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

Следы сварки являются важным фактором, влияющим на качество пластиковых деталей. Исследования показали, что: при одинаковых технологических условиях прочность области линии сварки составляет лишь 10-92% от исходного материала, что серьезно влияет на нормальное использование литьевая формаизделия.

Избежать этих и других дефектов литья под давлением можно, используя правильного производителя форм и имея производителя деталей с надлежащим контролем качества для выявления этих дефектов и их устранения.

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

Пластиковые изделия в процессе литья под давлением, обнаруженные при заполнении полости расплавленным пластиком, например, две или более струи расплава в первой части встречи охладились настолько, что не могут полностью интегрироваться, что приведет к образованию следов расплава в месте пересечения канавки.

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:

Одним из них являются следы соединения расплава, образовавшиеся при встрече фронтов расплава, входящих в полость из разных впускных отверстий, называемые холодными следами соединения расплава, когда два или более впускных отверстия используются для уменьшения потока расплава и времени заполнения формы из-за конструктивных особенностей или больших размеров литых деталей.

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. Когда конструкция литьевой формы предусматривает схему питания с несколькими впускными отверстиями, фронты потока расплавленного пластика сходятся друг с другом; в области отверстий и препятствий фронты потока расплава также разделяются на две части; неравномерная толщина стенки также приводит к образованию следов сварки.

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℃. 

Изучено влияние температуры на растяжимость следов расплава изделий из ПА66, армированных 33% стекловолокном, и установлено, что: прочность на растяжение образцов со следами расплава и без них увеличивалась с ростом температуры расплава.

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. 

С помощью моделирования было обнаружено, что температура формы и температура расплава литьевой машины не оказывают одинакового влияния на прочность следов сварки, образованных различными материалами.

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

Давление впрыска является важным фактором при заполнении и формовании расплавленного пластика. Его роль заключается в преодолении сопротивления расплавленного пластика при его течении в цилиндре, сопле, литниковой системе и полости, чтобы придать расплаву достаточную скорость заполнения и обеспечить уплотнение расплава для гарантии качества литых изделий.

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.