Введение: Литье под давлением - это распространенный производственный процесс, при котором пластиковый материал впрыскивается в форму, затем материал деформируется и окончательно формируется путем нагрева и охлаждения. Однако в процессе литья под давлением иногда происходит деформация, которая влияет на качество и эффективность производства продукта. Существует множество причин деформации, и зачастую трудно решить эту проблему, полагаясь только на параметры процесса.

Сочетая соответствующую информацию и реальный опыт работы, ниже приводится анализ причин и решений для деформации пластика литьё под давлением деформация.

Что такое деформация?

Это означает, что форма литого изделия отличается от формы полости пресс-формы, что является одним из распространенных дефектов пластмассовых изделий.

Причины деформации при литье под давлением

Существует множество причин коробления при литье под давлением, некоторые из них являются общими:

Структура пресс-формы

Что касается пресс-форм, то факторы, влияющие на деформацию пластиковых деталей, в основном включают систему заливки, систему охлаждения и систему выталкивания.

Система контроля

Положение, форма и количество литников литьевой формы влияют на заполнение пластиком полости формы, что может привести к деформации пластиковой детали.

Чем больше расстояние между потоками, тем больше внутреннее напряжение, вызванное компенсацией течения и усадки между застывшим слоем и центральным слоем потока.

И наоборот, чем меньше расстояние между потоками, тем меньше время потока от ворот до конца потока детали, тем меньше толщина застывшего слоя во время заполнения формы, тем меньше внутреннее напряжение, и деформация перекоса значительно уменьшается.

Для некоторых плоских пластиковых деталей, если используется только один центральный затвор, пластиковые детали будут деформироваться после формования, поскольку скорость усадки в диаметральном направлении больше, чем скорость усадки в окружном направлении. Если вместо него использовать несколько точечных или пленочных затворов, можно эффективно предотвратить деформацию.

При использовании краевых затворов для формовки расположение и количество затворов также оказывает большое влияние на степень деформации пластиковой детали, поскольку усадка пластика не одинакова во всех направлениях.

Кроме того, использование нескольких затворов позволяет сократить коэффициент расхода пластика (L/t), что делает плотность расплава в полости пресс-формы более равномерной, а усадку - более равномерной. В то же время, вся пластиковая деталь может быть заполнена при более низком давлении впрыска. Более низкое давление впрыска может уменьшить тенденцию пластика к ориентации молекул или волокон и снизить его внутреннее напряжение, что уменьшает деформацию пластиковой детали.

Система охлаждения

Когда вы впрыскиваете пластик, деталь охлаждается неравномерно. Это приводит к неравномерной усадке детали. Неравномерная усадка заставляет деталь изгибаться. В результате изгиба деталь деформируется.

Если разница температур между полостью формы и стержнем, используемым в литьё под давлением плоских пластиковых деталей (например, корпусов аккумуляторов мобильных телефонов) слишком велика, расплав вблизи поверхности холодной полости пресс-формы будет быстро остывать, в то время как слой материала вблизи поверхности горячей полости пресс-формы будет продолжать сжиматься. Неравномерная усадка приведет к короблению пластика.

Поэтому при охлаждении литьевой формы следует обращать внимание на то, чтобы температура полости и сердцевины стремилась к равновесию, а разница температур между ними не была слишком большой (в это время можно рассматривать два регулятора температуры литьевой формы).

Когда вы думаете о температурном балансе внутри и снаружи пластиковой детали, вам также нужно подумать о температурном балансе каждой стороны пластиковой детали. То есть, когда пресс-форма охлаждается, вы должны стараться поддерживать температуру полости и сердцевины как можно более одинаковой. Таким образом, каждая часть пластиковой детали остывает с одинаковой скоростью, поэтому каждая часть сжимается с одинаковой скоростью, и вы не получаете никаких деформаций.

Поэтому необходимо убедиться, что температура полости и сердцевины одинакова. Расположение отверстий для охлаждающей воды на пресс-форме очень важно. После определения расстояния от стенки трубки до поверхности полости расстояние между отверстиями для охлаждающей воды должно быть как можно меньше, чтобы обеспечить равномерную температуру стенок полости.

Кроме того, поскольку температура охлаждающей среды повышается с увеличением длины канала охлаждающей воды, вдоль канала воды будет наблюдаться разница температур между полостью пресс-формы и сердцевиной. Поэтому длина каждого водяного канала контура охлаждения должна быть менее 2 метров.

Для больших пресс-форм следует установить несколько контуров охлаждения, причем вход одного контура должен находиться рядом с выходом другого. Для длинных пластиковых деталей следует использовать прямолинейные водяные каналы. (В большинстве наших пресс-форм используются S-образные контуры - они не способствуют циркуляции, но при этом удлиняют цикл).

Система эжекторов

Конструкция системы выталкивания также напрямую влияет на деформацию пластиковых деталей. Если система выталкивателей несбалансирована, это приведет к дисбалансу выталкивающей силы и деформации пластиковой детали.

Поэтому при проектировании системы выталкивателей необходимо стремиться к балансу с сопротивлением распалубке. Кроме того, площадь поперечного сечения выталкивающего стержня не должна быть слишком маленькой, чтобы предотвратить деформацию пластиковой детали из-за чрезмерного усилия на единицу площади (особенно при слишком высокой температуре распалубки).

Стержень выталкивателя должен располагаться как можно ближе к детали, оказывающей наибольшее сопротивление при извлечении из формы. Без ущерба для качества пластиковых деталей (включая их использование, точность размеров, внешний вид и т. д.) следует использовать как можно больше выталкивающих штифтов, чтобы уменьшить общую деформацию пластиковых деталей (именно поэтому выталкивающие штифты заменяются выталкивающими блоками).

При использовании мягких пластиков (например, TPU) для изготовления тонкостенных пластиковых деталей с глубокой полостью, из-за большого сопротивления распалубке и мягкости материала, если использовать только один метод механического выталкивания, пластиковые детали будут деформированы, даже пробиты или сложены, и пластиковые детали будут отбракованы. Если использовать комбинацию из нескольких компонентов или давления газа (жидкости) и механического выталкивания, эффект будет лучше (будет использован позже).

Стадия пластификации

Стадия пластификации - это когда стеклообразные частицы превращаются в липкий расплав (мы говорили о трех состояниях пластификации сырья на тренинге). На этой стадии разница температур полимера в осевом и радиальном направлениях (относительно шнека) приводит к напряжению пластика; кроме того, давление впрыска, скорость и другие параметры инжекционной машины сильно влияют на то, как выстраиваются молекулы при заполнении формы, что приводит к короблению.

Стадия наполнения и охлаждения

Расплавленный пластик впрыскивается в форму под давлением, охлаждается и застывает в форме. Этот процесс является ключевым этапом литьё под давлением. В этом процессе температура, давление и скорость взаимосвязаны и оказывают большое влияние на качество и эффективность производства пластиковых деталей.

Более высокое давление и скорость потока приводят к высокой скорости сдвига, что вызывает различия в молекулярной ориентации параллельно и перпендикулярно направлению потока и создает "эффект замораживания". Эффект замораживания" приводит к возникновению напряжения при замораживании и формированию внутреннего напряжения в пластиковых деталях.

Температура влияет на коробление следующим образом:

Разница температур между верхней и нижней поверхностями пластиковой детали вызывает тепловое напряжение и деформацию. Разница температур между различными участками пластиковой детали вызывает неравномерную усадку. Различные температурные условия влияют на наполнитель или армирующее волокно.

Усадка изделий, изготовленных методом литья под давлением

Основная причина деформации изделий, изготовленных методом литья под давлением, заключается в неравномерной усадке пластиковых деталей. Если эффект усадки в процессе заполнения не учитывается на этапе проектирования пресс-формы, фактическая форма изделия будет сильно отличаться от проектных требований, а сильная деформация приведет к отбраковке изделия (это и есть проблема скорости усадки).

Помимо деформации при заливке, разница температур между верхней и нижней стенками пресс-формы также вызывает разницу в усадке между верхней и нижней поверхностями пластиковой детали, что приводит к короблению. Для анализа коробления сама усадка не важна, но важна разница, создающая внутренние напряжения при усадке.

Когда вы изготавливаете пластиковые детали методом литья под давлением, молекулы пластика выстраиваются в направлении, в котором он течет. Это заставляет пластик сильнее сжиматься в направлении течения, чем в направлении вверх и вниз. В результате пластиковые детали деформируются (это называется анизотропией).

Обычно равномерная усадка приводит только к изменению объема пластиковых деталей, и только неравномерная усадка может вызвать коробление. Разница между скоростями усадки кристаллических материалов в направлении потока и в вертикальном направлении больше, чем у некристаллических пластмасс, и скорость их усадки также больше, чем у некристаллических пластмасс.

Большая усадка кристаллических пластмасс и их анизотропия усадки накладываются друг на друга, в результате чего тенденция к деформации деталей из кристаллических пластмасс намного больше, чем из некристаллических.

Остаточное тепловое напряжение

Когда вы делаете вещи с литьё под давлениемТепло, выделяемое в процессе, может привести к деформации материала. Это плохо, потому что делает материал некачественным. Тепло может деформировать материал по-разному, но об этом я сейчас говорить не буду.

Меры по улучшению деформации деталей, изготовленных методом литья под давлением

Влияние конструкции пресс-формы

Когда речь заходит о конструкции пресс-формы, на то, как деформируются пластиковые детали, в основном влияют система заливки, система охлаждения, система выталкивания и так далее.

Система контроля

a) Положение, форма и количество литников литьевой формы влияют на то, как пластик заполняет полость формы, что может привести к деформации пластиковой детали. Чем больше расстояние, на которое должен протекать пластик, тем большее напряжение он создает внутри детали по мере того, как протекает и сжимается между застывшим слоем и центральным слоем потока.

С другой стороны, чем меньше расстояние, которое пластик проходит от литника до конца детали, тем тоньше застывший слой во время заполнения формы, тем меньше напряжение внутри детали и тем меньше она деформируется.

б) Для некоторых плоских пластиковых деталей, если использовать только один центральный затвор, скорость усадки в диаметральном направлении будет больше, чем скорость усадки в окружном направлении, и пластиковые детали будут деформироваться после формовки. Если вместо него использовать несколько точечных или пленочных затворов, можно эффективно предотвратить коробление.

c) Для длинных пластиковых деталей в форме полосы затвор располагается на конце, и расплавленный материал течет вдоль направления длины, что позволяет уменьшить деформацию, вызванную конструкцией затвора в середине.

г) При использовании точечных затворов для формования, из-за анизотропии усадки пластика, расположение и количество затворов оказывают большое влияние на степень деформации пластиковой детали. Кроме того, использование нескольких затворов может уменьшить коэффициент текучести (L/t) пластика, благодаря чему плотность расплава в полости формы становится более равномерной, а усадка - более равномерной.

д) Для изделий кольцевой формы округлость конечного продукта также зависит от различных форм затвора, и он может быть заполнен при меньшем давлении впрыска. Меньшее давление в полости впрыска может уменьшить тенденцию молекулярной ориентации пластика, снизить его внутреннее напряжение и, таким образом, уменьшить деформацию пластиковой детали.

Система охлаждения

a) Если характеристики плавления и охлаждения литьевой детали неравномерны, пластиковая деталь будет усаживаться неравномерно. Эта разница в усадке создает изгибающий момент и вызывает деформацию пластиковой детали.

Если разница температур между полостью формы и стержнем, используемым для литья под давлением плоских пластиковых деталей (например, корпусов аккумуляторов мобильных телефонов), слишком велика, расплав у холодной поверхности полости формы будет быстро остывать, в то время как материал у горячей поверхности полости формы будет продолжать сжиматься.

Такая неравномерная усадка приведет к деформации пластиковой детали. Поэтому при охлаждении литьевой формы обратите внимание на то, чтобы температура полости и сердцевины была сбалансирована, а разница температур между ними не должна быть слишком большой (в это время вы можете рассмотреть возможность использования двух регуляторов температуры литьевой формы).

б) Температура с обеих сторон литьевой детали должна быть одинаковой. Когда пресс-форма остывает, температура полости и сердцевины должна быть по возможности одинаковой. Таким образом, пластиковая деталь остывает везде с одинаковой скоростью, поэтому она равномерно сжимается и не деформируется.

c) Расположение отверстий для охлаждающей воды на пресс-форме имеет решающее значение. Сюда входят диаметр отверстий для охлаждающей воды, расстояние между отверстиями b, расстояние от стенки трубки до поверхности полости и толщина стенки изделия.

После определения расстояния от стенки трубы до поверхности полости расстояние между отверстиями для охлаждающей воды должно быть как можно меньше, чтобы обеспечить равномерную температуру стенки полости.

г) Что нужно учитывать при выборе диаметра отверстия для охлаждающей воды. Независимо от размера пресс-формы, диаметр отверстия для воды не может быть больше 14 мм, иначе охлаждающей жидкости будет сложно создать турбулентный поток. Как правило, диаметр отверстия для воды определяется в зависимости от средней толщины стенки изделия.

При средней толщине стенки 2 мм диаметр отверстия для воды составляет 8-10 мм; при средней толщине стенки 2-4 мм диаметр отверстия для воды составляет 10-12 мм; при средней толщине стенки 4-6 мм диаметр отверстия для воды составляет 10-14 мм.

e) Поскольку температура охлаждающей среды повышается с увеличением длины канала охлаждающей воды, вдоль канала воды будет наблюдаться разница температур между полостью и сердцевиной пресс-формы. Поэтому длина каждого водяного канала контура охлаждения должна быть менее 2 метров.

f) Для квадратных пластиковых деталей эффект охлаждения усиливается за счет встраивания меди в четыре угла пресс-формы. В четырех углах скапливается тепло, поэтому это улучшает деформацию деталей.

9) В больших пресс-формах следует устанавливать несколько контуров охлаждения, причем вход одного контура должен располагаться рядом с выходом другого. Для длинных пластиковых деталей следует использовать прямоточные водяные каналы.

Система эжекторов

a) Конструкция системы выталкивания также напрямую влияет на деформацию пластиковых деталей. Если система выталкивателей не сбалансирована, выталкивающая сила будет разбалансирована, и деформированный литьевой пластик будет деформирован. Поэтому при проектировании системы выталкивания она должна быть сбалансирована с положительной силой распалубки.

b) Оптимизируйте эффект распалубки (установите выталкивающий штифт в положение ребра/кости), чтобы улучшить изменения, вызванные плохой распалубкой пластиковых деталей.

c) Площадь поперечного сечения выталкивающего стержня не должна быть слишком маленькой, чтобы предотвратить деформацию пластиковых деталей из-за чрезмерного усилия на единицу площади (особенно при высокой температуре распалубки).

d) Расположите выталкивающий стержень как можно ближе к детали, которая оказывает наибольшее сопротивление при извлечении из формы.

e) Установите как можно больше выталкивающих стержней без ущерба для качества пластиковых деталей (включая требования к использованию, точность размеров, внешний вид и т. д.), чтобы уменьшить общую деформацию пластиковых деталей. При необходимости замените выталкивающие стержни выталкивающими блоками.

f) Если вы используете мягкие пластики (например, TPU) для изготовления пластиковых деталей с глубокими полостями, из-за большого сопротивления распалубке и мягких волокон армированного материала, если вы используете только один метод механического выталкивания, пластиковые детали будут деформированы, даже пройдут через них или сложатся, и вам придется их выбросить. Если использовать комбинацию нескольких компонентов или давление воздуха (жидкости) и механическое выталкивание, это будет работать лучше.

9) Для форм с глубокой полостью мы добавляем воздухозаборники в переднюю и заднюю части формы для лучшей деформации при вакуумном всасывании.

Стадия пластификации

Управление многоступенчатым впрыском позволяет разумно настроить давление многоступенчатого впрыска, скорость впрыска, давление выдержки и метод sol в соответствии со структурой бегунка, формой литника и структурой литьевой детали. Это позволяет предотвратить деформацию.

Охлаждение пресс-формы

Пластик остывает с разной скоростью, что приводит к его неравномерной усадке. Эта неравномерная усадка создает изгибающую силу, которая деформирует пластиковую деталь.

Например, при литье под давлением плоских пластиковых деталей, если разница температур между полостью формы и сердцевиной слишком велика, пластик будет быстро остывать у холодной поверхности полости формы, но материал у горячей поверхности полости формы будет продолжать сжиматься.

Такая неравномерная усадка приведет к деформации пластиковой детали. Поэтому при охлаждении литьевой формы необходимо следить за тем, чтобы температура полости и сердцевины была сбалансирована, а разница температур между ними не была слишком большой.

Расположение отверстий для охлаждающей воды на пресс-форме также очень важно. После определения расстояния от стенки трубы до поверхности полости расстояние между отверстиями для охлаждающей воды должно быть как можно меньше, чтобы обеспечить равномерную температуру стенки полости.

В то же время, поскольку температура охлаждающей среды увеличивается с увеличением длины канала охлаждающей воды, полость пресс-формы и сердцевина будут иметь разницу температур вдоль канала воды.

Поэтому длина водяного канала каждого контура охлаждения должна быть менее 2 м. В больших пресс-формах должно быть установлено несколько охлаждающих контуров, а вход одного контура расположен рядом с выходом другого контура.

Для длинных пластиковых деталей следует использовать охлаждающий контур, чтобы уменьшить длину охлаждающего контура, то есть уменьшить разницу температур в пресс-форме, чтобы обеспечить равномерное охлаждение пластиковых деталей.

Усадка изделий

Обычно равномерная усадка влияет только на объем пластика, и только неравномерная усадка вызывает коробление. Разница в усадке между направлением потока и вертикальным направлением кристаллических пластиков больше, чем у некристаллических.

Для многоступенчатого процесса впрыска, выбранного на основе анализа геометрической формы изделия, из-за тонкой стенки и большого отношения длины потока к длине изделия расплав должен быстро проходить через него,

В противном случае он легко охлаждается и застывает, и для этого следует установить высокоскоростное впрыскивание. Однако при высокоскоростном впрыске расплав приобретает большую кинетическую энергию, и когда расплав стекает на дно, он производит большой инерционный удар, что приводит к потере энергии и переливу. В это время необходимо снизить скорость потока расплава, уменьшить давление заполнения.

И поддерживайте так называемое давление удержания, чтобы расплав мог дополнить усадку расплава в полости формы до затвердевания затвора. Это выдвигает требования к скорости и давлению многоступенчатого впрыска в литьё под давлением процесс.

Остаточное тепловое напряжение

При формовке пластик остывает неравномерно, поэтому он сжимается неравномерно. Это означает, что внутри него возникает неравномерное напряжение. Поэтому, когда вы вынимаете его из формы, он деформируется из-за неравномерного напряжения.

Фазовые превращения и релаксация напряжений при переходе пластика из жидкого состояния в твердое на стадии охлаждения. На незатвердевшем участке пластик ведет себя как вязкая жидкость, которая описывается моделью вязкой жидкости. Для отвержденной области пластик ведет себя как вязкоупругий материал, который описывается стандартной линейной моделью твердого тела.

Поэтому производители пресс-форм или разработчики изделий могут использовать модель вязкоупругого фазового превращения и метод двумерных конечных элементов для прогнозирования теплового остаточного напряжения и соответствующего коробления.

Заключение

Конструкция пресс-формы, тип используемого пластика и способ работы литьевой машины - все эти факторы в разной степени влияют на степень деформации деталей. Поэтому, если вы хотите исправить деформированные детали, вы должны подумать обо всех этих вещах.