Wpływ procesu formowania wtryskowego na jakość wyrobów wtryskiwanych

W procesie formowania polegającym na przekształcaniu cząstek tworzyw sztucznych w produkty z tworzyw sztucznych, tworzywo sztuczne jest często poddawane działaniu wysokich temperatur i ciśnienia oraz płynie z dużą szybkością ścinania.

Różne warunki i przebiegi formowania odmiennie wpływają na jakość wyrobów. Proces wtryskiwania obejmuje cztery elementy: surowiec z tworzywa sztucznego, wtryskarkę, formę wtryskową oraz proces wtryskiwania tworzyw sztucznych.

Jeśli surowce z tworzyw są właściwie dobrane, a techniczne parametry procesu wtryskarki i konstrukcja formy spełniają wymagania warunków formowania wtryskowego, jakość przetworzonych wyrobów jest bezpośrednio związana z procesem formowania wtryskowego.

Jakość produktu ma wewnętrzną jakość materiału i jakość wyglądu, wewnętrzna jakość materiału to głównie wytrzymałość mechaniczna, a wielkość naprężeń wewnętrznych bezpośrednio wpływa na wytrzymałość mechaniczną produktu, głównym powodem naprężeń wewnętrznych jest krystaliczność produktu i orientacja cząsteczek w formowaniu tworzyw sztucznych itp.

Jakość wyglądu produktów to jakość powierzchni produktów, ale wypaczenia i odkształcenia spowodowane naprężeniami wewnętrznymi również wpływają na problemy związane z jakością wyglądu.

Wady wyglądu wyrobów, takie jak niedolewy, zapadnięcia, linie łączenia, wypływki, pęcherze, srebrne smugi, czarne punkty, odkształcenia, pęknięcia, rozwarstwienia i przebarwienia, są związane z temperaturą, ciśnieniem, czasem przepływu i położeniem w procesie formowania wtryskowego.

Temperatura formowania

Temperatura beczki, temperatura plastyfikacji, temperatura dyszy, temperatura formy i temperatura suszenia tworzywa sztucznego itp.

Temperatura cylindra: Jest to temperatura stopu tworzywa. Jeśli temperatura cylindra jest ustawiona zbyt wysoko, lepkość stopionego tworzywa będzie mała, a przy tym samym ciśnieniu i natężeniu przepływu prędkość wtrysku wzrośnie. Wówczas wypraski będą podatne na wypływki, srebrne smugi, przebarwienia i kruchość.

Jeśli temperatura cylindra jest zbyt niska, tworzywo sztuczne będzie słabo uplastycznione, lepkość będzie wysoka, prędkość wtrysku będzie niska przy tym samym ciśnieniu wtrysku i natężeniu przepływu, a formowane produkty będą łatwo wadliwe, z widocznymi śladami stopienia, niestabilnym rozmiarem i zimnymi grudkami w produktach.

Temperatura dyszy: Zbyt wysoka temperatura dyszy powoduje wyciekanie stopu i powstawanie smug zimnego materiału na wyrobach. Zbyt niska temperatura dyszy prowadzi do zatykania układu wlewowego formy. Wtrysk tworzywa wymaga wtedy zwiększenia ciśnienia, lecz w wypraskach pojawiają się grudki zimnego materiału.

Temperatura formy: Przy wysokiej temperaturze formy można ustawić niższe ciśnienie wtrysku i natężenie przepływu, jednak przy tych samych parametrach wyroby są bardziej podatne na wypływki, paczenie i odkształcenia, a także mogą przywierać do formy i być trudne do wypchnięcia. Gdy temperatura formy jest niska, przy tym samym ciśnieniu i natężeniu przepływu mogą występować niedolewy, pęcherze i linie łączenia.

Temperatura suszenia tworzywa: Poszczególne tworzywa wymagają różnych temperatur suszenia. Dla ABS zwykle ustawia się 80–90 ℃. W przeciwnym razie trudno usunąć wodę i pozostałości rozpuszczalnika, przez co w wyrobie łatwo powstają srebrne smugi i pęcherze, a jego wytrzymałość spada.

Ciśnienie procesu formowania

Przeciwciśnienie przed formowaniem: wysoka gęstość magazynowania przeciwciśnienia, więcej miejsca w tej samej objętości. Gęstość magazynowania przy niskim przeciwciśnieniu jest niska i przechowywana jest mniejsza ilość materiału.

Po ustawieniu pozycji przechowywania, a następnie wykonaniu większej regulacji przeciwciśnienia, należy zwrócić uwagę na zresetowanie pozycji przechowywania, w przeciwnym razie łatwo jest spowodować, że produkty polecą na krawędź lub będą niewystarczające.

Ciśnienie wtrysku: Różne rodzaje tworzyw mają odmienną lepkość stopu, a lepkość tworzyw amorficznych silnie zmienia się wraz z temperaturą uplastyczniania.

Ciśnienie wtrysku ustala się według lepkości stopu i wskaźnika przetwórczego tworzywa. Zbyt niskie powoduje niedolewy, wgniecenia, linie łączenia i niestabilne wymiary. Zbyt wysokie powoduje wypływkę, przebarwienia i trudności z wyrzutem.

Siła zwarcia: Należy ją dobrać do wielkości rzutu powierzchni gniazda formy oraz wartości ciśnienia wtrysku.

Niewystarczająca siła docisku sprawia, że produkt łatwo odlatuje i zwiększa swoją wagę. Jeśli siła zacisku jest zbyt duża, trudno będzie otworzyć formę. Ogólna siła docisku nie powinna przekraczać 120par/cm2.

Docisk: Po zakończeniu wtrysku ślimak nadal wywiera ciśnienie, nazywane ciśnieniem docisku, ponieważ tworzywo w gnieździe formy nie zdążyło jeszcze zastygnąć. Docisk uzupełnia materiał w gnieździe, zapewniając pełne wypełnienie wyrobu.

Jeśli ciśnienie jest ustawione zbyt wysoko, spowoduje to opór formy i rdzenia, a produkty będą łatwo pokryte białym kolorem i wypaczone, a ponadto brama prowadnicy formy zostanie łatwo rozszerzona przez tworzywo sztuczne, a brama zostanie złamana w prowadnicy. Ciśnienie jest zbyt niskie, a produkt ma wgniecenia i niestabilny rozmiar.

Zasada ustawiania ciśnienia formy i neutronu opiera się na rozmiarze wnęki formy i rozmiarze obszaru projekcji włożonego rdzenia, a także złożoności geometrii formowanego produktu. Ogólnie rzecz biorąc, ciśnienie matrycy i cylindrów neutronowych powinno być ustawione na poziomie, który może wypchnąć produkt.

Natężenie przepływu

Prędkość ślimaka: Oprócz regulacji wydajności dozowania zależy ona przede wszystkim od przeciwciśnienia dozowania.

Jeśli natężenie przepływu przed formowaniem jest ustawione na duże, przeciwciśnienie przed formowaniem i wysokie, z obrotem śruby, tworzywo sztuczne w sile ścinającej beczki, struktura molekularna tworzywa sztucznego jest łatwa do przecięcia, a produkt ma czarne plamy i czarne paski, wpływające na wygląd jakości i wytrzymałości produktu, a temperatura ogrzewania beczki nie jest łatwa do kontrolowania.

Szybkość przepływu przed formowaniem jest ustawiona zbyt nisko, a czas przechowywania przed formowaniem jest wydłużony, co wpływa na cykl formowania.

Prędkość wtrysku: Należy ją ustawić prawidłowo, ponieważ wpływa na jakość wyrobu. Zbyt duża prędkość wtrysku powoduje pęcherze, przypalenia i przebarwienia. Przy zbyt małej prędkości występują niedolewy, linie łączenia i podobne wady.

Prędkość wypychacza i suwaka rdzeniowego: Nie należy ustawiać jej zbyt wysoko, ponieważ wypychanie i wyciąganie rdzenia stają się wtedy zbyt gwałtowne i niestabilne, a na wyrobie łatwo powstają białe ślady po wypychaczach.

Ustawienie czasu

Czas suszenia: Jest to czas suszenia surowca z tworzywa sztucznego; każda grupa tworzyw ma optymalną temperaturę i czas suszenia. Dla ABS są to 80–90 ℃ i 2 godziny. ABS zwykle pochłania 0,2–0,4% wody w ciągu 24 godzin, a do formowania wtryskowego dopuszczalna zawartość wilgoci wynosi 0,1–0,2%.

Wtrysk i czas utrzymywania: komputerowe metody sterowania wtryskarką są wyposażone w wieloetapowy wtrysk, który można stopniować w celu regulacji ciśnienia i prędkości oraz dostosowania ilości wtryskiwanego tworzywa sztucznego.

Dzięki temu prędkość wtrysku tworzywa sztucznego do gniazda formy osiąga stałą prędkość i poprawia wygląd formowanych produktów oraz jakość materiału wewnętrznego.

Dlatego w procesie formowania wtryskowego powszechnie stosuje się sterowanie położeniem, a nie czasem, natomiast ciśnienie jest sterowane czasowo. Na przykład przy zbyt długim czasie docisku gęstość i masa produktu są duże, naprężenia wewnętrzne wysokie, wyjmowanie z formy trudne, łatwo powstają białe ślady po wypychaczach, a cykl formowania się wydłuża. Przy zbyt krótkim czasie docisku na produktach łatwo powstają wgniecenia, a wymiary są niestabilne.

Czas chłodzenia: Zapewnia stabilne uformowanie wyrobu. Po wtryśnięciu tworzywa do gniazda formy należy pozostawić wystarczająco dużo czasu na jego ochłodzenie i zestalenie; w przeciwnym razie podczas otwierania formy wyrób łatwo się paczy i odkształca, a przy wypychaniu powstają białe ślady. Zbyt długi czas chłodzenia niepotrzebnie wydłuża cykl formowania i jest nieekonomiczny.

Kontrola położenia

Droga ruchu formy: Jest to całkowita odległość ruchu od otwarcia formy do jej ponownego zamknięcia i zaryglowania. Optymalna droga otwarcia powinna umożliwiać swobodne wyjęcie wyrobu. Zbyt duża odległość otwarcia wydłuża cykl formowania.

Położenie wypychacza: Należy je ustawić tak, aby wyrób można było wygodnie zdjąć po wypchnięciu z formy.

Położenie dozowania: Po pierwsze musi zapewniać ilość tworzywa potrzebną do uformowania wyrobu w jednym wtrysku, a po drugie — kontrolować ilość materiału zgromadzonego w cylindrze. Jeśli dawka pojedynczego wtrysku jest za duża, łatwo powstają wypływki; jeśli jest za mała, wyrób będzie niedolany.

Zbyt duża ilość masy w beczce powoduje, że tworzywo sztuczne pozostaje w beczce przez długi czas, produkty łatwo tracą kolor i wpływają na wytrzymałość formowanych produktów. Wręcz przeciwnie, wpływa to na jakość plastyfikacji plastiku i żaden materiał nie zostanie dodany do formy podczas utrzymywania ciśnienia, a produkty będą niedostatecznie uformowane z wgnieceniami.

Wnioski

Na jakość wyrobów formowanych wtryskowo wpływają między innymi projekt wyrobu, materiał z tworzywa, konstrukcja i jakość wykonania formy, dobór wtryskarki oraz regulacja procesu.

W przypadku normalnych form produkcyjnych jedynym sposobem na zapewnienie i poprawę jakości produktów jest dostosowanie procesu wtrysku; to znaczy dostosowanie temperatury, ciśnienia, natężenia przepływu, czasu i położenia. Regulacja procesu musi być kompleksowa i zintegrowana.

Jeśli rozmiar produktu zmienia się znacznie, można zacząć rozważać surowce z tworzyw sztucznych, czy jest to krystaliczne tworzywo sztuczne czy niekrystaliczne tworzywo sztuczne, wielkość masy cząsteczkowej tworzywa sztucznego itp.

Jest to krystaliczne tworzywo sztuczne i makrocząsteczkowe tworzywo sztuczne, które bierze pod uwagę krystaliczność produktu i orientację molekularną, kształt produktu w przepływie zmian formowania i powoduje zmiany naprężeń wewnętrznych i rozmiaru produktu, powodując zmiany skurczu produktu.

Aby ograniczyć niewielkie wahania wymiarów wyrobu, można zwiększyć temperaturę materiału, obniżyć temperaturę formy, kontrolować objętość wtrysku, zmniejszyć ciśnienie wtrysku i zwiększyć jego prędkość, tak aby natychmiast wypełnić gniazdo. Można też skrócić czas docisku i wydłużyć chłodzenie, a przy zachowaniu pełnego wypełnienia zmniejszyć gęstość wyrobu formowanego wtryskowo. Ogranicza to naprężenia wewnętrzne i zmiany skurczu wyrobu.

Krótko mówiąc, regulacja procesu wtrysku nie może być wykonywana z jednego punktu, ale z zasady procesu wtrysku. Wszechstronne i zrównoważone rozważenie problemu może być regulowane z różnych aspektów, jeden po drugim lub z kilku kwestii jednocześnie.

Metodę i zasadę regulacji należy jednak dobierać na podstawie bieżącej jakości produkowanych wyrobów oraz aktualnych warunków procesu formowania wtryskowego.

Uzyskaj konkurencyjną wycenę, informacje zwrotne DFM i harmonogram produkcji od zespołu inżynierskiego ZetarMold.

Poproś o bezpłatną wycenę → Pełny przegląd zagadnienia znajdziesz w naszym Kompletnym przewodniku po formowaniu wtryskowym.