Unikanie tych i innych wad formowania wtryskowego wymaga korzystania z odpowiedniego producenta form i producenta detali dysponującego właściwym systemem zapewnienia jakości, który wykrywa te wady i usuwa ich przyczyny.
Na przykład w branży motoryzacyjnej niezgodne z wymaganiami części z tworzyw sztucznych bezpośrednio obniżają jakość samochodu, a nawet zagrażają życiu ludzi.
W związku z tym bardzo ważne jest zbadanie procesu powstawania linii spawalniczych i czynników na nie wpływających oraz znalezienie sposobów na wyeliminowanie linii spawalniczych.
Mechanizm powstawania linii spawu
W wyrobach z tworzyw sztucznych podczas procesu formowania wtryskowego, gdy tworzywo w stanie stopionym wypełnia gniazdo, dwa lub więcej strumieni stopionego materiału może ostygnąć w miejscu pierwszego zetknięcia na tyle, że nie połączą się całkowicie. Na ich styku powstanie rowek i ślad łączenia strug.
“Linie spawania” produktów z tworzyw sztucznych odnoszą się do trójwymiarowego obszaru, w którym struktura morfologiczna i właściwości mechaniczne dwóch pasm stopionego materiału stykają się ze sobą, co jest całkowicie odmienne od innych części.
Najczęściej spotykane linie spawania w częściach formowanych wtryskowo są dwojakiego rodzaju:
Jednym rodzajem są ślady łączenia stopu powstające w miejscu spotkania frontów stopionego tworzywa wpływających do gniazda z różnych przewężek, nazywane zimnymi liniami łączenia. Występują one, gdy ze względu na cechy konstrukcyjne lub duży rozmiar części formowanej wtryskowo stosuje się co najmniej dwie przewężki w celu skrócenia drogi przepływu stopu i czasu napełniania formy.
Innym jest to, że gdy wnęka jest wyposażona w rdzenie i wkładki, stopiony w niskiej temperaturze materiał jest dzielony na dwa pasma podczas omijania tej przeszkody, a dwa stopione pasma łączą się ponownie po ominięciu przeszkody, tworząc ślady spoiny, zwane gorącymi śladami spoiny.
Przyczyny powstawania śladów zgrzewania na produktach z tworzyw sztucznych
1. Stopione tworzywo sztuczne przechodzące przez bramę z dużą prędkością wchodzi bezpośrednio do wnęki, następnie dotyka powierzchni wnęki i utwardza się, a następnie jest popychane przez kolejne stopione tworzywo sztuczne, pozostawiając w ten sposób ślady węża.
2. Gdy konstrukcja formy wtryskowej wykorzystuje układ zasilania z wieloma przewężkami, czoła strumieni stopionego tworzywa zbiegają się ze sobą; w obszarze otworów i przeszkód strumień stopu również rozdziela się na dwie części; nierównomierna grubość ścianek także prowadzi do powstawania linii łączenia.
3. Gdy używana jest boczna brama i nie ma obszaru stagnacji materiału lub jest on niewystarczający po przejściu tworzywa sztucznego przez bramę, łatwo powstają ślady rozpylania.
Rozwiązania dla śladów spawów na produktach z tworzyw sztucznych
1. Zmniejszenie liczby bramek.
2. Wyreguluj położenie bramki.
3. Dodaj studzienki przelewowe materiału w pobliżu części zgrzewanej, przesuń linię zgrzewania do studzienek przelewowych, a następnie ją usuń.
4. Zwiększenie wydechu w obszarze linii zgrzewania w celu szybkiego usunięcia powietrza i substancji lotnych z tej części. Podnieść temperaturę materiału i formy, aby zwiększyć płynność tworzywa sztucznego i podnieść temperaturę materiału podczas stapiania.
5. Zmień lokalizację i liczbę bramek, aby przenieść lokalizację linii spawania w inne miejsce.
6. Zwiększ prędkość wtrysku.
7. Zwiększyć ciśnienie wtrysku i rozmiar układu zalewania.
8. Ograniczenie stosowania środków antyadhezyjnych.
9. Skrócić odległość między bramą a obszarem spawania.
10. Wyreguluj położenie bramki tak, aby stopiony plastik uderzył w sworzeń lub ścianę po przejściu przez bramkę.
11. Zmiana kształtu bramy na bramę nakładającą się lub bramę z występami z wystarczającym obszarem stagnacji w obszarze bramy.
12. Zwolnić początkową prędkość wtrysku stopionego tworzywa sztucznego.
13. Zwiększyć grubość/powierzchnię przekroju bramki, tak aby czoło przepływu materiału tworzyło się natychmiast.
14. Podnieść temperaturę formy, aby zapobiec szybkiemu utwardzeniu materiału.
Czynniki wpływające na powstawanie śladów płynięcia stopionego tworzywa oraz działania usprawniające ich usuwanie
Ponieważ ślady płynięcia mają istotny wpływ na jakość wyrobów z tworzyw sztucznych, przeprowadzono wiele badań nad mechanizmem ich powstawania i oceną ich wpływu na właściwości wyrobu, a także zaproponowano różne rozwiązania.
a. Wpływ temperatury
Zwiększenie temperatury może przyspieszyć proces relaksacji polimeru i skrócić czas splątania łańcucha molekularnego, co bardziej sprzyja pełnej fuzji, dyfuzji i splątaniu cząsteczek na przednim końcu materiału, poprawiając w ten sposób wytrzymałość obszaru blizny spoiny.
Wykazano, że zwiększenie temperatury stopionego tworzywa sprzyja zmniejszeniu głębokości karbu V na powierzchni części z tworzyw sztucznych; po podniesieniu temperatury tworzywa z 220℃ do 250℃ głębokość karbu V zmniejsza się z 7μm do 3μm.
Zbadano wpływ temperatury na wytrzymałość na rozciąganie śladów łączenia w wyrobach formowanych wtryskowo z PA66 zawierającego 33% wzmocnienia włóknem szklanym i stwierdzono, że wytrzymałość na rozciąganie próbek ze śladami łączenia i bez nich wzrastała wraz ze wzrostem temperatury stopu.
Wpływ zmiany temperatury na wytrzymałość na rozciąganie śladów linii łączenia nie jest liniowy, a przy relatywnie niskiej temperaturze (np. 70℃) wzrost temperatury powoduje znaczną zmianę tej wytrzymałości;
Jednak zmiana ta jest stosunkowo płaska, gdy temperatura wzrasta do pewnego stopnia.
Podobne wnioski uzyskano w badaniach PA66 (wzmocnionego 35% włókna szklanego), w których zastosowano ABS.
Za pomocą symulacji ustalono, że temperatura formy i temperatura stopu we wtryskarce nie miały takiego samego wpływu na wytrzymałość śladów łączenia powstających w różnych materiałach.
Wykorzystując połączenie eksperymentów i symulacji, stwierdzono, że spośród parametrów procesu formowania wtryskowego, temperatura topnienia miała największy wpływ na wytrzymałość śladów spoin spawalniczych części z tworzywa ABS.
b. Wpływ ciśnienia wtrysku i ciśnienia utrzymywania
Ciśnienie wtrysku jest ważnym czynnikiem wypełniania i formowania stopionego tworzywa. Jego zadaniem jest pokonanie oporów stopu tworzywa podczas przepływu przez cylinder, dyszę, układ wlewowy i gniazdo, nadanie stopowi wystarczającej prędkości wypełniania oraz jego zagęszczenie w celu zapewnienia jakości wyrobów formowanych wtryskowo.
Zwiększenie ciśnienia wtrysku pomaga pokonać opór kanału przepływowego i przenieść ciśnienie na czoło stopionego materiału, dzięki czemu stopiony materiał może zostać stopiony w miejscu spoiny pod wysokim ciśnieniem i zwiększyć gęstość w miejscu spoiny, a tym samym poprawić wytrzymałość spoiny.
Zwiększenie ciśnienia trzymania nie tylko dostarcza więcej energii kinetycznej do ruchu łańcucha molekularnego stopionego materiału, ale także promuje wzajemne wiązanie dwóch pasm stopionego materiału, zwiększając w ten sposób gęstość obszaru śladu spoiny i wytrzymałość śladu spoiny.
c. Wpływ prędkości wtrysku i czasu wtrysku
Zwiększenie prędkości wtrysku i skrócenie czasu wtrysku skróci czas płynięcia, zanim fronty stopu zbiegną się, zmniejszy straty ciepła i zwiększy wytwarzanie ciepła ścinającego, dzięki czemu lepkość stopu spadnie, a płynność wzrośnie, poprawiając w ten sposób wytrzymałość śladów spoiny.
Wytrzymałość śladów spawania jest bardzo wrażliwa na czas wtrysku i będzie się zwiększać wraz ze skracaniem czasu wtrysku.
Zbyt duża prędkość wtrysku łatwo jednak powoduje turbulencje i pękanie strumienia stopionego tworzywa, co poważnie pogarsza właściwości części.
Zasadniczo przy formowaniu wtryskowym części ze śladami łączenia należy początkowo stosować niskie ciśnienie i małą prędkość, a następnie dostosować prędkość wtrysku tworzywa do kształtu formowanej części.
W praktyce, aby skrócić cykl produkcyjny i uniknąć turbulencji, częściej stosuje się średnią lub wysoką prędkość wtrysku.
Prędkość wtrysku wpływa na zachowanie przepływu stopionego materiału we wnęce, a także na ciśnienie i temperaturę stopionego materiału we wnęce oraz wydajność produktu.
Gdy prędkość wtrysku jest duża, prędkość przepływu stopu przez układ wlewowy formy i gniazdo również jest duża, materiał podlega silniejszemu ścinaniu, rośnie ciepło tarcia i temperatura, maleje lepkość, wydłuża się droga płynięcia materiału, zwiększa się ciśnienie w gnieździe, a także wytrzymałość linii łączenia wyrobu.
Ponadto, gdy grubość ścianek części jest bardzo nierównomierna, opór przepływu tworzywa przez gniazdo formy wtryskowej także jest różny: w obszarze grubej ścianki opór jest mały, a przepływ szybki, natomiast przy cienkiej ściance opór jest duży, a przepływ wolny.
Ze względu na tę różnicę w natężeniu przepływu, tak że stopiwo z różnych grubości ścianek, z różnymi prędkościami przepływu zbieżności, a na koniec przy zbieżności tworzenia śladów spoiny.
Potrzebujesz wyceny projektu formowania wtryskowego?Uzyskaj konkurencyjną wycenę, informacje zwrotne DFM i harmonogram produkcji od zespołu inżynierskiego ZetarMold.
Poproś o bezpłatną wycenę → Pełny przegląd znajdziesz w naszym Kompletnym przewodniku po formowaniu wtryskowym.
