la forma e il numero delle porte dello stampo a iniezione influiscono sul riempimento della cavità dello stampo da parte della plastica, che può causare la deformazione del pezzo. Maggiore è la distanza percorsa dalla plastica, maggiore è la tensione che si crea all'interno del pezzo mentre scorre e si ritira tra lo strato congelato e lo strato di flusso centrale.

D'altra parte, minore è la distanza che la plastica deve percorrere dal gate all'estremità del pezzo, più sottile è lo strato congelato durante il riempimento dello stampo, minore è la sollecitazione all'interno del pezzo e minore è la sua deformazione.

b) Per alcune parti in plastica piatte, se si utilizza solo una porta centrale, il tasso di ritiro in direzione del diametro è maggiore del tasso di ritiro in direzione della circonferenza, e le parti in plastica saranno distorte dopo lo stampaggio. Se invece si utilizzano più porte a punti o porte a film, è possibile prevenire efficacemente la deformazione.

c) Per le parti in plastica lunghe e a forma di striscia, la porta è posizionata all'estremità e il materiale fuso scorre lungo la direzione della lunghezza, riducendo così la deformazione causata dal design della porta al centro.

d) Quando si utilizzano porte puntiformi per lo stampaggio, a causa dell'anisotropia del ritiro plastico, la posizione e il numero delle porte hanno una grande influenza sul grado di deformazione della parte in plastica. Inoltre, l'uso di più porte può anche ridurre il rapporto di flusso (L/t) della plastica, in modo che la densità della colata nella cavità dello stampo sia più uniforme e il ritiro sia più uniforme.

e) Per i prodotti a forma di anello, la rotondità del prodotto finale è influenzata anche dalle diverse forme della porta e può essere riempita con una pressione di iniezione minore. La minore pressione della cavità di iniezione può ridurre la tendenza all'orientamento molecolare della plastica, ridurre lo stress interno e quindi ridurre la deformazione della parte plastica.

Sistema di raffreddamento

a) Se le caratteristiche di fusione e raffreddamento del pezzo stampato a iniezione non sono uniformi, il pezzo in plastica si restringe in modo non uniforme. Questa differenza di ritiro crea un momento flettente e provoca la deformazione del pezzo in plastica.

Se la differenza di temperatura tra la cavità dello stampo e l'anima utilizzata per lo stampaggio a iniezione di parti in plastica piatte (come i gusci delle batterie dei telefoni cellulari) è troppo elevata, il materiale fuso vicino alla superficie fredda della cavità dello stampo si raffredda rapidamente, mentre il materiale vicino alla superficie calda della cavità dello stampo continua a ritirarsi.

Questo ritiro non uniforme causerà la deformazione della parte in plastica. Pertanto, quando si raffredda lo stampo a iniezione, occorre prestare attenzione a bilanciare la temperatura della cavità e del nucleo e la differenza di temperatura tra i due non deve essere troppo grande (a questo punto, si può considerare l'utilizzo di due regolatori di temperatura dello stampo).

b) La temperatura su entrambi i lati del pezzo stampato a iniezione deve essere la stessa. Quando lo stampo si raffredda, la temperatura della cavità e del nucleo deve essere mantenuta il più possibile uguale. In questo modo, il pezzo in plastica si raffredda alla stessa velocità ovunque, per cui si restringe in modo uniforme e non si deforma.

c) La disposizione dei fori dell'acqua di raffreddamento sullo stampo è fondamentale. Ciò include il diametro del foro di raffreddamento, la distanza b tra i fori, la distanza tra la parete del tubo e la superficie della cavità e lo spessore della parete del prodotto.

Una volta determinata la distanza tra la parete del tubo e la superficie della cavità, la distanza tra i fori dell'acqua di raffreddamento deve essere mantenuta la più piccola possibile per garantire una temperatura uniforme della parete della cavità.

d) Cose da considerare quando si decide il diametro del foro dell'acqua di raffreddamento. Indipendentemente dalle dimensioni dello stampo, il diametro del foro dell'acqua non può essere superiore a 14 mm, altrimenti è difficile per il refrigerante creare un flusso turbolento. In generale, il diametro del foro dell'acqua può essere deciso in base allo spessore medio della parete del prodotto.

Quando lo spessore medio della parete è di 2 mm, il diametro del foro dell'acqua è di 8-10 mm; quando lo spessore medio della parete è di 2-4 mm, il diametro del foro dell'acqua è di 10-12 mm; quando lo spessore medio della parete è di 4-6 mm, il diametro del foro dell'acqua è di 10-14 mm.

e) Poiché la temperatura del mezzo di raffreddamento aumenta con l'aumentare della lunghezza del canale dell'acqua di raffreddamento, lungo il canale dell'acqua si verificherà una differenza di temperatura tra la cavità e il nucleo dello stampo. Pertanto, la lunghezza di ciascun canale d'acqua del circuito di raffreddamento deve essere inferiore a 2 metri.

f) Per le parti quadrate in plastica, l'effetto di raffreddamento è potenziato dall'inserimento di rame ai quattro angoli dello stampo. I quattro angoli sono i punti in cui si accumula il calore e quindi migliorano la deformazione dei pezzi.

9) Negli stampi di grandi dimensioni è consigliabile inserire diversi circuiti di raffreddamento e collocare l'ingresso di un circuito vicino all'uscita di un altro circuito. Per le parti in plastica lunghe, è consigliabile utilizzare canali d'acqua a passaggio diretto.

Sistema di espulsione

a) Anche la progettazione del sistema di espulsione influisce direttamente sulla deformazione delle parti in plastica. Se il sistema di espulsione è sbilanciato, la forza di espulsione sarà sbilanciata e la plastica stampata a iniezione deformata. Pertanto, quando si progetta il sistema di espulsione, esso deve essere bilanciato con la forza positiva di stampaggio.

b) Ottimizzare l'effetto di sformatura (posizionare il perno di espulsione nella posizione della costola/osso) per migliorare i cambiamenti causati da una cattiva sformatura delle parti in plastica.

c) La sezione trasversale dell'asta di espulsione non deve essere troppo piccola per evitare che le parti in plastica si deformino a causa di una forza eccessiva per unità di superficie (soprattutto quando la temperatura di sformatura è elevata).

d) Disporre l'asta di espulsione il più vicino possibile alla parte che presenta la maggiore resistenza all'estrazione dallo stampo.

e) Inserire il maggior numero possibile di aste di espulsione senza compromettere la qualità delle parti in plastica (compresi i requisiti di utilizzo, la precisione dimensionale, l'aspetto, ecc. Se necessario, sostituire le aste di espulsione con blocchi di espulsione.

f) Quando si utilizzano materiali plastici morbidi (come il TPU) per realizzare parti in plastica con pareti di cavità profonde, a causa della grande resistenza allo stampaggio e delle fibre dei materiali morbidi rinforzati con fibre, se si utilizza un solo metodo di espulsione meccanica, le parti in plastica si deformeranno, addirittura si sfonderanno o si piegheranno, e si dovranno buttare via. Se si utilizza una combinazione di più componenti o la pressione dell'aria (liquida) e l'espulsione meccanica, il risultato sarà migliore.

9) Per gli stampi a cavità profonda, aggiungiamo dispositivi di presa d'aria alla parte anteriore e posteriore degli stampi per migliorare la deformazione dell'aspirazione a vuoto.

Fase di plastificazione

Il controllo dell'iniezione multistadio può impostare in modo ragionevole la pressione di iniezione multistadio, la velocità di iniezione, la pressione di mantenimento e il metodo di sol in base alla struttura del canale, alla forma del gate e alla struttura del pezzo stampato a iniezione. In questo modo si previene la deformazione da deformazione.

Raffreddamento degli stampi

La plastica si raffredda a velocità diverse e si ritira in modo non uniforme. Questo ritiro irregolare crea una forza di flessione che deforma la parte in plastica.

Ad esempio, nello stampaggio a iniezione di parti piane in plastica, se la differenza di temperatura tra la cavità dello stampo e il nucleo è troppo grande, la plastica si raffredderà rapidamente vicino alla superficie fredda della cavità dello stampo, ma il materiale vicino alla superficie calda della cavità dello stampo continuerà a ritirarsi.

Questo ritiro non uniforme causerà la deformazione della parte in plastica. Pertanto, quando si raffredda lo stampo a iniezione, è necessario assicurarsi che la temperatura della cavità e del nucleo sia bilanciata e che la differenza di temperatura tra i due non sia troppo elevata.

Anche la disposizione dei fori dell'acqua di raffreddamento sullo stampo è molto importante. Dopo aver determinato la distanza tra la parete del tubo e la superficie della cavità, la distanza tra i fori dell'acqua di raffreddamento deve essere la più piccola possibile per garantire che la temperatura della parete della cavità sia uniforme.

Allo stesso tempo, poiché la temperatura del mezzo di raffreddamento aumenta con l'aumentare della lunghezza del canale dell'acqua di raffreddamento, la cavità dello stampo e il nucleo avranno una differenza di temperatura lungo il canale dell'acqua.

Pertanto, la lunghezza del canale d'acqua di ogni circuito di raffreddamento deve essere inferiore a 2 m. In stampi di grandi dimensioni devono essere installati più circuiti di raffreddamento e l'ingresso di un circuito è situato vicino all'uscita di un altro circuito.

Per i pezzi in plastica lunghi, è necessario utilizzare un circuito di raffreddamento per ridurre la lunghezza del circuito di raffreddamento, cioè per ridurre la differenza di temperatura dello stampo, in modo da garantire un raffreddamento uniforme dei pezzi in plastica.

Restringimento del prodotto

Normalmente, il ritiro uniforme influisce solo sul volume della plastica e solo un ritiro non uniforme causa la deformazione. La differenza di ritiro che si verifica tra la direzione del flusso e la direzione verticale delle plastiche cristalline è maggiore di quella delle plastiche non cristalline.

Per il processo di iniezione multistadio selezionato in base all'analisi della forma geometrica del prodotto, a causa della parete sottile e del lungo rapporto di lunghezza del flusso del prodotto, la colata deve scorrere rapidamente,

altrimenti è facile che si raffreddi e si solidifichi, e per questo si dovrebbe impostare l'iniezione ad alta velocità. Tuttavia, l'iniezione ad alta velocità apporta molta energia cinetica alla massa fusa e, quando la massa fusa scorre verso il fondo, produce un forte impatto inerziale, con conseguente perdita di energia e traboccamento. A questo punto, la colata deve rallentare la velocità di flusso e ridurre la pressione di riempimento.

E mantenere la cosiddetta pressione di mantenimento in modo che la colata possa integrare il ritiro della colata nella cavità dello stampo prima che il cancello si solidifichi. Ciò comporta requisiti per la velocità e la pressione di iniezione in più fasi nel processo di stampaggio. stampaggio a iniezione processo.

Sollecitazione termica residua

Quando la plastica viene stampata, non si raffredda in modo uniforme, quindi si restringe in modo non uniforme. Ciò significa che la sollecitazione all'interno è irregolare. Quindi, quando la si estrae dallo stampo, si deforma a causa delle sollecitazioni non uniformi.

La trasformazione di fase e il comportamento di rilassamento delle sollecitazioni della plastica da liquida a solida durante la fase di raffreddamento. Per l'area non polimerizzata, la plastica si comporta come un fluido viscoso, descritto dal modello del fluido viscoso. Per l'area polimerizzata, la plastica si comporta come un materiale viscoelastico, descritto dal modello solido lineare standard.

Pertanto, i costruttori di stampi o gli sviluppatori di prodotti possono utilizzare il modello di trasformazione di fase viscoelastica e il metodo degli elementi finiti bidimensionale per prevedere le sollecitazioni termiche residue e la corrispondente deformazione.

Conclusione

Il progetto dello stampo, il tipo di materiale plastico che si utilizza e il modo in cui viene utilizzata la macchina di stampaggio hanno tutti un'influenza diversa sulla deformazione dei pezzi. Perciò, se volete riparare i vostri pezzi deformati, dovete pensare a tutti questi aspetti.