Какие факторы влияют на коробление изделий, изготовленных литьём под давлением?

Коробление¹ изделий, изготовленных литьём под давлением, зависит от различных факторов, влияющих на итоговое качество и функциональные характеристики продукции.

На коробление главным образом влияют конструкция пресс-формы, выбор материала, скорость охлаждения² и условия процесса литья под давлением. Контроль этих факторов уменьшает дефекты и повышает геометрическую точность деталей. При сравнении поставщиков новой оснастки используйте наше руководство по выбору поставщика литья под давлением, чтобы ещё до утверждения предложения узнать о мерах предотвращения коробления.

Понимание ключевых факторов, влияющих на коробление, необходимо для производства высококачественных литьевых изделий. Углубитесь в каждый аспект, чтобы повысить стабильность и производительность продукции.

Как влияет структура пресс-формы на деформацию изделий, полученных литьем под давлением?

Конструкция пресс-формы влияет на коробление при литье под давлением, определяя скорость охлаждения и течение материала. Стабильная литьевая пресс-форма контролирует положение литника, каналы охлаждения, расположение выталкивателей и жёсткость полости, благодаря чему деталь усаживается равномерно и не скручивается после извлечения.

Конструкция пресс-формы влияет на коробление при литье под давлением, воздействуя на скорость охлаждения и поток материала. Ключевыми факторами являются конструкция пресс-формы, расположение затворов и размещение каналов охлаждения. Правильная конструкция минимизирует коробление, повышая стабильность размеров, что очень важно для автомобильной и электронной промышленности.

Большая скорость усадки

Разные пластики имеют различную усадку. Материалы с высокой усадкой значительно меняют объем при охлаждении после литья под давлением и легко подвергаются короблению. Например, кристаллические пластики существенно сокращаются в объеме при кристаллизации и более склонны к короблению, чем аморфные пластики.

Система контроля

Положение, форма и количество литников в пресс-форме для литья под давлением влияют на состояние наполнения пластика в полости пресс-формы, что приводит к деформации пластиковой детали.

Чем больше расстояние между потоками, тем больше внутреннее напряжение, вызванное течением и усадкой между застывшим слоем и центральным слоем потока; и наоборот, чем меньше расстояние между потоками, тем меньше время течения от ворот до конца потока детали, тем тоньше застывший слой в процессе заполнения формы, тем меньше внутреннее напряжение, и в результате деформация искривления значительно уменьшается.

Количество, форма и расположение литников в пресс-форме влияют на то, как пластик заполняет полость формы, что может привести к деформации пластиковой детали. Чем больше длина потока, тем больше внутреннее напряжение, возникающее при течении и усадке между застывшим слоем и центром потока; и наоборот, чем меньше длина потока, тем меньше времени требуется пластику для прохождения от затвора до конца детали, тем тоньше застывший слой в процессе заполнения, тем меньше внутреннее напряжение, и в результате коробление значительно уменьшается.

Кроме того, использование большего количества литников позволяет сократить коэффициент расхода пластика (L/t), что делает плотность расплава в полости пресс-формы более равномерной, а усадку - более равномерной. Это также позволяет заполнить всю деталь при более низком давлении впрыска.

Система охлаждения

Когда вы впрыскиваете пластик, деталь остывает неравномерно, что приводит к ее неравномерной усадке.

Если разница температур между полостями пресс-формы и стержнями, используемыми для литья под давлением деталей плоской формы (например, корпусов аккумуляторов сотовых телефонов), слишком велика, расплав вблизи холодной поверхности полости пресс-формы быстро остывает, а вблизи горячей поверхности полости слой материала продолжает сжиматься, и неравномерное сжатие приводит к деформации детали.

Поэтому при охлаждении пресс-формы необходимо контролировать температуру на каждом этапе процесса литья под давлением между полостью и сердечником; разница температур между ними не должна быть слишком большой. Для стабилизации теплоотвода можно использовать двухконтурный термостат пресс-формы.

Помимо баланса температур внутренней и наружной поверхностей пластиковой детали, необходимо обеспечить одинаковую температуру со всех ее сторон. Для этого охлаждение формы должно поддерживать температурный баланс полости и сердечника по всей поверхности, обеспечивая равномерную скорость охлаждения и усадку детали, что эффективно предотвращает деформацию.

Необоснованное расположение и количество ворот

Затвор - это место, через которое расплав пластика попадает в пресс-форму, и от того, где и сколько затворов у вас есть, зависит, как будет протекать и заполняться расплав. Если вы установите литник не в том месте, расплав может неравномерно поступать в пресс-форму, и тогда разные части литьевой детали будут иметь разную плотность и усадку, что приведет к деформации детали. Если у вас недостаточно литников, расплав может неравномерно заполнить всю полость, что также приведет к деформации детали.

Иррациональная структура пресс-формы

Конструкция пресс-формы также влияет на степень деформации литьевых деталей. Например, если разжимной механизм пресс-формы плохо продуман, он может оказывать неравномерное давление на литьевую деталь при ее извлечении из формы, вызывая коробление.

Кроме того, если пресс-форма недостаточно жесткая, расплавленный под высоким давлением пластик может деформировать ее в процессе впрыска, что косвенно может привести к деформации литых под давлением деталей. Характеристики материала

Необоснованная конструкция выталкивающей системы пресс-формы

Конструкция системы выталкивания также напрямую влияет на деформацию отлитой детали. Несбалансированное расположение толкателей создает неравномерное усилие и деформирует изделие. Поэтому при проектировании системы выталкивания следует уравновешивать усилия с сопротивлением извлечению.

Кроме того, площадь поперечного сечения выталкивающего стержня не должна быть слишком маленькой, так как в этом случае на пластиковую деталь будет оказываться слишком большое давление на единицу площади (особенно если температура распалубки слишком высока) и она будет деформироваться. Выталкивающий стержень должен располагаться как можно ближе к детали, которую трудно расплавить.

Если это не влияет на качество пластиковой детали (включая ее использование, размер и внешний вид), следует добавить верхний стержень, чтобы уменьшить общую деформацию пластиковой детали (именно поэтому верхний стержень находится на вершине формы).

Какое влияние оказывают наполнители и кристаллические пластмассы на деформацию и коробление изделий?

Характер заполнения и кристаллические пластики — основные факторы коробления. Неравномерное заполнение меняет ориентацию потока, скорость охлаждения и баланс усадки. Если расплав заполняет деталь неравномерно или смола кристаллизуется с разной скоростью на разных участках, одна зона сжимается сильнее другой, и после извлечения изделие изгибается.

Наполнители и кристаллические пластмассы влияют на коробление, изменяя скорость теплового расширения и усадки при охлаждении. Правильный выбор материала и корректировка конструкции необходимы для поддержания стабильности размеров изделия.

Стадия заполнения

Расплавленный пластик впрыскивается в пресс-форму под давлением и охлаждается в ней до затвердевания. Это важнейший этап литья под давлением. В ходе этого процесса температура, давление и скорость взаимосвязаны и существенно влияют на качество детали и производительность.

Увеличение давления и скорости потока приводит к увеличению скорости сдвига, что вызывает разницу между молекулярной ориентацией параллельно направлению потока и перпендикулярно направлению потока, а также “эффект замораживания”. Эффект замораживания” приводит к возникновению замораживающих напряжений, которые формируют внутренние напряжения в формованной детали.

Температура влияет на коробление следующим образом: разность температур верхней и нижней поверхностей пластиковой детали вызывает термические напряжения и деформацию; разность температур между зонами вызывает неравномерную усадку; различные температурные состояния изменяют величину усадки детали.

Кристаллические пластики

Кристаллические смолы (такие как параформальдегидные, нейлоновые, полипропиленовые, полиэтиленовые и ПЭТ смолы) обычно деформируются сильнее, чем некристаллические смолы (такие как ПММА смолы, полиэтилен, полистирол, АБС смолы, AS смолы и т.д.) с большой усадкой. Они также деформируются сильнее из-за направленности волокон в смолах, армированных стекловолокном.

Большинство деформаций возникает из-за узкого диапазона температур плавления, поэтому устранить их сложно. Степень кристалличности кристаллических пластиков зависит от скорости охлаждения. При быстром охлаждении кристалличность и усадка при формовании уменьшаются. При медленном охлаждении кристалличность и усадка при формовании увеличиваются. Это свойство используют для устранения деформаций кристаллических пластиков.

На практике используется метод коррекции, при котором подвижная и неподвижная формы имеют определенную разницу температур. Нужно взять температуру, при которой на другой стороне деформации возникает напряжение, и тогда можно исправить деформацию. Иногда эта разница температур достигает 20°C и более, но она должна быть очень равномерной.

Следует отметить, что при проектировании кристаллических пластиковых формовочных деталей и пресс-форм, например, не следует заранее принимать специальные средства для предотвращения деформации, детали будут деформированы и не могут быть использованы, только для того, чтобы условия формовки соответствовали вышеуказанным требованиям, в большинстве случаев все равно не удается исправить деформацию.

Как влияют стадия распалубки и усадка отформованной детали на деформацию деформации?

Стадия распалубки и усадка значительно влияют на деформацию деформации в формованных деталях, что сказывается на стабильности их размеров и эксплуатационных характеристиках.

Деформация деформации возникает в результате неравномерной усадки во время охлаждения и распалубки. Управление температурой пресс-формы и скоростью охлаждения позволяет минимизировать коробление, обеспечивая лучшее качество и точность деталей.

Стадия распалубки

Когда вы вынимаете деталь из формы и даете ей остыть до комнатной температуры, это в основном стеклообразный полимер. Если вы не вынете деталь из формы правильно, или если вы не вынете ее из формы правильно, вы можете деформировать деталь.

В то же время, когда деталь заполняет форму и остывает, напряжение, “замороженное” в детали, высвобождается в виде “деформации”, поскольку оно больше не удерживается на месте, что и вызывает коробление и деформацию.

Усадка изделий, изготовленных методом литья под давлением

Основная причина коробления литьевых изделий — неравномерная усадка отформованных деталей. Если на этапе проектирования пресс-формы не учесть усадку в процессе заполнения, форма изделия будет существенно отличаться от проектных требований, а сильная деформация приведёт к браку изделия (то есть к проблеме усадки).

Помимо стадии заполнения, разница температур между верхней и нижней стенками пресс-формы также вызывает разницу в усадке верхней и нижней поверхностей формованной детали, что приводит к деформации.

При анализе коробления важна не сама усадка, а разница в усадке. В процессе литья под давлением расплавленный пластик в форме заполняется, и молекулы полимера выравниваются по направлению потока. Это приводит к тому, что пластик сжимается больше в направлении потока, чем в вертикальном направлении, что приводит к деформации деталей (также известной как анизотропия).

Обычно равномерная усадка влияет только на объем пластмассовых деталей; коробление вызывает лишь неравномерная усадка. У кристаллического пластика усадка в направлении течения и в поперечном направлении больше, чем у аморфного пластика, и общий коэффициент усадки также выше.

Как остаточные тепловые напряжения и деформация при формовке влияют на коробление изделий?

Остаточное тепловое напряжение и деформация при формовке значительно влияют на коробление формованных изделий, что сказывается на точности их размеров и эксплуатационных характеристиках.

Остаточное тепловое напряжение и деформация при формовке приводят к короблению формованных изделий, что влияет на стабильность формы. Правильное управление ими имеет решающее значение для обеспечения точного соответствия геометрии в автомобильной и электронной промышленности.

Остаточное тепловое напряжение

При формовании расплава пластмассы неравномерная ориентация и усадка расплава вызывают неравномерное внутреннее напряжение, поэтому после выхода изделия из формы оно будет деформироваться под действием неравномерного внутреннего напряжения.

Внутренние напряжения и коробление анализируют механически. Некоторые источники считают коробление следствием остаточного напряжения от неравномерной усадки.

На этапе охлаждения литья под давлением, когда температура выше температуры стеклования, пластик становится вязкоупругой жидкостью и испытывает релаксацию напряжения. Когда температура ниже температуры стеклования, пластик становится твердым.

Пластичность фазового перехода жидкость-твердое тело и релаксация напряжений при охлаждении оказывают существенное влияние на точное прогнозирование остаточных напряжений и деформации изделия. Пластичность фазового перехода жидкость-твердое тело и релаксация напряжений при охлаждении.

В неотвержденной области пластик ведет себя как густая жидкость, которую мы описываем с помощью модели густой жидкости. В отвержденной области пластик ведет себя как густая жидкость и пружина, что мы описываем моделью пружины и густой жидкости. Мы используем модель пружины и густой жидкости и компьютерную программу для прогнозирования тепловых напряжений и деформации.

Деформация при формовке

Деформация от формовочных напряжений в основном обусловлена направленной разницей усадки при литье и изменением толщины стенки.

Поэтому повышение температуры пресс-формы, повышение температуры расплава, снижение давления впрыска и улучшение условий течения в системе заливки могут уменьшить разницу в направлении усадки. Однако в большинстве случаев трудно устранить проблему, изменив только условия формования, и тогда приходится менять расположение и количество литников, например, впрыскивать с одного конца при формовании длинного стержня.

Иногда приходится изменять конфигурацию охлаждающей магистрали; длинные листовые детали более склонны к деформации, а иногда приходится изменять местную конструкцию детали, чтобы установить усиливающие стержни на задней части перевернутой стороны. Использование охлаждающих присадок для исправления этой деформации в основном эффективно. Если исправить ее не удается, приходится вносить изменения в конструкцию пресс-формы.

Какое влияние оказывают факторы процесса литья под давлением на деформацию изделия?

Настройки процесса напрямую влияют на коробление. Температура пресс-формы, температура расплава, скорость впрыска, давление и время выдержки, а также время охлаждения изменяют историю давления, баланс охлаждения, молекулярную ориентацию и конечную усадку.

Ключевыми факторами, влияющими на коробление изделий при литье под давлением, являются температура пресс-формы, скорость впрыска и время охлаждения. Регулировка этих параметров оптимизирует поток материала и минимизирует деформацию в автомобильной, электронной и упаковочной продукции, повышая ее качество и функциональность.

Неправильное давление впрыска и время выдержки

Если давление впрыска слишком высокое, в отформованной детали возникают значительные остаточные напряжения, высвобождение которых после извлечения из пресс-формы вызывает коробление и деформацию.

Если время выдержки слишком долгое или слишком короткое, это также влияет на качество продукта. Если время выдержки слишком велико, впрыскиваемая деталь будет слишком уплотнена, и после распалубки она легко отскочит и деформируется; если время выдержки слишком мало, изделие не будет иметь достаточной усадки, и оно деформируется из-за неравномерной усадки.

Слишком высокая скорость впрыска

Если скорость впрыска слишком высока, поток расплавленного пластика в форме будет нестабильным, что приведет к неравномерному заполнению, а после охлаждения произойдет различная степень усадки, что приведет к короблению и деформации.

Коробление изделий, изготовленных литьём под давлением, главным образом зависит от конструкции пресс-формы, свойств материала, равномерности охлаждения, системы выталкивания, заполнения и усадки. Нерациональная конструкция, например неверное положение или число литников, вызывает неравномерное течение расплава, различия плотности и коробление. Эти проверки нужно включать в график проекта, а не откладывать до получения образцов, поскольку они могут изменить реальный срок производства методом литья под давлением.

Материалы с высокой усадкой (например, кристаллические пластмассы) склонны к короблению из-за неравномерной усадки при охлаждении. Неравномерное охлаждение и разница температур в пресс-форме могут вызвать концентрацию напряжений и увеличить риск коробления. Непродуманная система выталкивания может вызвать неравномерное усилие, что еще больше повлияет на стабильность формы.

Кроме того, температура, давление и скорость потока на стадии заполнения влияют на ориентацию молекул, вызывая внутренние напряжения и коробление. Подробный обзор см. в нашем Полном руководстве по литью под давлением.

Каков итоговый вывод о факторах коробления при литье под давлением?

Часто задаваемые вопросы

Что вызывает коробление изделий, изготовленных литьём под давлением?

Коробление вызвано неравномерной усадкой, которая обычно возникает из-за комбинации конструкции формы, поведения материала, дисбаланса охлаждения, расположения литника и настроек процесса. Один фактор редко объясняет весь дефект. В производстве мы сначала сравниваем толщину стенки, положение литника, схему охлаждения, коэффициент усадки смолы и следы извлечения, прежде чем менять параметры. Если вы только настраиваете давление впрыска, не проверяя охлаждение или структуру формы, вы можете скрыть симптом на одном испытании и увидеть возврат деформации в массовом производстве. Требуйте доказательств на образцах до начала изготовления формы.

Как скорости охлаждения влияют на коробление при литье под давлением?

Скорости охлаждения влияют на коробление, потому что области пластика, охлаждающиеся с разной скоростью, усаживаются на разную величину. Толстое ребро, бобышка или угол остаются горячими дольше, чем тонкая стенка, поэтому они продолжают усаживаться после того, как внешний слой уже затвердел. Это несоответствие вытягивает деталь из формы. Сбалансированные каналы охлаждения, правильный контроль температуры формы и равномерная толщина стенки обычно более эффективны, чем просто увеличение времени охлаждения. Более длительное охлаждение может помочь, но не исправит плохо сбалансированную форму.

Может ли выбор материала самостоятельно решить проблему коробления?

Выбор материала может снизить риск коробления, но не может решить проблему самостоятельно. Кристаллические пластики, смолы с высокой усадкой и марки, наполненные стеклом, ведут себя по-разному, поэтому выбор смолы важен. Однако тот же материал все равно может покоробиться, если литник неправильный, толщина стенки резко меняется, охлаждение формы неравномерно или деталь извлекается под напряжением. Рассматривайте материал как часть плана управления, а не как волшебное исправление после того, как форма уже неправильна. Требуйте доказательств на образцах до начала изготовления формы.

Как конструкция формы может снизить коробление до начала производства?

Конструкция формы снижает коробление, контролируя то, как пластик заполняет, уплотняется, охлаждается и извлекается. Лучшая профилактика происходит до изготовления формы: используйте сбалансированные литники, избегайте чрезмерной длины потока, размещайте охлаждение рядом с толстыми зонами, поддерживайте деталь во время извлечения и избегайте резких изменений толщины стенки. Для плоских или длинных деталей моделирование и анализ DFM стоят времени, потому что они выявляют задержки потока и дисбаланс охлаждения до изготовления образцов. Исправление коробления после изготовления формы обычно медленнее и дороже. Требуйте доказательств на образцах до начала изготовления формы.

Почему извлечение иногда создает деформацию?

Извлечение создает деформацию, когда деталь еще слишком горячая, компоновка выталкивателей несбалансирована или деталь прилипает к полости и отделяется неравномерно. Пластик может выглядеть твердым, но остаточные напряжения все еще могут быть внутри. Если толкатели давят слишком сильно на небольшую область, деталь изгибается или скручивается при выходе из формы. Хорошее управление извлечением использует правильный угол уклона, гладкую полировку, сбалансированные выталкиватели, стабильную температуру формы и достаточное время охлаждения, чтобы деталь могла поддерживать себя.

Что покупатели должны спрашивать у поставщиков о короблении до заказа формы?

Покупатели должны спрашивать у поставщика, как он предотвратит коробление до изготовления формы, а не только как будет исправлять его после испытаний. Запрашивайте комментарии по DFM относительно толщины стенки, расположения литника, схемы охлаждения, усадки смолы, ожидаемого риска потери плоскостности и метода контроля. Для критических деталей запрашивайте анализ течения расплава или четкий план отбора образцов. Серьезный поставщик литья под давлением должен объяснить вероятные коренные причины и компромиссы простым языком до предложения цены на производственную оснастку. Требуйте доказательств на образцах до начала изготовления формы.

Нужно коммерческое предложение для вашего проекта литья под давлением?

Получите конкурентную цену, рекомендации DFM и график производства от инженерной команды ZetarMold.

Запросить бесплатное предложение →