Причины и способы устранения следов сварки в деталях, изготовленных методом литья под давлением

The weld marks are an important factor affecting the quality of plastic parts. The research found that: under the same process conditions, the strength of the weld line area is only 10-92% of the original material, which seriously affects the normal use of литьевая формаed products.

Avoiding these and other injection molding defects is all about using the right mold manufacturer and having a part manufacturer that has the right quality assurance to catch these defects and troubleshoot them.

Например, в автомобильной промышленности некачественные пластиковые детали напрямую приводят к снижению качества автомобиля и даже ставят под угрозу безопасность человеческой жизни. 

Поэтому большое практическое значение имеет изучение процесса образования сварных линий, а также влияющих на него факторов и поиск способов устранения сварных линий. 

Механизм образования сварных линий

Plastic products in the injection molding process, found in the plastic melt filling the cavity, such as two or more strands of melt in the first part of the meeting have been cooled so that they can not be completely integrated, it will be at the intersection of the groove, the formation of melt marks.

Под "линиями сварки" пластиковых изделий понимается трехмерная область, в которой морфологическая структура и механические свойства двух нитей расплавленного материала соприкасаются друг с другом, что полностью отличается от других частей.

Наиболее распространенные линии сварки в деталях, изготовленных методом литья под давлением, бывают двух основных типов:

One is the melt joint marks formed at the meeting of the melt fronts entering the cavity from different gates, called cold melt joint marks, when two or more gates are used to reduce the melt flow and mold filling time due to the structural characteristics or large size of the injection molded parts.

В другом случае, когда полость оснащена стержнями и вставками, низкотемпературный расплав разделяется на две нити при обходе этого препятствия, и две нити расплава воссоединяются после обхода препятствия, образуя следы сварки, называемые следами горячей сварки.

Причины появления следов сварки на пластмассовых изделиях

1. Расплав пластмассы, проходящий через затвор на высокой скорости, попадает непосредственно в полость, затем касается поверхности полости и затвердевает, после чего выталкивается последующим расплавом пластмассы, оставляя таким образом змеиные следы.

2. When the injection mold design adopts a multi-gate feeding scheme, the plastic melt flow fronts converge with each other; in the area of holes and obstacles, the melt flow fronts will also be divided into two; uneven uniform wall thickness will also lead to weld marks.

3. При использовании бокового затвора и отсутствии зоны застоя материала или недостаточной зоне застоя материала после прохождения пластика через затвор на нем легко образуются следы от брызг.

Решения для устранения следов сварки на пластиковых изделиях

1. Уменьшите количество ворот.

2. Отрегулируйте положение затвора.

3. Добавьте переливные колодцы для материала рядом с плавящейся деталью, переместите линию сварки в переливные колодцы, а затем удалите ее.

4. Увеличьте вытяжку в зоне линии сварки, чтобы быстро удалить воздух и летучие вещества в этой части. Повысьте температуру материала и температуру пресс-формы, чтобы улучшить текучесть пластика и повысить температуру материала при плавлении.

5. Измените расположение и количество ворот, чтобы переместить местоположение линии сварки в другое место.

6. Увеличьте скорость впрыска. 

7. Повысьте давление впрыска и увеличьте размер системы заливки.

8. Сократите использование разделителей формы.

9. Сократите расстояние между воротами и зоной сварки.

10. Отрегулируйте положение затвора таким образом, чтобы расплавленный пластик после прохождения через затвор ударялся о штифт или стенку.

11. Измените форму затвора на перекрывающийся затвор или затвор с ушками с достаточной застойной зоной в зоне затвора.

12. Замедлите начальную скорость впрыска расплава пластмассы.

13. Увеличьте толщину/площадь поперечного сечения затвора так, чтобы фронт потока материала формировался сразу.

14. Повысьте температуру формы, чтобы предотвратить быстрое затвердевание материала.

Факторы, влияющие на появление следов расплава, и меры по улучшению их устранения 

Поскольку следы расплава оказывают большое влияние на качество пластмассовых деталей, было проведено много исследований, посвященных механизму их образования и оценке эффективности, а также предложены различные решения. 

a. Влияние температуры 

Повышение температуры позволяет ускорить процесс релаксации полимера и сократить время запутывания молекулярных цепочек, что способствует полному слиянию, диффузии и запутыванию молекул в передней части материала, тем самым повышая прочность рубцовой зоны сварного соединения.

Доказано, что повышение температуры расплава способствует уменьшению глубины V-образных вырезов на поверхности пластиковых деталей, а глубина V-образных вырезов уменьшается с 7 мкм до 3 мкм при повышении температуры расплава с 220℃ до 250℃. 

The effect of temperature on the tensile capacity of melt marks of PA66 injection molded products containing 33% glass fiber reinforcement was studied and found that: the tensile strength of specimens with and without melt marks increased with the increase of melt temperature.

Влияние изменения температуры на прочность на разрыв сварных швов не является линейным, и прочность на разрыв сварных швов значительно изменяется с повышением температуры, когда температура относительно низкая (например, 70℃); 

Однако при повышении температуры до определенного уровня это изменение становится относительно плавным.

Аналогичные выводы были получены для экспериментов с PA66 (армированным стекловолокном 35%) с использованием ABS. 

Using simulations it was found that mold temperature and melt temperature of the injection molding machine did not have the same effect on the strength of weld marks formed by different materials.

Используя комбинацию экспериментов и моделирования, было установлено, что среди параметров процесса литья под давлением температура расплава оказывает наибольшее влияние на прочность сварных швов деталей из АБС-пластика. 

b. Влияние давления впрыска и давления удержания

Injection pressure is an important factor in the filling and molding of plastic melt. Its role is to overcome the resistance of plastic melt when it flows in the barrel, nozzle, pouring system, and cavity, to give the plastic melt sufficient filling speed, and to be able to compact the melt to ensure the quality of injection molded products.

Увеличение давления впрыска помогает преодолеть сопротивление проточного канала и передать давление на фронт расплава, так что расплав может сплавиться в месте сварки под высоким давлением и увеличить плотность в месте сварки, что позволяет повысить прочность сварного шва.

Увеличение давления прижима не только обеспечивает большую кинетическую энергию для движения молекулярной цепи расплава, но и способствует взаимному сцеплению двух нитей расплава, что увеличивает плотность зоны сварного шва и прочность сварного шва. 

c. Влияние скорости впрыска и времени впрыска

Увеличение скорости впрыска и сокращение времени впрыска уменьшает время течения до сближения фронтов расплава, снижает теплопотери и усиливает выделение тепла при сдвиге, благодаря чему вязкость расплава уменьшается, а текучесть увеличивается, что повышает прочность сварных швов.

Прочность сварных швов очень чувствительна к времени впрыска и будет увеличиваться по мере уменьшения времени впрыска.

Однако скорость впрыска слишком велика, и легко возникает турбулентность (разрыв расплава), что серьезно влияет на качество пластиковых деталей. 

В общем, линия сварки литьё под давлением следует проводить при низком давлении и низкой скорости, а затем скорость литья пластмассы под давлением следует регулировать в зависимости от формы отформованной детали.

На практике, чтобы сократить производственный цикл и избежать турбулентности, чаще всего используется средняя или высокая скорость впрыска. 

Скорость впрыска влияет на течение расплава в полости, а также на давление и температуру расплава в полости и на характеристики изделия.

Скорость впрыска велика, скорость потока расплава через систему литья в форму и полость также велика, чем сильнее материал сдвигается, тем больше тепла трения, температура повышается, вязкость уменьшается, процесс обработки материала также продлевается, давление в полости также увеличивается, прочность следов сварки изделия также увеличивается. 

Кроме того, если равномерная толщина стенок деталей слишком различна, поток жидкости через литьевая форма полости, когда сопротивление различно, сопротивление у толстой стенки мало, скорость потока быстрая, а сопротивление у тонкой стенки большое, скорость потока медленная.

Из-за этой разницы в скорости потока, так что расплав с разных толщин стенок, с разными скоростями потока сходится, и в конце концов при схождении образуются следы сварки.