Czas napełniania wtryskarki jest jednym z najważniejszych czynników w formowaniu wtryskowym. Jest on związany nie tylko z jakością sprzedawanego produktu, ale także bezpośrednio z liczbą osiągniętych sprzedaży i kosztem produktu. W związku z tym dostarczane ciśnienie trzymania jest bardzo istotną częścią wtryskarki w ocenie czasu potrzebnego do wypełnienia formy, a zatem może być wykorzystane do optymalizacji i poprawy jakości materiałów w formie wtryskowej w celu zmniejszenia związanych z tym kosztów. W tym artykule skupimy się na wydajności miejsca pracy inżynierów i obliczaniu czasu potrzebnego do napełnienia cylindra wtryskarki; wpływie niektórych czynników na czas napełniania i praktykach obliczeniowych.

Przegląd procesu formowania wtryskowego

Formowanie wtryskowe to proces, w którym ciśnienie jest wykorzystywane do wtryskiwania stopionego tworzywa sztucznego do formy, a następnie pozwala się mu ostygnąć, aby zestalił się do wymaganego kształtu. Proces ten obejmuje następujące etapy:

1. Plastyfikacja: Tworzywa termoplastyczne są topione w beczce, która formuje granulki w wysokich temperaturach.

2. Wstrzyknięcie: Stopione tworzywo sztuczne jest następnie wpychane do gniazda formy.

3. Pakowanie: Po drugie, ciśnienie jest utrzymywane po wtrysku, aby przeciwdziałać tendencji wtryskiwanego materiału do kurczenia się.

4. Chłodzenie: Ciśnienie jest utrzymywane, podczas gdy tworzywo sztuczne stygnie i zestala się w formie.

5. Otwieranie formy i usuwanie części: Część jest następnie usuwana po otwarciu formy.

Jedną z części procesu formowania jest czas napełniania lub czas wtrysku - czas potrzebny na przemieszczenie się stopionego tworzywa sztucznego ze ślimaka przez cylindry do gniazda formy i jego zakończenie.

Znaczenie czasu wypełnienia

Dokładny czas napełniania ma kluczowe znaczenie dla formowania wtryskowego, co znajduje odzwierciedlenie przede wszystkim w następujących aspektach:

1. Jakość produktu: Czas trwania procesu napełniania ma znaczący wpływ na jakość produktu pod względem wykończenia powierzchni, ogólnych tolerancji, a w szczególności na złożoność wnęki produktu. W takim przypadku produkt będzie niedoskonały - będzie miał wady powierzchniowe, jeśli czas napełniania jest zbyt długi, niestabilne wymiary, jeśli jest zbyt krótki, oraz czerwone lub białe pęcherzyki wewnątrz, jeśli jest zbyt długi lub krótki.

2. Wydajność produkcji: Ilość czasu wymagana w procesie produkcyjnym przyczynia się do ważnej kwestii od początkowej produkcji do wprowadzenia produktu na rynek. Może to zintensyfikować szczyt pracy i zwiększyć wydajność, jeśli zostanie wybrany odpowiedni czas na napełnienie sprzętu.

3. Kontrola kosztów: Wykorzystanie opcji wydłużenia czasu napełniania do optymalizacji może zmniejszyć ilość zużywanych materiałów i energii, a także obniżyć koszty produkcji.

Czynniki wpływające na czas napełniania

Na czas napełniania w procesie formowania wtryskowego mają wpływ różne czynniki, w tym głównie następujące aspekty:

1. Właściwości materiału: Tworzywa sztuczne mogą mieć różne właściwości płynięcia; to znaczy, niektóre mogą topić się w niższej temperaturze, inne w wyższej; niektóre mogą być bardziej lepkie niż inne, a niektóre mogą mieć słabszą płynność niż inne, co w konsekwencji spowoduje, że czas napełniania będzie różny w zależności od materiału. Na przykład, wysoka lepkość materiału wydłuża czas napełniania formy.

2. Parametry wtryskarki: Czas napełniania zależy w dużym stopniu od parametrów systemu formowania wtryskowego, np. prędkości ślimaka, ciśnienia wtrysku lub średnicy ślimaka. Zwiększenie prędkości i ciśnienia wtrysku może przyczynić się do zminimalizowania czasu napełniania.

3. Konstrukcja formy: Średnica kanału, odległość wspornika i liczba wrót, a także kształt gniazda formy również wpływają na czas napełniania. Przykładem może być specjalna konstrukcja formy, która czasami może mieć negatywny wpływ na czas napełniania.

4. Warunki procesu: Czas napełniania zależy od warunków przetwarzania, takich jak temperatura formy, temperatura stopu i czas chłodzenia. Wybór odpowiednich parametrów procesu pomoże skrócić czas wymagany do napełnienia rury.

Metody obliczania czasu napełniania

1. Metoda wzoru empirycznego

W prawdziwym życiu często używamy formuł do obliczania czasu napełniania. Formuły te są zwykle tworzone poprzez analizowanie wielu danych i wykonywanie obliczeń matematycznych. Oto popularny wzór:

t_f=𝑉/𝑄

gdzie:

• t_fto czas napełniania;
• 𝑉 to objętość wnęki formy;
• 𝑄 to natężenie przepływu wtrysku.

Natężenie przepływu wtrysku 𝑄 można obliczyć według następującego wzoru:

𝑄=𝐴⋅𝑣

gdzie:

• 𝐴 to pole przekroju poprzecznego średnicy śruby;
• 𝑣 to prędkość obrotowa śruby.

2. Metoda modelu reologicznego

Metoda modelu reologicznego opiera się na właściwościach reologicznych tworzywa sztucznego. Oblicza ona zachowanie przepływu materiału w formie w celu określenia czasu napełniania. Typowe modele reologiczne obejmują newtonowski model płynu i nienewtonowski model płynu.

Newtonowski model płynu

W przypadku płynów newtonowskich zachowanie przepływu spełnia następujący wzór:

𝜏=𝜂⋅𝛾˙

gdzie:

• τ to naprężenie ścinające;
• η to lepkość dynamiczna;
• γ˙ to szybkość ścinania.

W modelu płynu newtonowskiego czas napełniania można obliczyć za pomocą następującego wzoru:

𝑡_𝑓=𝑉/(𝐴⋅𝑣)

Model płynu nienewtonowskiego

W przypadku płynów nienewtonowskich zachowanie przepływu jest bardziej złożone, często opisywane przez model płynu potęgowego. Zachowanie przepływu w modelu płynu potęgowego jest opisane następującym równaniem:

𝜏=𝑘⋅𝛾˙^𝑛

gdzie:

• 𝑘 to wskaźnik spójności przepływu;
• 𝑛 to wskaźnik zachowania przepływu.

W modelu płynu nienewtonowskiego obliczenie czasu napełniania wymaga uwzględnienia nieliniowej charakterystyki przepływu materiału, co zwykle odbywa się za pomocą symulacji numerycznej.

3. Metoda symulacji numerycznej

Najlepszym sposobem, aby dowiedzieć się, ile czasu zajmie wypełnienie formy, jest użycie matematyki. W tym celu można użyć specjalnych programów komputerowych, takich jak Moldflow, Moldex3D i innych. Programy te wykorzystują matematykę do obliczenia, w jaki sposób tworzywo sztuczne przepływa do formy.

Oto jak to zrobić:

1. Modelowanie: Niektóre mają możliwość korzystania z modelu 3D formy ze wszystkimi częściami, takimi jak wnęki, bramy i prowadnice.

2. Ustawianie parametrów materiału: Należy wprowadzić wartości, które wskazują programowi, w jaki sposób plastik jest przemieszczany i jak gorący jest plastik.

3. Ustawianie parametrów procesu: Musisz wpisać dane, które mówią programowi, jak obsługiwać maszynę, na przykład z jaką siłą naciskać plastik, jak gorąco gotować formę.

4. Symulacja działania: Oznacza to, że warunkiem wstępnym jest uruchomienie programu komputerowego w celu wizualizacji tego, co dzieje się, gdy tworzywo sztuczne jest wprowadzane do formy.

5. Analiza wyników: Należy ocenić odpowiedzi udzielane przez program dotyczące czasu potrzebnego do wypełnienia formy i wysokości temperatury.

Symulacja numeryczna jest lepsza niż metoda analityczna, ponieważ jest dokładna dla złożonych kształtów i materiałów o skomplikowanych właściwościach, ale wymaga specjalnego oprogramowania i większej mocy obliczeniowej.

4. Eksperymentalna metoda weryfikacji

Obliczając czas napełniania metodą weryfikacji eksperymentalnej, chciałbym wspomnieć, że jest to metoda szacowania czasu napełniania. W przypadku praktycznego procesu produkcji smaków, czas napełniania jest zwiększany w małych krokach przez odpowiednią liczbę razy, aż do osiągnięcia optymalnego poziomu.

Etapy metody weryfikacji eksperymentalnej są następujące: Etapy metody weryfikacji eksperymentalnej są następujące:

1. Wstępne ustawienie parametrów: Najpierw należy ocenić parametry projektowe, na przykład ciśnienie wtrysku lub prędkość wtrysku, w oparciu o modele teoretyczne lub symulacje obliczeniowe.

2. Produkcja próbna: Przeprowadzono próbę i zarejestrowano czas potrzebny do wypełnienia formy oraz jakość części, w celu zbadania stopnia dokładności wyników uzyskanych z integralnego modelu do przewidywania wypełnienia formy i jakości części.

3. Dostosuj i zoptymalizuj: Ocena wyników prób, sformułowanie modelu w celu dokładnej zmiany parametrów procesu lub optymalizacji czasu napełniania.

4. Określ parametry: Po przeprowadzeniu szeregu testów i regulacji należy ustalić idealny czas napełniania.

Mocną stroną metody weryfikacji eksperymentalnej jest to, że jest ona prosta i powtarzalna, ale jej przeprowadzenie jest kosztowne i zajmuje dużo czasu.

Praktyczne zastosowanie Analiza przypadku

Aby lepiej zrozumieć metody obliczania czasu napełniania, przeanalizujemy praktyczny przypadek.

Kontekst sprawy

Firma musi wyprodukować partię plastikowych obudów. Materiałem jest polipropylen (PP). Projekt formy jest następujący:

• Objętość wnęki: 200 cm³
• Średnica bramki: 2 mm
• Liczba bramek: 1

Formowanie wtryskowe Parametry urządzenia są następujące:

• Średnica śruby: 30 mm
• Prędkość wtrysku: 100 mm/s

Kroki obliczeniowe

1. Metoda wzoru empirycznego:

Najpierw należy obliczyć natężenie przepływu wtrysku:

A=π⋅(D/2)²=π⋅(30/2)²=706,86 mm²

𝑄=𝐴⋅𝑣=706,86 mm²⋅100 mm/s=70686 mm³/𝑠=70,686 cm³𝑠

Następnie należy obliczyć czas napełniania:

𝑡_𝑓=𝑉/𝑄=200 cm³/70,686 cm³/𝑠≈2.83s

2. Metoda modelu reologicznego:

Zakładając, że polipropylen zachowuje się jak płyn newtonowski w tej temperaturze, a jego zachowanie podczas przepływu można uprościć jako:

𝑡_𝑓=𝑉/(𝐴⋅𝑣)=200 cm³/(706,86 mm²⋅100 mm/s)=200 cm³/70,686 cm³/𝑠≈2.83s

3. Metoda symulacji numerycznej:

Wykorzystanie oprogramowania Moldflow do symulacji parametrów formy i materiału, ustawienia warunków procesu i uruchomienia symulacji. Czas napełniania wyniósł około 2,85 sekundy.

4. Eksperymentalna metoda weryfikacji:

Podczas próbnej produkcji zarejestrowano czas napełniania wynoszący około 2,8 sekundy. Po wielokrotnych korektach ostateczny czas napełniania wyniósł 2,8 sekundy.

Strategie optymalizacji czasu napełniania

Chociaż ważne jest, aby dokładnie obliczyć czas napełniania, ważne jest również, aby zoptymalizować czas napełniania. Oto kilka strategii optymalizacji czasu napełniania:

Optymalizacja parametrów wtryskarki

1. Prędkość wtrysku: Wybrana prędkość wtrysku jest dobra, ponieważ zminimalizowała czas napełniania, a także nie powoduje mieszania się materiału podczas przemieszczania się przez maszynę z dużą prędkością.

2. Ciśnienie wtrysku: Gdy jest niski, oznacza to, że napełnienie formy płynem zajmie więcej czasu, ale gdy jest wysoki, oznacza to, że można napełnić płyn nieco szybciej, ale jeśli jest zbyt wysoki, może to spowodować pęknięcie formy lub powstanie błysku.

3. Konstrukcja śruby: Zmiany, takie jak zwiększenie kompresji ślimaka, mogą również pomóc w większym stopieniu materiału i jego lepszym wymieszaniu, dzięki czemu forma zostanie wypełniona.

Ulepszanie konstrukcji form

1. Konstrukcja bramki: Powiedzieli, że jeśli dodasz więcej bramek lub je przesuniesz, możesz sprawić, że plastik będzie lepiej płynął i szybciej się napełniał.

2. Konstrukcja bieżni: Jeśli zwęzisz prowadnice, skrócisz je i zmienisz ich kształt, plastik będzie lepiej płynął.

3. Konstrukcja odpowietrznika: Jeśli umieścisz więcej otworów w formie, aby powietrze mogło lepiej wydostać się z formy, nie pojawią się bąbelki, a plastik lepiej się wypełni.

Dostosowywanie parametrów procesu

1. Temperatura formy: Zwiększenie temperatury formy spowolni tempo stygnięcia materiału i wydłuży czas pakowania.

2. Temperatura topnienia: Zwiększenie temperatury topnienia obniży lepkość materiału i sprawi, że będzie on lepiej płynął podczas wypełniania formy.

3. Czas wtrysku: Musisz upewnić się, że czas wtrysku nie jest zbyt długi lub zbyt krótki, w przeciwnym razie otrzymasz złe części.

Korzystanie z zaawansowanej technologii

1. Symulacja numeryczna: Badania nad technologią symulacji numerycznej mogą pomóc nam wcześnie wykryć problem z napełnianiem i dostosować parametry procesu oraz projekt formy.

2. Inteligentne sterowanie: Możemy wykorzystać inteligentne sterowanie do optymalizacji wtryskarki, takie jak użycie systemu kontroli ciśnienia do kontroli ciśnienia w układzie wtryskowym i precyzyjne dostrojenie procesu wtrysku w celu poprawy stabilności i dokładności procesu napełniania.

3. Nowe materiały: Opracowanie nowych materiałów o wysokim przepływie może skutecznie skrócić czas napełniania i zwiększyć wydajność produkcji.

Praktyczne zastosowanie Analiza przypadku (ciąg dalszy)

Aby lepiej zrozumieć strategie optymalizacji czasu wypełnienia, kontynuujmy analizę poprzedniego przypadku praktycznego.

Optymalizacja parametrów wtryskarki

Po przeprowadzeniu kilku eksperymentów stwierdziliśmy, że zwiększając prędkość wtrysku do 150 mm/s, możemy znacznie skrócić czas napełniania bez utraty jakości produktu. Oto obliczone przez nas nowe czasy napełniania:

𝑄=706,86 mm²⋅150 mm/s=106029 mm³/𝑠=106,029 cm³/𝑠

𝑡_𝑓=200 cm³/106,029 cm³/𝑠≈1.89s

Ulepszanie konstrukcji form

Symulacja numeryczna wykazała, że dodanie kolejnej bramy byłoby dobrym sposobem na poprawę przepływu materiału i skrócenie czasu napełniania. Zmodyfikowaliśmy formę, aby dodać jeszcze jedną bramę i ponownie przeprowadziliśmy symulację napełniania. W rezultacie czas napełniania wyniósł około 1,75 sekundy.

Dostosowywanie parametrów procesu

Przeprowadziliśmy również eksperyment z temperaturą formy 80°C i temperaturą topnienia 220°C. Całkowity czas napełniania wyniósł około 1,70 sekundy.

Korzystanie z zaawansowanej technologii

Wykorzystaliśmy system kontroli w czasie rzeczywistym do optymalizacji procesu wtrysku poprzez dostosowanie pewnych czynników w celu skrócenia czasu wtrysku. Całkowity zoptymalizowany czas napełniania wyniósł 1,68 sekundy.

Wnioski

Niniejszy artykuł zawiera szczegółową dyskusję na temat różnych metod, które można wykorzystać do obliczenia procesu napełniania wtryskarki, a mianowicie: wzoru empirycznego, równania modelu reologicznego, symulacji numerycznej i walidacji eksperymentalnej, i wyjaśnił to na przykładzie. Obejmują one: Szerszą optymalizację parametrów wtryskarki; Lepsze projekty form; Dostosowanie parametrów procesu i wykorzystanie technologii; Wszystkie te środki mogą przyczynić się do poprawy wydajności napełniania w stopniu, który prawdopodobnie zapewni jakość produktu.

Rozważania te są bardzo ważne z punktu widzenia obliczania i optymalizacji optymalnej szybkości napełniania dla formowania wtryskowego. Nie tylko zwiększają one tempo produkcji i oszczędzają koszty, ale także znacznie poprawiają jakość produktów. Niniejszy artykuł przedstawia analizę techniczną i metody obliczania czasu napełniania w procesie formowania wtryskowego. Proces formowania wtryskowego, które mogą być wykorzystane jako odniesienie do obliczeń i optymalizacji czasu napełniania w procesie formowania wtryskowego.

Formowanie wtryskowe nadal nabiera tempa dzięki innowacjom i nie ma żadnych przewidywalnych oznak spowolnienia. W przyszłości proces obliczania i optymalizacji czasu napełniania zostanie przesunięty w kierunku wyższego zastosowania inteligentnych i cyfrowych technologii. Przykładowo, maszyny zautomatyzowane z wykorzystaniem sztucznej inteligencji i dużych zbiorów danych mogą analizować ogromne wolumeny produkcji w celu dostosowania ustawień procesu formowania wtryskowego, które zapewniają lepszą wydajność napełniania i jakość produktów. Ponadto ewolucja nowych materiałów jeszcze bardziej zwiększy osiągnięcia w zakresie nowoczesnych technologii w celu skrócenia czasu napełniania i zmniejszenia kosztów produkcji w procesie formowania wtryskowego.

Podsumowując, obliczanie i optymalizacja czasu napełniania jest również trudną kwestią, a podczas procesu napełniania należy wziąć pod uwagę wiele kwestii, a każdy proces napełniania wymaga weryfikacji i poprawy. Wraz z dalszymi ulepszeniami i usprawnieniami techniki formowania wtryskowego możemy być w stanie uzyskać bardziej niezawodne, wydajne i stabilne procesy dla tych aplikacji, a tym samym zaoferować bardziej pozytywny wpływ na nasze branże.