Inleiding: Spuitgieten is een veelvoorkomend productieproces waarbij kunststof materiaal in een matrijs wordt gespoten, vervolgens wordt vervormd en uiteindelijk wordt gevormd door verhitting en afkoeling. Tijdens het spuitgietproces treedt echter soms vervorming op, wat de kwaliteit en productie-efficiëntie van het product beïnvloedt. Er zijn veel redenen voor kromtrekkende vervorming en het is vaak moeilijk om dit op te lossen door alleen te vertrouwen op procesparameters.

Op basis van relevante informatie en praktijkervaring volgt hier een analyse van de oorzaken en oplossingen voor kromtrekken in kunststof spuitgieten kromming.

Wat is Warping?

Dit betekent dat de vorm van het spuitgegoten product afwijkt van de vorm van de matrijsholte, wat een van de veelvoorkomende defecten van kunststof producten is.

Oorzaken van vervorming bij spuitgieten

Er zijn veel redenen voor kromtrekken bij spuitgieten, waarvan sommige veel voorkomen:

Structuur van de mal

Bij mallen zijn de factoren die de vervorming van kunststof onderdelen beïnvloeden vooral het gietsysteem, het koelsysteem en het uitwerpsysteem.

Gatesysteem

De positie, de vorm en het aantal spuitgietopeningen beïnvloeden hoe de kunststof de matrijsholte vult, waardoor het kunststof onderdeel krom kan trekken.

Hoe groter de stromingsafstand, hoe groter de interne spanning die wordt veroorzaakt door de stromings- en krimpcompensatie tussen de bevroren laag en de centrale stromingslaag.

Omgekeerd geldt: hoe korter de stroomafstand, hoe korter de stroomtijd van de poort tot het einde van de stroom van het onderdeel, hoe dunner de dikte van de bevroren laag tijdens het vullen van de mal, hoe lager de interne spanning en hoe minder kromtrekkende vervorming.

Als voor sommige vlakke kunststofonderdelen slechts één centrale poort wordt gebruikt, zullen de kunststofonderdelen na het gieten vervormd zijn omdat de krimpsnelheid in de diameterrichting groter is dan de krimpsnelheid in de omtrekrichting. Als in plaats daarvan meerdere puntgates of filmgates worden gebruikt, kan kromtrekken effectief worden voorkomen.

Als je randprofielen gebruikt voor het gieten, hebben de locatie en de hoeveelheid van de profielen ook een groot effect op de mate waarin het kunststofdeel kromtrekt, omdat de krimp van kunststof niet in alle richtingen hetzelfde is.

Ook kan het gebruik van meerdere poorten de plastic stroomverhouding (L/t) korter maken, waardoor de smeltdichtheid in de matrijsholte gelijkmatiger wordt en de krimp gelijkmatiger varieert. Tegelijkertijd kan het hele kunststofdeel worden gevuld bij een lagere injectiedruk. En een lagere injectiedruk kan de neiging van de kunststof tot moleculaire of vezeloriëntatie verminderen en de inwendige spanning verminderen, waardoor het kunststofdeel minder vervormt.

Koelsysteem

Wanneer je plastic injecteert, koelt het onderdeel ongelijkmatig af. Hierdoor krimpt het onderdeel ongelijkmatig. Hierdoor krimpt het onderdeel ongelijkmatig. De ongelijke krimp zorgt ervoor dat het onderdeel buigt. Door het buigen trekt het onderdeel krom.

Als het temperatuurverschil tussen de matrijsholte en de kern die in de spuitgieten van vlakke kunststof onderdelen (zoals batterijhulzen voor mobiele telefoons) te groot is, zal de smelt dicht bij het oppervlak van de koude matrijsholte snel afkoelen, terwijl de materiaallaag dicht bij het oppervlak van de hete matrijsholte zal blijven krimpen. De ongelijke krimp veroorzaakt kromtrekken van de kunststof.

Daarom moet het koelen van de spuitgietmatrijs aandacht besteden aan de temperatuur van de holte en de kern die neigen naar evenwicht, en het temperatuurverschil tussen de twee mag niet te groot zijn (op dit moment kunnen twee regelaars voor de matrijstemperatuur worden overwogen).

Als je denkt aan de temperatuurbalans van de binnen- en buitenkant van het kunststofdeel, moet je ook denken aan de temperatuurbalans van elke kant van het kunststofdeel. Dat wil zeggen, wanneer de mal afkoelt, wil je proberen de temperatuur van de holte en de kern zo gelijk mogelijk te houden. Op die manier koelt elk deel van het kunststofdeel even snel af, krimpt elk deel even snel en krijg je geen kromtrekken.

De plaatsing van koelwatergaten op de mal is erg belangrijk. Nadat de afstand van de buiswand tot het oppervlak van de holte is bepaald, moet de afstand tussen de koelwatergaten zo klein mogelijk worden gehouden om een gelijkmatige temperatuur van de holtewand te garanderen.

Omdat de temperatuur van het koelmedium toeneemt naarmate de lengte van het koelwaterkanaal toeneemt, zal er langs het waterkanaal een temperatuurverschil optreden tussen de matrijsholte en de kern. Daarom moet de lengte van elk koelwaterkanaal minder dan 2 meter zijn.

Voor grote mallen moeten meerdere koelcircuits worden ingesteld en de inlaat van het ene circuit moet dicht bij de uitlaat van een ander circuit liggen. Voor lange plastic onderdelen moeten rechte waterkanalen worden gebruikt. (En de meeste van onze mallen gebruiken S-vormige circuits - niet bevorderlijk voor de circulatie, maar verlengen ook de cyclus).

Uitwerpsysteem

Het ontwerp van het uitwerpsysteem heeft ook een directe invloed op de vervorming van kunststof onderdelen. Als het uitwerpsysteem niet in balans is, zal de uitwerpkracht onevenwichtig zijn en het kunststof onderdeel vervormen.

Daarom moet bij het ontwerp van het uitwerpsysteem worden gestreefd naar een evenwicht met de ontvormweerstand. Bovendien mag de doorsnede van de uitwerpstaaf niet te klein zijn om te voorkomen dat het kunststofdeel vervormt door een te grote kracht per oppervlakte-eenheid (vooral als de ontvormingstemperatuur te hoog is).

De uitwerpstaaf moet zo dicht mogelijk bij het onderdeel worden geplaatst dat de meeste weerstand biedt om uit de mal te worden gehaald. Zonder de kwaliteit van de kunststofonderdelen (inclusief het gebruik, de maatnauwkeurigheid, het uiterlijk enz.) te beïnvloeden, moeten er zoveel mogelijk uitwerppennen worden gebruikt om de algehele vervorming van de kunststofonderdelen te beperken (dit is de reden waarom uitwerppennen worden vervangen door uitwerpblokken).

Als je zachte kunststoffen (zoals TPU) gebruikt om dunwandige kunststofonderdelen met een diepe holte te maken, zullen de kunststofonderdelen vanwege de grote ontvormweerstand en het zachte materiaal vervormd, zelfs gepenetreerd of gevouwen worden als je slechts één mechanische uitwerpmethode gebruikt. Als je een combinatie van meerdere componenten of gas(vloeistof)druk en mechanische uitwerping gebruikt, zal het effect beter zijn (wordt later gebruikt).

Plastificatiefase

Het plastificeerstadium is het moment waarop de glasachtige deeltjes veranderen in een kleverige smelt (we hebben het in de training gehad over de drie toestanden van het plastificeren van grondstoffen). Tijdens dit stadium zal het temperatuurverschil van het polymeer in de axiale en radiale richtingen (ten opzichte van de schroef) het plastic belasten; ook de injectiedruk, snelheid en andere parameters van de injectiemachine zullen een grote invloed hebben op hoe de moleculen zich opstellen wanneer de mal wordt gevuld, wat vervorming zal veroorzaken.

Vul- en koelfase

De gesmolten kunststof wordt onder injectiedruk in de mal gespoten, afgekoeld en gestold in de mal. Dit proces is de belangrijkste stap van spuitgieten. In dit proces staan temperatuur, druk en snelheid met elkaar in verband en ze hebben een grote invloed op de kwaliteit en de productie-efficiëntie van kunststof onderdelen.

Een hogere druk en stroomsnelheid veroorzaken een hoge afschuifsnelheid, waardoor verschillen in moleculaire oriëntatie parallel aan de stromingsrichting en loodrecht op de stromingsrichting ontstaan en een "vrieseffect" optreedt. Het "bevriezingseffect" zal bevriezingsspanning veroorzaken en interne spanning van plastic onderdelen vormen.

Temperatuur beïnvloedt kromtrekken op de volgende manieren:

Temperatuurverschillen tussen de boven- en onderkant van het kunststofdeel veroorzaken thermische spanning en vervorming. Temperatuurverschillen tussen verschillende delen van het kunststofdeel veroorzaken ongelijkmatige krimp. Verschillende temperatuuromstandigheden beïnvloeden de vulstof of vezelversterking.

Krimp van spuitgegoten producten

De belangrijkste reden waarom spuitgegoten producten kromtrekken, is omdat de kunststof onderdelen ongelijk krimpen. Als er geen rekening wordt gehouden met het krimpeffect tijdens het vulproces in de ontwerpfase van de matrijs, zal de daadwerkelijke vorm van het product sterk afwijken van de ontwerpvereisten en zal ernstige vervorming ertoe leiden dat het product wordt afgedankt (het probleem van de krimpsnelheid).

Naast vervorming door vullen zal het temperatuurverschil tussen de boven- en onderwand van de matrijs ook krimpverschillen veroorzaken tussen het boven- en onderoppervlak van het kunststofdeel, wat leidt tot kromtrekken. Voor krommingsanalyse is krimp op zich niet belangrijk, maar het verschil in interne spanningen bij krimp is wel belangrijk.

Als je kunststof onderdelen spuitgiet, liggen de kunststofmoleculen in de richting waarin de kunststof vloeit. Hierdoor krimpt het plastic meer in de richting waarin het plastic stroomt dan in de richting die op en neer gaat. Hierdoor trekken de kunststof onderdelen krom (dit wordt anisotropie genoemd).

Normaal gesproken veroorzaakt uniforme krimp alleen veranderingen in het volume van kunststof onderdelen en kan alleen ongelijkmatige krimp kromtrekken veroorzaken. Het verschil tussen de krimpsnelheden van kristallijne materialen in de vloeirichting en de verticale richting is groter dan die van niet-kristallijne kunststoffen en hun krimpsnelheid is ook groter dan die van niet-kristallijne kunststoffen.

De grote krimp van kristallijne kunststoffen en hun anisotropie van krimp komen bovenop elkaar, waardoor de neiging om kromtrekken van kristallijne kunststofonderdelen te beïnvloeden veel groter is dan bij niet-kristallijne kunststoffen.

Resterende thermische spanning

Als je dingen maakt met spuitgietenDoor de hitte van het proces kan het spul kromtrekken. Dat is slecht omdat het spul dan niet goed is. De hitte kan het materiaal op verschillende manieren kromtrekken, maar daar ga ik het nu niet over hebben.

Verbeteringsmaatregelen voor vervorming van spuitgegoten onderdelen

Invloed van matrijsontwerp

Als het gaat om het ontwerp van mallen, zijn de dingen die beïnvloeden hoe kunststof onderdelen vervormen meestal het gietsysteem, het koelsysteem en het uitwerpsysteem, enzovoort.

Gatesysteem

a) De positie, de vorm en het aantal spuitgietopeningen beïnvloeden hoe de kunststof de matrijsholte vult, waardoor het kunststofdeel krom kan trekken. Hoe langer de afstand die de kunststof moet afleggen om te vloeien, hoe meer spanning er in het onderdeel ontstaat wanneer het vloeit en krimpt tussen de bevroren laag en de middelste vloeilaag.

Aan de andere kant, hoe korter de afstand die de kunststof moet afleggen tussen de poort en het uiteinde van het onderdeel, hoe dunner de bevroren laag is tijdens het vullen van de matrijs, hoe minder spanning er binnenin het onderdeel is en hoe minder het zal kromtrekken.

b) Als je voor sommige vlakke kunststofonderdelen maar één centrale poort gebruikt, is de krimpsnelheid in de diameterrichting groter dan de krimpsnelheid in de omtrekrichting en zullen de kunststofonderdelen na het gieten vervormd zijn. Als je in plaats daarvan meerdere puntgates of filmgates gebruikt, kun je kromtrekken effectief voorkomen.

c) Voor lange, strookvormige kunststofonderdelen wordt de poort aan het uiteinde geplaatst en stroomt het gesmolten materiaal in de lengterichting, waardoor de vervorming die wordt veroorzaakt door het poortontwerp in het midden kan worden beperkt.

d) Bij het gebruik van puntvormige poorten voor het spuitgieten hebben de locatie en het aantal poorten door de anisotropie van kunststofkrimp een grote invloed op de mate van vervorming van het kunststofdeel. Bovendien kan het gebruik van meerdere poorten ook de stroomverhouding (L/t) van de kunststof verminderen, zodat de smeltdichtheid in de vormholte uniformer is en de krimp gelijkmatiger.

e) Bij ringvormige producten wordt de rondheid van het eindproduct ook beïnvloed door verschillende poortvormen en kan het product worden gevuld onder een kleinere injectiedruk. De kleinere druk in de injectieholte kan de moleculaire oriëntatietendens van de kunststof verminderen, de interne spanning verminderen en zo de vervorming van het kunststofdeel verminderen.

Koelsysteem

a) Als de smelt- en koeleigenschappen van het spuitgietdeel ongelijk zijn, zal het kunststofdeel ongelijk krimpen. Dit verschil in krimp creëert een buigmoment en zorgt ervoor dat het kunststofdeel kromtrekt.

Als het temperatuurverschil tussen de vormholte en de kern die wordt gebruikt voor het spuitgieten van vlakke kunststof onderdelen (zoals de batterijhulzen van mobiele telefoons) te groot is, zal de smelt bij het oppervlak van de koude vormholte snel afkoelen, terwijl het materiaal bij het oppervlak van de hete vormholte zal blijven krimpen.

Door deze ongelijke krimp zal het kunststofdeel kromtrekken. Let er daarom bij het koelen van de spuitgietmatrijs op dat de temperatuur van de holte en de kern in evenwicht zijn en dat het temperatuurverschil tussen de twee niet te groot is (op dit moment kun je overwegen om twee temperatuurregelaars voor de matrijs te gebruiken).

b) De temperatuur aan beide zijden van het spuitgietstuk moet gelijk zijn. Wanneer de matrijs afkoelt, moet de temperatuur van de holte en de kern zoveel mogelijk gelijk worden gehouden. Op die manier koelt het kunststofdeel overal even snel af, zodat het gelijkmatig krimpt en niet kromtrekt.

c) De plaatsing van koelwatergaten op de mal is cruciaal. Dit omvat de diameter van de koelwatergaten, de afstand tussen de watergaten b, de afstand tussen de buiswand en het holteoppervlak en de dikte van de productwand.

Zodra de afstand tussen de buiswand en het spouwoppervlak is bepaald, moet de afstand tussen de koelwatergaten zo klein mogelijk worden gehouden om een gelijkmatige temperatuur van de spouwwand te garanderen.

d) Dingen waar je rekening mee moet houden bij het bepalen van de diameter van het koelwatergat. Hoe groot de mal ook is, de diameter van het watergat mag niet groter zijn dan 14 mm, anders kan het koelmiddel moeilijk turbulent stromen. Over het algemeen kan de diameter van het watergat worden bepaald aan de hand van de gemiddelde wanddikte van het product.

Bij een gemiddelde wanddikte van 2 mm is de diameter van het watergat 8-10 mm; bij een gemiddelde wanddikte van 2-4 mm is de diameter van het watergat 10-12 mm; bij een gemiddelde wanddikte van 4-6 mm is de diameter van het watergat 10-14 mm.

e) Omdat de temperatuur van het koelmedium toeneemt naarmate de lengte van het koelwaterkanaal toeneemt, zal er langs het waterkanaal een temperatuurverschil optreden tussen de holte en de kern van de mal. Daarom moet de lengte van elk koelwaterkanaal minder dan 2 meter zijn.

f) Voor vierkante kunststofonderdelen wordt het koelingseffect versterkt door koper in te bouwen op de vier hoeken van de mal. De vier hoeken zijn de plaatsen waar warmte zich ophoopt, dus dit verbetert de vervorming van de onderdelen.

9) Je moet een aantal koelcircuits in grote mallen plaatsen, en de inlaat van het ene circuit moet dicht bij de uitlaat van een ander circuit zitten. Voor lange plastic onderdelen kun je het beste rechte waterkanalen gebruiken.

Uitwerpsysteem

a) Het ontwerp van het uitwerpsysteem heeft ook een directe invloed op de vervorming van kunststof onderdelen. Als het uitwerpsysteem onevenwichtig is, zal de uitwerpkracht onevenwichtig zijn en zal de kromgetrokken spuitgegoten kunststof vervormen. Daarom moet het uitwerpsysteem bij het ontwerp in evenwicht zijn met de positieve kracht bij het ontvormen.

b) Het ontvormeffect optimaliseren (de uitwerppen op de rib/bot positie zetten) om de veranderingen veroorzaakt door slecht ontvormen van plastic onderdelen te verbeteren.

c) De dwarsdoorsnede van de uitwerpstaaf mag niet te klein zijn om te voorkomen dat de kunststof onderdelen vervormen door een te grote kracht per oppervlakte-eenheid (vooral als de ontvormingstemperatuur hoog is).

d) Plaats de uitwerpstaaf zo dicht mogelijk bij het onderdeel met de grootste weerstand om uit de mal te worden gehaald.

e) Stel zo veel mogelijk uitwerpstaafjes in zonder de kwaliteit van de kunststofonderdelen aan te tasten (inclusief gebruiksvereisten, maatnauwkeurigheid, uiterlijk enz. Vervang indien nodig de uitwerpstaven door uitwerpblokken.

f) Als je zachte kunststoffen (zoals TPU) gebruikt om kunststof onderdelen met diepe holle wanden te maken, zullen de kunststof onderdelen vervormen, zelfs doorschieten of vouwen, vanwege de grote weerstand tegen ontvormen en de zachte vezelversterkte materiaalvezels, en zul je ze moeten weggooien als je slechts één mechanische uitwerpmethode gebruikt. Als je een combinatie van meerdere componenten of lucht(vloeistof)druk en mechanische uitwerping gebruikt, zal het beter werken.

9) Voor mallen met een diepe holte voegen we luchtinlaten toe aan de voor- en achterkant van de mal om de vacuümzuiging beter te laten vervormen.

Plastificatiefase

Meertraps injectiecontrole kan de meertraps injectiedruk, injectiesnelheid, houddruk en solmethode redelijk instellen volgens de structuur van de runner, de vorm van de poort en de structuur van het spuitgegoten onderdeel. Dit is goed om kromtrekkende vervorming te voorkomen.

Schimmelkoeling

Het plastic koelt op verschillende snelheden af, waardoor het ongelijkmatig krimpt. Deze ongelijke krimp creëert een buigkracht die het plastic onderdeel kromtrekt.

Als het temperatuurverschil tussen de matrijsholte en de kern bijvoorbeeld te groot is bij het spuitgieten van vlakke kunststof onderdelen, zal de kunststof snel afkoelen bij het koude oppervlak van de matrijsholte, maar zal het materiaal bij het hete oppervlak van de matrijsholte blijven krimpen.

Door deze ongelijke krimp zal het kunststof onderdeel kromtrekken. Wanneer je de spuitgietmatrijs koelt, moet je er dus voor zorgen dat de temperatuur van de holte en de kern in evenwicht is en dat het temperatuurverschil tussen de twee niet te groot is.

De plaatsing van de koelwatergaten op de mal is ook erg belangrijk. Nadat de afstand van de buiswand tot het spouwoppervlak is bepaald, moet de afstand tussen de koelwatergaten zo klein mogelijk zijn om ervoor te zorgen dat de temperatuur van de spouwwand gelijkmatig is.

Aangezien de temperatuur van het koelmedium toeneemt naarmate het koelwaterkanaal langer wordt, is er tegelijkertijd een temperatuurverschil tussen de vormholte en de kern langs het waterkanaal.

Daarom moet de lengte van het waterkanaal van elk koelcircuit minder dan 2 m zijn. In grote mallen moeten meerdere koelcircuits worden geplaatst en de inlaat van het ene circuit bevindt zich vlakbij de uitlaat van een ander circuit.

Voor lange kunststofonderdelen moet een koelcircuit worden gebruikt om de lengte van het koelcircuit te beperken, dat wil zeggen om het temperatuurverschil van de matrijs te verkleinen, zodat de kunststofonderdelen gelijkmatig worden gekoeld.

Productkrimp

Normaal heeft uniforme krimp alleen invloed op het volume van de kunststof en veroorzaakt alleen ongelijkmatige krimp kromtrekken. Het verschil in krimp tussen de vloeirichting en de verticale richting van kristallijne kunststoffen is groter dan dat van niet-kristallijne kunststoffen.

Voor het meertraps injectieproces dat is geselecteerd op basis van de analyse van de geometrische vorm van het product, moet de smelt snel doorstromen vanwege de dunne wand en de lange doorstroomlengteverhouding van het product,

Anders is het gemakkelijk om af te koelen en te stollen en hiervoor moet hogesnelheidsinjectie worden ingesteld. Bij hogesnelheidsinjectie krijgt de smelt echter veel kinetische energie en wanneer de smelt naar de bodem vloeit, ontstaat er veel traagheid, wat leidt tot energieverlies en overlopen. Op dat moment moet de smelt langzamer gaan stromen en de vuldruk verlagen.

En handhaaf de zogenaamde houddruk zodat de smelt de krimp van de smelt in de vormholte kan aanvullen voordat de poort stolt. Dit stelt eisen aan de meertraps injectiesnelheid en -druk in de spuitgieten proces.

Resterende thermische spanning

Wanneer het plastic gevormd wordt, koelt het niet gelijkmatig af, waardoor het ongelijkmatig krimpt. Dat betekent dat het van binnen ongelijkmatig gespannen is. Dus als je het uit de mal haalt, trekt het krom door de ongelijke spanning.

De fasetransformatie en het spanningsrelaxatiegedrag van kunststof van vloeibaar naar vast tijdens het afkoelen. Voor het niet-uitgeharde deel gedraagt de kunststof zich als een viskeuze vloeistof, die wordt beschreven door het viskeuze vloeistofmodel. Voor het uitgeharde gedeelte gedraagt de kunststof zich als een visco-elastisch materiaal, dat wordt beschreven door het standaard lineaire vaste stof model.

Daarom kunnen matrijzenmakers of productontwikkelaars het visco-elastische fasetransformatiemodel en de tweedimensionale eindige-elementenmethode gebruiken om thermische restspanningen en de bijbehorende kromtrekking te voorspellen.

Conclusie

polypropyleen trekstaafkrimp zonder glasvezel op twee poortlocaties. Er zijn veel dingen die ervoor kunnen zorgen dat je kunststof onderdelen kromtrekken. Het ontwerp van de mal, het type kunststof krimpen dat je gebruikt en hoe je de spuitgietmachine laat werken, hebben allemaal een andere invloed op hoeveel je onderdelen kromtrekken. Dus als je je kromgetrokken onderdelen wilt repareren, moet je aan al deze dingen denken.