Wprowadzenie: Formowanie wtryskowe jest powszechnym procesem produkcyjnym, w którym tworzywo sztuczne jest wtryskiwane do formy, a następnie odkształcane i formowane przez ogrzewanie i chłodzenie. Jednak podczas procesu formowania wtryskowego czasami dochodzi do wypaczenia, co wpływa na jakość i wydajność produkcji produktu. Istnieje wiele przyczyn deformacji wypaczenia i często trudno jest je rozwiązać, opierając się wyłącznie na parametrach procesu.

Łącząc istotne informacje i rzeczywiste doświadczenie zawodowe, poniżej przedstawiono analizę przyczyn i rozwiązań w zakresie wypaczania tworzyw sztucznych. formowanie wtryskowe wypaczenia.

Czym jest wypaczanie?

Oznacza to, że kształt produktu formowanego wtryskowo różni się od kształtu wnęki formy, co jest jedną z typowych wad produktów z tworzyw sztucznych.

Przyczyny wypaczenia w formowaniu wtryskowym

Istnieje wiele przyczyn wypaczania w formowaniu wtryskowym, z których niektóre są powszechne:

Struktura formy

Jeśli chodzi o formy, czynniki wpływające na deformację części z tworzyw sztucznych obejmują głównie system zalewania, system chłodzenia i system wyrzucania.

System bramek

Położenie, kształt i liczba wrót formy wtryskowej będą miały wpływ na sposób, w jaki tworzywo sztuczne wypełnia gniazdo formy, co może spowodować wypaczenie części z tworzywa sztucznego.

Im dłuższa odległość przepływu, tym większe naprężenie wewnętrzne spowodowane przepływem i kompensacją skurczu między zamarzniętą warstwą a centralną warstwą przepływu.

I odwrotnie, im krótsza odległość przepływu, tym krótszy czas przepływu od bramki do końca przepływu części, tym cieńsza grubość zamrożonej warstwy podczas napełniania formy, tym niższe naprężenie wewnętrzne, a odkształcenie wypaczenia zostanie znacznie zmniejszone.

W przypadku niektórych płaskich części z tworzywa sztucznego, jeśli używana jest tylko jedna centralna brama, części z tworzywa sztucznego zostaną zniekształcone po formowaniu, ponieważ współczynnik skurczu w kierunku średnicy jest większy niż współczynnik skurczu w kierunku obwodowym. Jeśli zamiast tego zastosuje się wiele bramek punktowych lub bramek foliowych, można skutecznie zapobiec deformacji wypaczenia.

Podczas korzystania z bramek krawędziowych do formowania, lokalizacja i ilość bramek mają również duży wpływ na to, jak bardzo wypacza się plastikowa część, ponieważ skurcz tworzywa sztucznego nie jest taki sam we wszystkich kierunkach.

Ponadto zastosowanie wielu bramek może skrócić współczynnik przepływu tworzywa sztucznego (L/t), co sprawia, że gęstość stopu w gnieździe formy jest bardziej równomierna, a skurcz zmienia się bardziej równomiernie. Jednocześnie cała plastikowa część może być wypełniona przy niższym ciśnieniu wtrysku. Niższe ciśnienie wtrysku może zmniejszyć tendencję tworzywa sztucznego do orientacji molekularnej lub wyrównania włókien i zmniejszyć jego naprężenia wewnętrzne, co zmniejsza deformację części z tworzywa sztucznego.

Układ chłodzenia

Podczas wtryskiwania tworzywa sztucznego część stygnie nierównomiernie. Powoduje to nierównomierne kurczenie się części. Nierównomierny skurcz powoduje wygięcie części. Wygięcie powoduje wypaczenie części.

Jeśli różnica temperatur między gniazdem formy a rdzeniem używanym w formie formowanie wtryskowe płaskich części plastikowych (takich jak obudowy baterii telefonów komórkowych) jest zbyt duża, stopiony materiał w pobliżu zimnej powierzchni wnęki formy szybko ostygnie, podczas gdy warstwa materiału w pobliżu gorącej powierzchni wnęki formy będzie nadal się kurczyć. Nierównomierny skurcz spowoduje wypaczenie tworzywa sztucznego.

Dlatego chłodzenie formy wtryskowej powinno zwracać uwagę na temperaturę wnęki i rdzenia, które mają tendencję do równoważenia się, a różnica temperatur między nimi nie powinna być zbyt duża (w tym czasie można rozważyć dwa regulatory temperatury formy).

Myśląc o równowadze temperatur wewnątrz i na zewnątrz plastikowej części, należy również pomyśleć o równowadze temperatur każdej strony plastikowej części. Oznacza to, że podczas chłodzenia formy należy starać się utrzymać jak najbardziej równomierną temperaturę wnęki i rdzenia. W ten sposób każda część plastikowej części chłodzi się z tą samą prędkością, więc każda część kurczy się w tym samym tempie i nie dochodzi do wypaczeń.

Dlatego należy upewnić się, że temperatura wnęki i rdzenia jest taka sama. Rozmieszczenie otworów na wodę chłodzącą na formie jest bardzo ważne. Po określeniu odległości od ścianki rury do powierzchni wnęki, odległość między otworami wody chłodzącej powinna być jak najmniejsza, aby zapewnić jednolitą temperaturę ścianki wnęki.

Ponadto, ponieważ temperatura czynnika chłodzącego wzrasta wraz ze wzrostem długości kanału wody chłodzącej, wystąpi różnica temperatur między gniazdem formy a rdzeniem wzdłuż kanału wodnego. Dlatego długość każdego kanału wodnego obwodu chłodzenia powinna być mniejsza niż 2 metry.

W przypadku dużych form należy ustawić wiele obwodów chłodzenia, a wlot jednego obwodu powinien znajdować się w pobliżu wylotu innego obwodu. W przypadku długich plastikowych części należy stosować proste kanały wodne. (Większość naszych form wykorzystuje obwody w kształcie litery S - nie sprzyja to cyrkulacji, ale także wydłuża cykl).

System wyrzutnika

Konstrukcja systemu wyrzutnika ma również bezpośredni wpływ na deformację części z tworzywa sztucznego. Jeśli system wyrzutnika jest niewyważony, spowoduje to nierównowagę siły wyrzutu i odkształcenie części z tworzywa sztucznego.

Dlatego podczas projektowania systemu wyrzutnika należy dążyć do zrównoważenia go z oporem formowania. Ponadto obszar przekroju poprzecznego pręta wyrzutnika nie powinien być zbyt mały, aby zapobiec deformacji części z tworzywa sztucznego z powodu nadmiernej siły na jednostkę powierzchni (zwłaszcza gdy temperatura rozformowywania jest zbyt wysoka).

Pręt wypychacza powinien być umieszczony jak najbliżej części, która stawia największy opór przy wyjmowaniu z formy. Bez wpływu na jakość plastikowych części (w tym ich zastosowanie, dokładność wymiarową, wygląd itp.), należy użyć jak największej liczby kołków wypychacza, aby zmniejszyć ogólne odkształcenie plastikowych części (dlatego kołki wypychacza są zastępowane blokami wypychacza).

W przypadku stosowania miękkich tworzyw sztucznych (takich jak TPU) do produkcji cienkościennych części z tworzyw sztucznych z głębokimi wnękami, ze względu na duży opór przy wyjmowaniu z formy i miękki materiał, jeśli użyjesz tylko jednej metody mechanicznego wyrzucania, części z tworzywa sztucznego zostaną zdeformowane, a nawet przeniknięte lub złożone, a części z tworzywa sztucznego zostaną złomowane. Jeśli użyjesz kombinacji wielu komponentów lub ciśnienia gazu (cieczy) i mechanicznego wyrzutu, efekt będzie lepszy (zostanie użyty później).

Etap plastyfikacji

Etap uplastyczniania ma miejsce, gdy szkliste cząstki zamieniają się w lepkie stopione tworzywo (rozmawialiśmy o trzech stanach uplastyczniania surowców podczas szkolenia). Na tym etapie różnica temperatur polimeru w kierunku osiowym i promieniowym (względem ślimaka) spowoduje naprężenie tworzywa sztucznego; również ciśnienie wtrysku, prędkość i inne parametry wtryskarki będą miały duży wpływ na to, jak cząsteczki ułożą się w linii podczas wypełniania formy, co spowoduje wypaczenie.

Etap napełniania i chłodzenia

Stopione tworzywo sztuczne jest wtryskiwane do formy pod ciśnieniem wtrysku, a następnie chłodzone i zestalane w formie. Proces ten jest kluczowym etapem formowanie wtryskowe. W tym procesie temperatura, ciśnienie i prędkość są ze sobą powiązane i mają ogromny wpływ na jakość i wydajność produkcji części z tworzyw sztucznych.

Wyższe ciśnienie i natężenie przepływu spowodują wysoką szybkość ścinania, co spowoduje różnice w orientacji molekularnej równoległej do kierunku przepływu i prostopadłej do kierunku przepływu oraz wywoła "efekt zamarzania". "Efekt zamarzania" spowoduje powstanie naprężeń zamarzania i powstanie naprężeń wewnętrznych w częściach z tworzywa sztucznego.

Temperatura wpływa na wypaczenia w następujący sposób:

Różnice temperatur między górną i dolną powierzchnią części z tworzywa sztucznego powodują naprężenia termiczne i odkształcenia. Różnice temperatur między różnymi obszarami części z tworzywa sztucznego powodują nierównomierny skurcz. Różne warunki temperaturowe wpływają na wypełnienie lub wzmocnienie włóknami.

Kurczenie się produktów formowanych wtryskowo

Głównym powodem wypaczania się produktów formowanych wtryskowo jest nierównomierny skurcz części plastikowych. Jeśli efekt skurczu podczas procesu napełniania nie zostanie uwzględniony na etapie projektowania formy, rzeczywisty kształt produktu będzie bardzo różnił się od wymagań projektowych, a poważne odkształcenie spowoduje konieczność złomowania produktu (to jest problem szybkości skurczu).

Oprócz odkształceń spowodowanych wypełnieniem, różnica temperatur między górną i dolną ścianą formy spowoduje również różnice w skurczu między górną i dolną powierzchnią części z tworzywa sztucznego, powodując wypaczenie. W przypadku analizy wypaczenia sam skurcz nie jest ważny, ale istotna jest różnica naprężeń wewnętrznych w skurczu.

Podczas formowania wtryskowego części z tworzyw sztucznych cząsteczki plastiku ustawiają się zgodnie z kierunkiem jego przepływu. Powoduje to, że plastik kurczy się bardziej w kierunku, w którym płynie, niż w kierunku w górę i w dół. Powoduje to wypaczanie się plastikowych części (co nazywane jest anizotropią).

Zwykle jednolity skurcz powoduje jedynie zmiany objętości części z tworzywa sztucznego, a tylko nierównomierny skurcz może powodować wypaczenia. Różnica między szybkością skurczu materiałów krystalicznych w kierunku przepływu i w kierunku pionowym jest większa niż w przypadku niekrystalicznych tworzyw sztucznych, a ich szybkość skurczu jest również większa niż w przypadku niekrystalicznych tworzyw sztucznych.

Duży skurcz krystalicznych tworzyw sztucznych i ich anizotropia skurczu nakładają się na siebie, powodując tendencję do wpływania na wypaczanie krystalicznych części z tworzyw sztucznych, która jest znacznie większa niż w przypadku niekrystalicznych tworzyw sztucznych.

Resztkowe naprężenie termiczne

Kiedy tworzysz rzeczy z formowanie wtryskoweCiepło z procesu może spowodować wypaczenie materiału. To źle, ponieważ sprawia, że materiał nie jest dobry. Ciepło może wypaczać materiał na różne sposoby, ale nie zamierzam teraz o tym mówić.

Środki poprawy wypaczenia części formowanych wtryskowo

Wpływ konstrukcji formy

Jeśli chodzi o projektowanie form, rzeczy, które wpływają na to, jak plastikowe części ulegają deformacji, to głównie system zalewania, system chłodzenia, system wyrzucania i tak dalej.

System bramek

a) Położenie, kształt i liczba wrót formy wtryskowej wpływają na sposób, w jaki tworzywo sztuczne wypełnia gniazdo formy, co może powodować wypaczenie części z tworzywa sztucznego. Im dłuższa odległość, na jaką musi przepłynąć tworzywo sztuczne, tym większe naprężenia powstają wewnątrz części, gdy przepływa i kurczy się między warstwą zamrożoną a środkową warstwą płynącą.

Z drugiej strony, im krótsza jest odległość, na jaką tworzywo sztuczne musi przepłynąć od bramy do końca części, tym cieńsza jest zamrożona warstwa podczas wypełniania formy, tym mniejsze są naprężenia wewnątrz części i tym mniej się ona wypacza.

b) W przypadku niektórych płaskich części z tworzyw sztucznych, jeśli używana jest tylko jedna centralna brama, współczynnik skurczu w kierunku średnicy jest większy niż współczynnik skurczu w kierunku obwodowym, a części z tworzyw sztucznych zostaną zniekształcone po formowaniu. Jeśli zamiast tego użyjesz wielu bramek punktowych lub bramek foliowych, możesz skutecznie zapobiegać wypaczeniom.

c) W przypadku długich, plastikowych części w kształcie paska, brama jest umieszczona na końcu, a stopiony materiał przepływa wzdłuż kierunku długości, co może zmniejszyć deformację spowodowaną konstrukcją bramy w środku.

d) W przypadku stosowania bramek punktowych do formowania, ze względu na anizotropię skurczu tworzywa sztucznego, lokalizacja i liczba bramek mają duży wpływ na stopień deformacji części z tworzywa sztucznego. Ponadto zastosowanie wielu bramek może również zmniejszyć współczynnik przepływu (L/t) tworzywa sztucznego, dzięki czemu gęstość stopu w gnieździe formy jest bardziej jednolita, a skurcz jest bardziej jednolity.

e) W przypadku produktów w kształcie pierścienia na okrągłość produktu końcowego wpływają również różne kształty bramy i można je napełniać pod mniejszym ciśnieniem wtrysku. Mniejsze ciśnienie we wnęce wtryskowej może zmniejszyć tendencję do orientacji molekularnej tworzywa sztucznego, zmniejszyć jego naprężenia wewnętrzne, a tym samym zmniejszyć deformację części z tworzywa sztucznego.

Układ chłodzenia

a) Jeśli charakterystyka topienia i chłodzenia części formowanej wtryskowo jest nierównomierna, część z tworzywa sztucznego będzie kurczyć się nierównomiernie. Ta różnica w skurczu tworzy moment zginający i powoduje wypaczenie części z tworzywa sztucznego.

Jeśli różnica temperatur między gniazdem formy a rdzeniem używanym do formowania wtryskowego płaskich części z tworzyw sztucznych (takich jak obudowy baterii telefonów komórkowych) jest zbyt duża, stopiony materiał w pobliżu zimnej powierzchni gniazda formy szybko ostygnie, podczas gdy materiał w pobliżu gorącej powierzchni gniazda formy będzie nadal się kurczył.

Ten nierównomierny skurcz spowoduje wypaczenie części z tworzywa sztucznego. Dlatego podczas chłodzenia formy wtryskowej należy zwrócić uwagę na temperaturę wnęki i rdzenia, aby je zrównoważyć, a różnica temperatur między nimi nie powinna być zbyt duża (w tym momencie można rozważyć użycie dwóch regulatorów temperatury formy).

b) Temperatura po obu stronach części formowanej wtryskowo powinna być taka sama. Gdy forma stygnie, temperatura wnęki i rdzenia powinna być w miarę możliwości taka sama. W ten sposób plastikowa część stygnie wszędzie z tą samą prędkością, dzięki czemu kurczy się równomiernie i nie wypacza się.

c) Rozmieszczenie otworów na wodę chłodzącą w formie ma kluczowe znaczenie. Obejmuje to średnicę otworu wody chłodzącej, odstęp między otworami wody b, odległość od ścianki rury do powierzchni wnęki oraz grubość ścianki produktu.

Po określeniu odległości od ścianki rury do powierzchni wnęki, odległość między otworami wody chłodzącej powinna być jak najmniejsza, aby zapewnić jednolitą temperaturę ścianki wnęki.

d) Rzeczy, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze średnicy otworu na wodę chłodzącą. Bez względu na to, jak duża jest forma, średnica otworu na wodę nie może być większa niż 14 mm, w przeciwnym razie chłodziwo będzie miało trudności z turbulentnym przepływem. Ogólnie rzecz biorąc, średnicę otworu na wodę można określić na podstawie średniej grubości ścianki produktu.

Gdy średnia grubość ścianki wynosi 2 mm, średnica otworu wodnego wynosi 8-10 mm; gdy średnia grubość ścianki wynosi 2-4 mm, średnica otworu wodnego wynosi 10-12 mm; gdy średnia grubość ścianki wynosi 4-6 mm, średnica otworu wodnego wynosi 10-14 mm.

e) Ponieważ temperatura czynnika chłodzącego wzrasta wraz ze wzrostem długości kanału wody chłodzącej, wystąpi różnica temperatur między wnęką a rdzeniem formy wzdłuż kanału wodnego. Dlatego długość każdego kanału wodnego obiegu chłodzenia powinna być mniejsza niż 2 metry.

f) W przypadku kwadratowych części z tworzyw sztucznych efekt chłodzenia jest wzmocniony przez osadzenie miedzi w czterech rogach formy. W czterech rogach gromadzi się ciepło, więc poprawia to deformację części.

9) W dużych formach należy umieścić kilka obwodów chłodzenia, a wlot jednego obwodu powinien znajdować się w pobliżu wylotu innego obwodu. W przypadku długich plastikowych części należy używać prostych kanałów wodnych.

System wyrzutnika

a) Konstrukcja systemu wyrzutnika ma również bezpośredni wpływ na deformację części z tworzyw sztucznych. Jeśli system wyrzutnika jest niezrównoważony, siła wyrzutnika będzie niezrównoważona, a wypaczony plastik formowany wtryskowo zostanie zdeformowany. Dlatego podczas projektowania systemu wyrzutnika należy go zrównoważyć z dodatnią siłą wypychania.

b) Zoptymalizuj efekt rozformowywania (ustaw trzpień wypychacza w pozycji żebra/kości), aby poprawić zmiany spowodowane złym rozformowywaniem plastikowych części.

c) Powierzchnia przekroju poprzecznego pręta wyrzutnika nie powinna być zbyt mała, aby zapobiec deformacji części z tworzywa sztucznego z powodu nadmiernej siły na jednostkę powierzchni (zwłaszcza gdy temperatura rozformowywania jest wysoka).

d) Umieścić pręt wypychacza jak najbliżej części, która stawia największy opór przy wyjmowaniu z formy.

e) Ustaw jak największą liczbę prętów wypychaczy bez wpływu na jakość części plastikowych (w tym wymagania dotyczące użytkowania, dokładność wymiarową, wygląd itp. W razie potrzeby zastąp pręty wypychaczy blokami wypychaczy.

f) W przypadku korzystania z miękkich tworzyw sztucznych (takich jak TPU) do produkcji plastikowych części z głębokimi ściankami, ze względu na dużą odporność na formowanie i miękkie włókna wzmocnione włóknami, jeśli użyjesz tylko jednej metody mechanicznego wyrzucania, plastikowe części ulegną deformacji, a nawet przejdą lub złożą się i będziesz musiał je wyrzucić. Jeśli użyjesz kombinacji wielu komponentów lub ciśnienia powietrza (cieczy) i mechanicznego wyrzutu, będzie to działać lepiej.

9) W przypadku form z głębokimi wnękami dodajemy urządzenia wlotu powietrza do przedniej i tylnej formy, aby poprawić deformację ssania próżniowego.

Etap plastyfikacji

Wieloetapowa kontrola wtrysku może rozsądnie ustawić wieloetapowe ciśnienie wtrysku, prędkość wtrysku, ciśnienie podtrzymujące i metodę rozpuszczania zgodnie ze strukturą prowadnicy, formą bramy i strukturą części formowanej wtryskowo. Jest to dobre rozwiązanie do zapobiegania deformacji.

Chłodzenie formy

Tworzywo sztuczne schładza się z różną prędkością, przez co kurczy się nierównomiernie. Ten nierównomierny skurcz tworzy siłę zginającą, która wypacza plastikową część.

Na przykład podczas formowania wtryskowego płaskich części z tworzywa sztucznego, jeśli różnica temperatur między gniazdem formy a rdzeniem jest zbyt duża, tworzywo sztuczne szybko ostygnie w pobliżu zimnej powierzchni gniazda formy, ale materiał w pobliżu gorącej powierzchni gniazda formy będzie się kurczył.

Ten nierównomierny skurcz spowoduje wypaczenie części z tworzywa sztucznego. Dlatego podczas chłodzenia formy wtryskowej należy upewnić się, że temperatura wnęki i rdzenia jest zrównoważona, a różnica temperatur między nimi nie jest zbyt duża.

Rozmieszczenie otworów na wodę chłodzącą na formie jest również bardzo ważne. Po określeniu odległości od ścianki rury do powierzchni wnęki, odległość między otworami wody chłodzącej powinna być jak najmniejsza, aby zapewnić jednolitą temperaturę ścianki wnęki.

Jednocześnie, ponieważ temperatura czynnika chłodzącego wzrasta wraz ze wzrostem długości kanału wody chłodzącej, wnęka formy i rdzeń będą miały różnicę temperatur wzdłuż kanału wodnego.

Dlatego długość kanału wodnego każdego obiegu chłodzenia musi być mniejsza niż 2 m. W dużych formach należy ustawić kilka obiegów chłodzenia, a wlot jednego obiegu znajduje się w pobliżu wylotu innego obiegu.

W przypadku długich części z tworzywa sztucznego należy zastosować obwód chłodzenia, aby zmniejszyć długość obwodu chłodzenia, czyli zmniejszyć różnicę temperatur formy, aby zapewnić równomierne chłodzenie części z tworzywa sztucznego.

Kurczenie się produktu

Zwykle jednolity skurcz wpływa tylko na objętość tworzywa sztucznego, a tylko nierównomierny skurcz powoduje wypaczenie. Różnica w skurczu występująca między kierunkiem przepływu a kierunkiem pionowym krystalicznych tworzyw sztucznych jest większa niż w przypadku tworzyw niekrystalicznych.

W przypadku wieloetapowego procesu wtrysku wybranego na podstawie analizy kształtu geometrycznego produktu, ze względu na cienką ściankę i długi stosunek długości przepływu produktu, stopiony materiał musi szybko przepływać,

W przeciwnym razie łatwo jest schłodzić i zestalić, a do tego należy ustawić wtrysk z dużą prędkością. Jednak wtrysk z dużą prędkością przyniesie stopionemu materiałowi dużo energii kinetycznej, a gdy stopiony materiał spłynie na dno, spowoduje to duże uderzenie bezwładnościowe, co doprowadzi do utraty energii i przepełnienia. W tym momencie stopiony materiał musi zwolnić tempo przepływu i zmniejszyć ciśnienie napełniania.

I utrzymywać tak zwane ciśnienie utrzymujące, aby stopiony materiał mógł uzupełnić skurcz stopionego materiału w gnieździe formy, zanim brama zestali się. Stawia to wymagania dotyczące wieloetapowej prędkości wtrysku i ciśnienia w formach. formowanie wtryskowe proces.

Resztkowe naprężenie termiczne

Podczas formowania plastik nie stygnie równomiernie, więc kurczy się nierównomiernie. Oznacza to, że w środku występują nierównomierne naprężenia. Po wyjęciu z formy wypacza się z powodu nierównomiernych naprężeń.

Przemiana fazowa i relaksacja naprężeń tworzywa sztucznego od cieczy do ciała stałego podczas etapu chłodzenia. W obszarze nieutwardzonym tworzywo sztuczne zachowuje się jak lepka ciecz, co opisuje model lepkiej cieczy. W obszarze utwardzonym tworzywo sztuczne zachowuje się jak materiał lepkosprężysty, który jest opisany przez standardowy liniowy model ciała stałego.

Dlatego też producenci form lub twórcy produktów mogą wykorzystać lepkosprężysty model przemiany fazowej i dwuwymiarową metodę elementów skończonych do przewidywania termicznego naprężenia szczątkowego i odpowiadającego mu wypaczenia.

Wnioski

Skurcz pręta rozciągającego z polipropylenu bez włókna szklanego w dwóch miejscach bramy. Istnieje wiele rzeczy, które mogą powodować wypaczanie się plastikowych części. Konstrukcja formy, rodzaj używanego tworzywa sztucznego i sposób prowadzenia maszyny do formowania mają różny wpływ na to, jak bardzo wypaczają się części. Tak więc, jeśli chcesz naprawić wypaczone części, musisz pomyśleć o wszystkich tych rzeczach.