Deformace vstřikovaných výrobků
Deformace je jednou z běžných vad při vstřikování plastových dílů s tenkou skořepinou, protože zahrnuje přesnou předpověď deformace deformace a zákony deformace deformace vstřikovaných dílů z různých materiálů a tvarů se velmi liší. Když míra deformace překročí přípustnou chybu, stane se vadou tváření, která následně ovlivňuje montáž produktu.
Přesná předpověď deformace deformací velkého počtu stále tenčích dílů (tloušťka stěny menší než 2 mm) je předpokladem pro efektivní kontrolu deformačních vad. Analýza deformace deformace většinou využívá kvalitativní analýzu a opatření jsou přijímána z podmínek návrhu produktu, konstrukce formy a procesu vstřikování, aby se co nejvíce zabránilo velké deformaci deformací.
Analýza příčin
Plíseň
Poloha, tvar a počet vtoků vstřikovacího otvoru ovlivní stav plnění plastu v dutině formy, což má za následek deformaci plastového dílu.
Čím delší je vzdálenost toku, tím větší je vnitřní napětí způsobené tokem a přívodem mezi zmrzlou vrstvou a střední tokovou vrstvou; naopak, čím kratší je vzdálenost toku, tím kratší je doba toku od vtoku do konce toku součásti a forma při plnění zamrzne Tloušťka vrstvy se ztenčí, sníží se vnitřní pnutí a deformace deformace je také výrazně snížena. Pokud se použije pouze jeden středový uzávěr nebo jeden boční uzávěr, lisovaný plastový díl bude zdeformován, protože míra smrštění ve směru průměru je větší než v obvodovém směru; pokud je místo toho použito více bodových bran, lze účinně zabránit deformaci a deformaci.
Při použití bodového odlévání pro formování má poloha a počet vtoků velký vliv na míru deformace plastových dílů také z důvodu anizotropie plastického smršťování. Protože je použito 30 procent PA6 vyztuženého skelnými vlákny, získaný je velký vstřikovaný díl s hmotností 4,95 kg, takže podél směru proudění okolních stěn je mnoho výztužných žeber, takže každá brána může být plně vyvážena.
Kromě toho může použití více vtoků také zkrátit plastický průtokový poměr (L/t), takže hustota materiálu v dutině formy je rovnoměrnější a smršťování je rovnoměrnější. Zároveň lze pod malým tlakem vstřikování naplnit celý plastový díl. Nižší vstřikovací tlak může snížit tendenci molekulární orientace plastů a snížit jeho vnitřní pnutí, čímž se sníží deformace plastových dílů.
obrázek
Teplota formy: Teplota formy má velký vliv na vnitřní výkon a zdánlivou kvalitu produktu. Teplota formy závisí na přítomnosti nebo nepřítomnosti krystalinity plastu, velikosti a struktuře produktu, požadavcích na výkon a dalších podmínkách procesu (teplota taveniny, rychlost vstřikování a vstřikovací tlak, cyklus formování atd.)
Kontrola tlaku: Tlak v procesu vstřikování zahrnuje plastifikační tlak a vstřikovací tlak a přímo ovlivňuje plastifikaci plastů a kvalitu produktu
Využití experimentálních metod ke studiu deformace plastových výrobků se odráží především ve studiu vlivů materiálových vlastností, geometrie a velikosti výrobku a podmínek procesu vstřikování na deformaci výrobku. Bylo navrženo velké množství experimentů pro zjištění vlivu geometrie vtoku, parametrů balení (přítlak a doba výdrže) a pružnosti formy na konečnou velikost produktu.
Jako polymerní základ byl použit PET a byly studovány charakteristiky deformace různých materiálů a panelů různé tloušťky stěn. Experimentálně byl studován vztah mezi poměrem vyztužení 33 procent skelným vláknem vyztuženým vláknem PA66, anizotropií koeficientu lineární tepelné roztažnosti, tloušťkou produktu a deformací, a poprvé byl navržen koncept indexu deformace. . Byly studovány charakteristiky deformace a vztah mezi indexem deformace, deformací a stavem orientace vláken a vztah mezi výtěžkem a indexem deformace.
Experimentální metoda pro studium deformace deformací je často omezena na konkrétní geometrický tvar, konkrétní materiál a podmínky procesu a nemůže plně zohlednit vliv mnoha faktorů na deformaci deformace a nemůže předvídat možné deformace ve fázi návrhu produktu. Velikost deformace. Při skutečném použití jsou také zřejmá omezení empirického vzorce, která nejsou ovlivněna pouze experimentálními podmínkami, ale souvisí také s mnoha faktory, jako je způsob zpracování experimentálních dat a podmínky aplikace empirického vzorce a empirický vzorec je vhodný pouze pro experimentální podmínky. v blízkosti výrobního procesu.
obrázek
smrštění/zkroucení
Protože deformace deformací souvisí s nerovnoměrným smrštěním, vztah mezi smrštěním a deformací produktu je analyzován studiem smršťovacího chování různých plastů za různých podmínek procesu. Na základě simulace proudění vstřikováním, přidržovacího tlaku a chlazení, prostřednictvím experimentů a metod lineární regrese, je navržen model pro predikci smrštění vstřikovaných výrobků. Na základě predikce smršťování se pomocí programů pro simulaci strukturální analýzy vypočítá deformace výrobků.
Je obtížné získat výrobky s vysokou rozměrovou přesností s materiály s vysokou rychlostí smrštění. Aby se dosáhlo vysoké přesnosti, měly by se co nejvíce používat amorfní pryskyřice a pryskyřice s konzistentním smrštěním ve všech směrech. U mnoha materiálů se smrštění produktu měří za podmínek změny průtoku, přídržného tlaku, doby výdrže, teploty formy, doby plnění, tloušťky produktu a dalších parametrů.
Podle výsledků testu je smrštění produktu rozděleno do tří částí: objemové smrštění, nerovnoměrné smrštění způsobené orientací molekul a nerovnoměrné smrštění způsobené nevyváženým chlazením. Metody predikce smrštění pro objemové smrštění, krystalický obsah, zadržování formy, plastickou orientaci atd. využívají výsledky analýzy proudění a chlazení k predikci napětí při smršťování.
Návrh chladicího systému
Během procesu vstřikování způsobí nerovnoměrná rychlost ochlazování plastového dílu také nerovnoměrné smrštění plastového dílu. Tento rozdíl ve smrštění povede ke vzniku ohybového momentu a deformace plastového dílu.
Pokud je teplotní rozdíl mezi dutinou formy a jádrem použitým při vstřikování plochých plastových dílů příliš velký, tavenina blízko povrchu dutiny studené formy se rychle ochladí, zatímco vrstva materiálu blízko povrchu dutiny horké formy se bude nadále smršťovat, nerovnoměrné smrštění bude deformovat plastový díl. Proto by chlazení vstřikovací formy mělo věnovat pozornost teplotní rovnováze dutiny a jádra a teplotní rozdíl mezi nimi by neměl být příliš velký.
Kromě toho, že teplota na vnitřním a vnějším povrchu plastové části má tendenci být vyvážená, měla by být teplota na každé straně plastové části také považována za konzistentní, to znamená, že když je forma ochlazována, snažte se udržujte teplotu dutiny a jádra po celou dobu stejnoměrnou, aby rychlost chlazení plastové části byla vyvážená, takže smrštění je všude rovnoměrnější a účinně brání deformaci. Proto je uspořádání otvorů pro chladicí vodu na formě velmi důležité. Po určení vzdálenosti od stěny trubky k povrchu dutiny by měla být vzdálenost mezi otvory chladicí vody co nejmenší, aby byla zajištěna rovnoměrná teplota stěny dutiny.
Současně, protože teplota chladicího média roste s rostoucí délkou kanálu chladicí vody, bude mít dutina a jádro formy podél vodního kanálu teplotní rozdíl. Proto je požadováno, aby délka vodního kanálu každého chladicího okruhu byla menší než 2 m. Ve velkých formách by mělo být zřízeno několik chladicích okruhů a vstup jednoho okruhu je umístěn poblíž výstupu druhého okruhu. U dlouhých plastových dílů by měl být použit chladicí okruh pro zkrácení délky chladicího okruhu, to znamená pro snížení teplotního rozdílu formy, aby bylo zajištěno rovnoměrné chlazení plastových dílů.
Konstrukce vyhazovacího systému také přímo ovlivňuje deformaci plastové části. Pokud je rozložení vyhazovacího systému nevyvážené, způsobí to nerovnováhu ve vyhazovací síle a deformuje plastový díl. Při návrhu vyhazovacího systému by se proto měl snažit vyvážit odolnost proti vyjímání z formy.
Kromě toho by plocha průřezu tyče vyhazovače neměla být příliš malá, aby se zabránilo deformaci plastového dílu v důsledku nadměrné síly na jednotku plochy (zejména při příliš vysoké teplotě vyjímání z formy). Vyhazovací kolík by měl být umístěn co nejblíže k dílu s největším odporem při vyjímání. Za předpokladu neovlivnění kvality plastových dílů (včetně požadavků na použití, rozměrové přesnosti a vzhledu atd.) by mělo být instalováno co nejvíce vyhazovacích kolíků, aby se snížila celková deformace plastových dílů.
obrázek
Když se měkký plast používá k výrobě velkých hlubokých dutin a tenkostěnných plastových dílů, v důsledku vysoké odolnosti proti vyjímání z formy a měkkého materiálu, pokud je zcela přijata jediná metoda mechanického vyhazování, budou plastové díly deformovány nebo dokonce protlačeny. Nebo bude plastový díl sešrotován kvůli skládání. Lepší bude použít vícesložkovou kombinaci nebo kombinaci plynového (hydraulického) tlaku a mechanického vyhazování.
Vliv zbytkového tepelného napětí na deformaci a deformaci výrobků
V procesu vstřikování je zbytkové tepelné napětí důležitým faktorem, který způsobuje deformaci a deformaci a má větší vliv na kvalitu vstřikovaných výrobků. Vzhledem k tomu, že vliv zbytkového tepelného napětí na deformaci produktu je velmi složitý, konstruktéři forem jej mohou analyzovat a předvídat pomocí vstřikovacího softwaru CAE.
Při lisovacím procesu taveniny plastu je vlivem nerovnoměrné orientace a smršťování vnitřní pnutí nerovnoměrné, takže po uvolnění výrobku z formy dojde působením nerovnoměrného vnitřního pnutí k jeho deformaci a deformaci. Proto mnoho vědců analyzuje a vypočítává vnitřní napětí a deformaci výrobků z pohledu mechaniky. V některých zahraničních literaturách je deformace považována za způsobenou zbytkovým napětím generovaným nerovnoměrným smrštěním.
Ve fázi chlazení vstřikováním, kdy je teplota vyšší než teplota skelného přechodu, je plast viskoelastickou tekutinou doprovázenou relaxací napětí: když je teplota nižší než teplota skelného přechodu, plast ztuhne. Tento fázový přechod kapalina-pevná látka a relaxace napětí plastů během ochlazování má velký vliv na přesnou předpověď zbytkového napětí a zbytkové deformace výrobků.
Chování fázového přechodu a relaxace napětí plastů z kapalného do pevného během fáze ochlazování. Pro nevytvrzenou oblast vykazuje plast viskózní chování, které je popsáno modelem viskózní tekutiny; pro vytvrzenou oblast plast vykazuje viskoelastické chování, které je popsáno standardním lineárním pevným modelem, využívajícím model viskoelastického fázového přechodu a dvourozměrnou metodu konečných prvků k predikci tepelných zbytkových napětí a odpovídajících deformací.
obrázek
Vliv plastifikačního stupně na deformaci produktu
V plastifikačním stupni se skleněné částice převedou do viskózního tekutého stavu, aby poskytly taveninu potřebnou pro plnění formy. V tomto procesu teplotní rozdíl polymeru v axiálním směru a radiálním směru (vzhledem ke šroubu) způsobí napětí v plastu; navíc vstřikovací tlak, rychlost a další parametry vstřikovacího stroje značně ovlivní stupeň orientace molekul během plnění. , což způsobuje deformaci deformace.
Použijte nízkou rychlost na začátku vstřikování, vysokou rychlost při plnění dutiny formy a nízkou rychlost vstřikování, když se plnění blíží ke konci. Prostřednictvím kontroly a nastavení rychlosti vstřikování lze zabránit a zlepšit různé nežádoucí jevy, jako jsou otřepy, stopy po spreji, stříbrné pruhy nebo stopy po vypálení.
Vícestupňový řídicí program vstřikování může rozumně nastavit vícestupňový vstřikovací tlak, rychlost vstřikování, přídržný tlak a způsob tavení podle struktury běžce, tvaru brány a struktury vstřikovaného dílu, což je příznivé ke zlepšení plastifikačního účinku a zlepšení kvality produktu, snížení chybovosti a prodloužení životnosti formy/stroje.
Řízením tlaku oleje, polohy šneku a rychlosti šneku vstřikovacího stroje prostřednictvím víceúrovňového programu se může snažit zlepšit vzhled lisovaných dílů, zlepšit odpovídající opatření pro smrštění, deformaci a otřepy a snížit velikostní nerovnosti každé vstřikované části každé formy. .
Řízením tlaku oleje, polohy šneku a rychlosti šneku vstřikovacího stroje prostřednictvím víceúrovňového programu se může snažit zlepšit vzhled lisovaných dílů, zlepšit odpovídající opatření pro smrštění, deformaci a otřepy a snížit nerovnosti. velikosti každé vstřikované části každé formy. .
Vliv fáze plnění formy a chlazení na deformaci výrobku
Působením vstřikovacího tlaku se roztavený plast naplní do dutiny formy, ochladí a ztuhne v dutině, což je klíčový článek vstřikování. V tomto procesu jsou teplota, tlak a rychlost vzájemně propojeny, což má velký vliv na kvalitu a efektivitu výroby plastových dílů.
Vyšší tlaky a rychlosti proudění generují vysoké smykové rychlosti, které způsobují rozdíly v orientaci molekul paralelně a kolmo ke směru proudění, což vytváří „efekt mrazení“. "Efekt zmrazování" způsobí pnutí mrazem a vytvoří vnitřní pnutí plastové části. Vliv teploty na deformaci deformací se odráží v následujících aspektech.
A. Teplotní rozdíl mezi horním a spodním povrchem plastových dílů způsobí tepelné namáhání a tepelnou deformaci;
B. Teplotní rozdíl mezi různými oblastmi plastové části způsobí nerovnoměrné smrštění mezi různými oblastmi;
C. Různé teplotní stavy ovlivní smršťování plastových dílů.
Vliv fáze vyjímání z formy na deformační deformaci výrobku
Plastové díly jsou většinou sklovité polymery během procesu opuštění dutiny a ochlazení na pokojovou teplotu. Nevyvážená odformovací síla, nestabilní pohyb vyhazovacího mechanismu nebo nesprávná vyhazovací plocha odformování může snadno deformovat výrobek. Současně dojde k uvolnění napětí zmrzlého v plastové části během fáze plnění a ochlazování ve formě deformace v důsledku ztráty vnějších omezení, což má za následek deformaci deformace.
Skutečný 3D přístup k výpočtu zbytkových napětí a konečného tvaru (smrštění a deformace). Zvažovali vliv fáze balení, rozdělili produkt do tří vrstev a analyzovali zbytkové napětí a deformaci pomocí trojrozměrné sítě. , je navržen numerický simulační model pro indukované zbytkové napětí a deformace po fázi balení.
Při výpočtu zbytkového napětí se používá termoviskoelastický model (včetně objemové relaxace). Metoda konečných prvků, kterou používá, je založena na teorii skořepiny složené z rovinných prvků, která je vhodná pro tenkostěnné vstřikované výrobky se složitými tvary.
obrázek
Řešení vlivu smršťování vstřikovaných výrobků na deformaci deformací
Přímou příčinou deformace vstřikovaných výrobků je nerovnoměrné smrštění plastových dílů. Pokud se ve fázi návrhu formy nezohlední vliv smršťování během procesu plnění, geometrický tvar výrobku se bude značně lišit od požadavků na konstrukci a silná deformace způsobí, že výrobek bude sešrotován. Kromě deformace způsobené fází plnění způsobí teplotní rozdíl mezi horní a spodní stěnou formy také rozdíl ve smrštění mezi horním a spodním povrchem plastového dílu, což má za následek deformaci deformace.
Pro analýzu deformace není samotné smrštění důležité, ale rozdíl ve smrštění je důležitý. Při procesu vstřikování je rychlost smrštění plastu ve směru toku větší než ve vertikálním směru v důsledku uspořádání molekul polymeru ve směru toku během fáze vstřikování roztaveného plastu, což má za následek deformaci deformace vstřikovaného dílu. Obecně platí, že rovnoměrné smrštění způsobuje pouze změny objemu plastových dílů a pouze nerovnoměrné smrštění může způsobit deformaci deformace.
Rozdíl mezi rychlostí smrštění krystalických plastů ve směru toku a ve vertikálním směru je větší než u amorfních plastů a také míra jejich smrštění je větší než u amorfních plastů. Superpozice velké rychlosti smrštění krystalických plastů a anizotropie smrštění vede k tomu, že krystalické plasty mají mnohem větší tendenci se deformovat než amorfní plasty.
Vícestupňový proces vstřikování vybraný na základě analýzy geometrického tvaru produktu: protože dutina produktu je hluboká a stěna je tenká, dutina formy tvoří dlouhý a úzký průtokový kanál a tavenina musí proudit přes tuto část velmi rychle Jinak se snadno ochladí a ztuhne, což povede k nebezpečí vyplnění dutiny formy, proto by zde mělo být nastaveno vysokorychlostní vstřikování.
Vysokorychlostní vstřikování však přinese do taveniny mnoho kinetické energie. Když tavenina proudí ke dnu, způsobí velký setrvačný dopad, což má za následek ztrátu energie a přetečení. V této době je třeba taveninu zpomalit a snížit plnicí tlak. Udržujte tzv. udržovací tlak (sekundární tlak, následný tlak), aby tavenina doplnila smrštění taveniny do dutiny formy před ztuhnutím vtoku, což klade požadavky na vícestupňovou rychlost vstřikování a tlak na vstřik proces formování.
Řešení deformace a deformace produktu v důsledku zbytkového tepelného napětí
Rychlost povrchu tekutiny by měla být konstantní. Mělo by se použít rychlé vstřikování, aby se zabránilo zamrznutí taveniny během procesu vstřikování. Nastavení rychlosti výstřelu by mělo umožnit rychlé plnění v kritických oblastech (jako jsou běžce) a zároveň zpomalit na vstupu vody. Rychlost vstřikování by měla zajistit vyplnění dutiny formy a okamžité zastavení, aby se zabránilo přeplnění, vzplanutí a zbytkovému napětí.
