Deformacja wyrobów formowanych wtryskowo
Odkształcenie jest jedną z powszechnych wad formowania wtryskowego cienkowarstwowych części z tworzyw sztucznych, ponieważ obejmuje dokładne przewidywanie odkształcenia wypaczenia, a prawa odkształcenia wypaczenia formowanych wtryskowo części z różnych materiałów i kształtów są bardzo zróżnicowane. Gdy wielkość wypaczenia przekracza dopuszczalny błąd, staje się wadą formowania, co z kolei wpływa na montaż produktu.
Dokładne przewidywanie deformacji wypaczenia dużej liczby coraz cienkościennych części (grubość ścianki mniejsza niż 2 mm) jest warunkiem wstępnym skutecznej kontroli wad wypaczenia. Analiza deformacji wypaczenia opiera się głównie na analizie jakościowej, a środki są podejmowane na podstawie projektu produktu, projektu formy i warunków procesu formowania wtryskowego, aby w jak największym stopniu uniknąć dużych deformacji wypaczenia.
Analiza przyczyn
Pleśń
Położenie, kształt i liczba bramek bramki formy wtryskowej wpłynie na stan wypełnienia tworzywa sztucznego we wnęce formy, powodując deformację części z tworzywa sztucznego.
Im większa odległość przepływu, tym większe naprężenia wewnętrzne spowodowane przepływem i zasilaniem między zamrożoną warstwą a środkową warstwą przepływu; wręcz przeciwnie, im krótsza droga przepływu, tym krótszy czas przepływu od wlewu do końca przepływu części, a forma zamarznie podczas napełniania Grubość warstwy jest cieńsza, naprężenia wewnętrzne są zmniejszone, a wypaczenie deformacja jest również znacznie zmniejszona. Jeżeli stosuje się tylko jedną bramkę środkową lub jedną bramkę boczną, uformowana część z tworzywa sztucznego zostanie zniekształcona, ponieważ stopień skurczu w kierunku średnicy jest większy niż w kierunku obwodowym; jeśli zamiast tego stosowane są bramki wielopunktowe, można skutecznie zapobiegać wypaczaniu i deformacji.
W przypadku stosowania odlewania punktowego do formowania, również ze względu na anizotropię skurczu plastycznego, położenie i liczba przewężek ma duży wpływ na stopień odkształcenia części z tworzywa sztucznego. Ponieważ zastosowano PA6 wzmocniony 30% włóknem szklanym, otrzymano dużą część formowaną wtryskowo o wadze 4,95 kg, dzięki czemu istnieje wiele żeber wzmacniających wzdłuż kierunku przepływu otaczających ścian, dzięki czemu każda bramka może być w pełni zrównoważona.
Ponadto zastosowanie wielu bramek może również skrócić współczynnik płynięcia tworzywa sztucznego (L/t), dzięki czemu gęstość materiału we gnieździe formy jest bardziej jednolita, a skurcz bardziej jednolity. Jednocześnie cała część z tworzywa sztucznego może być wypełniona przy niewielkim ciśnieniu wtrysku. Niższe ciśnienie wtrysku może zmniejszyć tendencję tworzyw sztucznych do orientacji cząsteczek i zmniejszyć ich naprężenia wewnętrzne, zmniejszając w ten sposób deformację części z tworzyw sztucznych.
zdjęcie
Temperatura formy: Temperatura formy ma duży wpływ na wydajność wewnętrzną i widoczną jakość produktu. Temperatura formy zależy od obecności lub braku krystaliczności tworzywa sztucznego, wielkości i struktury produktu, wymagań dotyczących wydajności i innych warunków procesu (temperatura topnienia, prędkość wtrysku i ciśnienie wtrysku, cykl formowania itp.)
Kontrola ciśnienia: Ciśnienie w procesie formowania wtryskowego obejmuje ciśnienie uplastyczniania i ciśnienie wtrysku i bezpośrednio wpływa na uplastycznienie tworzyw sztucznych i jakość produktu
Zastosowanie metod eksperymentalnych do badania wypaczania wyrobów z tworzyw sztucznych znajduje odzwierciedlenie głównie w badaniu wpływu właściwości materiału, geometrii i wielkości wyrobu oraz warunków procesu formowania wtryskowego na wypaczenie wyrobu. Zaprojektowano dużą liczbę eksperymentów, aby uzyskać wpływ geometrii przewężek, parametrów upakowania (ciśnienie i czas docisku) oraz elastyczności formy na ostateczny rozmiar produktu.
Jako bazę polimerową wykorzystano PET i zbadano charakterystykę wypaczania różnych materiałów i paneli o różnej grubości ścianek. Eksperymentalnie zbadano zależność między współczynnikiem zbrojenia 33% wzmocnionego włóknem szklanym dysku PA66 formowanego wtryskowo, anizotropią liniowego współczynnika rozszerzalności cieplnej, grubością produktu i wypaczeniem, a także zaproponowano pojęcie wskaźnika wypaczenia po raz pierwszy . Zbadano charakterystykę wypaczenia oraz zależność między wskaźnikiem wypaczenia, stanem wypaczenia i orientacji włókien oraz zależność między plastycznością a wskaźnikiem wypaczenia.
Eksperymentalna metoda badania deformacji wypaczenia jest często ograniczona do określonego kształtu geometrycznego, określonych warunków materiałowych i procesowych i nie może w pełni uwzględnić wpływu wielu czynników na deformację wypaczenia i nie może przewidzieć możliwego wypaczenia na etapie projektowania produktu. Rozmiar deformacji. W rzeczywistym użyciu ograniczenia wzoru empirycznego są również oczywiste, na które wpływają nie tylko warunki eksperymentalne, ale także związane z wieloma czynnikami, takimi jak metoda przetwarzania danych eksperymentalnych i warunki zastosowania wzoru empirycznego oraz wzór empiryczny nadaje się tylko do warunków doświadczalnych. blisko procesu produkcyjnego.
zdjęcie
kurczyć się/wypaczać
Ponieważ deformacja wypaczająca jest związana z nierównomiernym skurczem, związek między skurczem a wypaczeniem produktu jest analizowany poprzez badanie zachowania kurczenia się różnych tworzyw sztucznych w różnych warunkach procesu. Na podstawie symulacji przepływu podczas formowania wtryskowego, ciśnienia docisku i chłodzenia, poprzez eksperymenty i metody regresji liniowej, zaproponowano model do przewidywania skurczu wyrobów formowanych wtryskowo. Na podstawie prognozy skurczu obliczane są odkształcenia produktów za pomocą programów symulacyjnych do analizy strukturalnej.
Z materiałów o dużym skurczu trudno jest uzyskać produkty o dużej dokładności wymiarowej. Dążąc do wysokiej precyzji, należy w miarę możliwości stosować żywice amorficzne i żywice o stałym skurczu we wszystkich kierunkach. W przypadku wielu materiałów skurcz produktu jest mierzony w warunkach zmiany natężenia przepływu, ciśnienia docisku, czasu przetrzymywania, temperatury formy, czasu napełniania, grubości produktu i innych parametrów.
Zgodnie z wynikami testu skurcz produktu dzieli się na trzy części: skurcz objętościowy, nierównomierny skurcz spowodowany orientacją cząsteczkową i nierównomierny skurcz spowodowany niezrównoważonym chłodzeniem. Metody przewidywania skurczu dla skurczu objętościowego, zawartości kryształów, zamknięcia formy, orientacji plastycznej itp. wykorzystują wyniki analizy przepływu i chłodzenia do przewidywania naprężeń skurczowych.
Projekt układu chłodzenia
Podczas procesu wtrysku nierównomierna szybkość chłodzenia części z tworzywa sztucznego spowoduje również nierównomierne kurczenie się części z tworzywa sztucznego. Ta różnica skurczu doprowadzi do powstania momentu zginającego i wypaczenia części z tworzywa sztucznego.
Jeśli różnica temperatur między wnęką formy a rdzeniem stosowanym do formowania wtryskowego płaskich części z tworzywa sztucznego jest zbyt duża, stopiony materiał blisko powierzchni zimnej wnęki formy szybko ostygnie, podczas gdy warstwa materiału blisko powierzchni gorącej wnęki formy będzie nadal się kurczyć, nierównomierny skurcz spowoduje wypaczenie części z tworzywa sztucznego. Dlatego przy chłodzeniu formy wtryskowej należy zwrócić uwagę na równowagę temperaturową wnęki i rdzenia, a różnica temperatur między nimi nie powinna być zbyt duża.
Oprócz rozważenia, że temperatura na wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni części z tworzywa sztucznego jest zwykle zrównoważona, należy również uznać, że temperatura po każdej stronie części z tworzywa sztucznego jest spójna, to znaczy, gdy forma jest chłodzona, spróbuj utrzymuj stałą temperaturę wnęki i rdzenia, aby prędkość chłodzenia części z tworzywa sztucznego była zrównoważona, tak aby skurcz był wszędzie bardziej jednolity, skutecznie zapobiegając deformacji. Dlatego bardzo ważne jest rozmieszczenie otworów wody chłodzącej na formie. Po określeniu odległości od ścianki rury do powierzchni wnęki odległość między otworami wody chłodzącej powinna być jak najmniejsza, aby zapewnić równomierną temperaturę ścianki wnęki.
Jednocześnie, ponieważ temperatura czynnika chłodzącego wzrasta wraz ze wzrostem długości kanału wody chłodzącej, wnęka i rdzeń formy będą miały różnicę temperatur wzdłuż kanału wodnego. Dlatego długość kanału wodnego każdego obwodu chłodzącego musi być mniejsza niż 2 m. W dużych formach należy ustawić kilka obwodów chłodzących, przy czym wlot jednego obwodu znajduje się blisko wylotu drugiego. W przypadku długich części z tworzywa sztucznego należy zastosować obwód chłodzący, aby zmniejszyć długość obwodu chłodzącego, to znaczy zmniejszyć różnicę temperatur formy, aby zapewnić równomierne chłodzenie części z tworzywa sztucznego.
Konstrukcja systemu wyrzucania ma również bezpośredni wpływ na deformację części z tworzywa sztucznego. Jeśli układ systemu wyrzucania jest niezrównoważony, spowoduje to brak równowagi w sile wyrzucania i deformację części z tworzywa sztucznego. Dlatego projektując system wyrzucania, należy dążyć do zrównoważenia odporności na wyjęcie z formy.
Ponadto pole przekroju poprzecznego pręta wypychacza nie powinno być zbyt małe, aby zapobiec deformacji części z tworzywa sztucznego z powodu nadmiernej siły na jednostkę powierzchni (szczególnie, gdy temperatura wyjmowania z formy jest zbyt wysoka). Sworzeń wypychacza powinien być umieszczony jak najbliżej części o największym oporze wyjęcia z formy. Zakładając, że nie wpłynie to na jakość części z tworzyw sztucznych (w tym wymagania dotyczące użytkowania, dokładność wymiarową i wygląd itp.), należy zainstalować jak najwięcej kołków wypychacza, aby zmniejszyć ogólne odkształcenie części z tworzyw sztucznych.
zdjęcie
Gdy miękkie tworzywo sztuczne jest używane do produkcji dużych, głębokich wnęk i cienkościennych części z tworzyw sztucznych, ze względu na wysoką odporność na wyjęcie z formy i miękki materiał, jeśli całkowicie zastosuje się pojedynczą metodę wyrzucania mechanicznego, części z tworzyw sztucznych zostaną zdeformowane lub nawet przepchnięte. Lub część z tworzywa sztucznego zostanie złomowana z powodu złożenia. Lepiej będzie zastosować kombinację wieloskładnikową lub kombinację ciśnienia gazu (hydraulicznego) i wyrzutu mechanicznego.
Wpływ szczątkowego naprężenia termicznego na wypaczanie i odkształcanie produktów
W procesie formowania wtryskowego szczątkowe naprężenia termiczne są ważnym czynnikiem powodującym wypaczanie i deformacje oraz mają większy wpływ na jakość produktów formowanych wtryskowo. Ponieważ wpływ szczątkowego naprężenia termicznego na wypaczanie produktu jest bardzo złożony, projektanci form mogą go analizować i przewidywać za pomocą oprogramowania CAE do formowania wtryskowego.
Podczas procesu formowania stopionego tworzywa sztucznego, ze względu na nierównomierną orientację i skurcz, naprężenia wewnętrzne są nierównomierne, więc po wyjęciu produktu z formy wypacza się i odkształca pod wpływem nierównomiernego naprężenia wewnętrznego. Dlatego wielu uczonych analizuje i oblicza wewnętrzne naprężenia i wypaczenia produktów z perspektywy mechaniki. W niektórych zagranicznych literaturach uważa się, że wypaczenie jest spowodowane naprężeniami resztkowymi generowanymi przez nierównomierny skurcz.
Na etapie chłodzenia formowania wtryskowego, gdy temperatura jest wyższa niż temperatura zeszklenia, tworzywo sztuczne jest płynem lepkosprężystym, któremu towarzyszy relaksacja naprężeń: gdy temperatura jest niższa niż temperatura zeszklenia, tworzywo sztuczne staje się stałe. To przejście fazowe ciecz-ciało stałe i relaksacja naprężeń tworzyw sztucznych podczas chłodzenia ma ogromny wpływ na dokładne przewidywanie naprężeń szczątkowych i deformacji szczątkowych produktów.
Przejście fazowe i zachowanie relaksacji naprężeń tworzyw sztucznych z cieczy w ciało stałe podczas fazy chłodzenia. W obszarze nieutwardzonym tworzywo sztuczne wykazuje zachowanie lepkie, co opisuje model lepkiej cieczy; w utwardzonym obszarze tworzywo sztuczne wykazuje zachowanie lepkosprężyste, które jest opisane przez standardowy liniowy model bryłowy, wykorzystujący lepkosprężysty model przejścia fazowego i dwuwymiarową metodę elementów skończonych do przewidywania termicznych naprężeń szczątkowych i odpowiadających im odkształceń wypaczających.
zdjęcie
Wpływ etapu uplastyczniania na deformację wypaczeniową wyrobu
Na etapie plastyfikacji cząsteczki szkła są przekształcane w lepki stan płynny, aby zapewnić stop wymagany do wypełnienia formy. W tym procesie różnica temperatur polimeru w kierunku osiowym i promieniowym (względem śruby) spowoduje naprężenia w tworzywie sztucznym; ponadto ciśnienie wtrysku, prędkość i inne parametry wtryskarki będą miały duży wpływ na stopień orientacji cząsteczkowej podczas napełniania. , powodując odkształcenie wypaczające.
Używaj niskiej prędkości na początku wtrysku, wysokiej prędkości podczas wypełniania wnęki formy i niskiej prędkości wtrysku, gdy wypełnianie zbliża się do końca. Poprzez kontrolę i regulację prędkości wtrysku można zapobiegać różnym niepożądanym zjawiskom, takim jak zadziory, plamy po sprayu, srebrne sztabki lub ślady przypalone.
Wielostopniowy program kontroli wtrysku może rozsądnie ustawić wielostopniowe ciśnienie wtrysku, prędkość wtrysku, ciśnienie utrzymywania i metodę topienia zgodnie ze strukturą prowadnicy, formą bramy i strukturą części formowanej wtryskowo, co sprzyja do poprawy efektu plastyfikacji i poprawy jakości produktu, zmniejszenia wskaźnika defektów i przedłużenia żywotności formy / maszyny.
Kontrolując ciśnienie oleju, pozycję ślimaka i prędkość ślimaka wtryskarki za pomocą wielopoziomowego programu, może dążyć do poprawy wyglądu formowanych części, poprawy odpowiednich środków skurczu, wypaczenia i zadziorów oraz zmniejszenia nierówności wielkości każdej części formowanej wtryskowo każdej formy. .
Kontrolując ciśnienie oleju, pozycję ślimaka i prędkość ślimaka wtryskarki za pomocą programu wielopoziomowego, może dążyć do poprawy wyglądu formowanych części, poprawy odpowiednich środków skurczu, wypaczenia i zadziorów oraz zmniejszenia nierówności wielkości każdej formowanej wtryskowo części każdej formy. .
Wpływ etapów napełniania i chłodzenia formy na wypaczanie wyrobów
Pod wpływem ciśnienia wtrysku stopione tworzywo sztuczne jest wypełniane wnęką formy, chłodzone i zestalane we wnęce, co jest kluczowym ogniwem formowania wtryskowego. W tym procesie temperatura, ciśnienie i prędkość są ze sobą sprzężone, co ma ogromny wpływ na jakość i wydajność produkcji części z tworzyw sztucznych.
Wyższe ciśnienia i prędkości przepływu generują duże szybkości ścinania, które powodują różnice w orientacji cząsteczek równolegle i prostopadle do kierunku przepływu, tworząc „efekt zamrożenia”. „Efekt zamarznięcia” spowoduje powstanie naprężeń zamarzających i powstanie naprężeń wewnętrznych części z tworzywa sztucznego. Wpływ temperatury na deformację wypaczeniową znajduje odzwierciedlenie w następujących aspektach.
A. Różnica temperatur między górną i dolną powierzchnią części z tworzywa sztucznego spowoduje naprężenia termiczne i odkształcenia termiczne;
B. Różnica temperatur między różnymi obszarami części z tworzywa sztucznego spowoduje nierównomierny skurcz między różnymi obszarami;
C. Różne stany temperaturowe będą miały wpływ na kurczenie się części plastikowych.
Wpływ etapu rozformowania na deformację wypaczeniową wyrobu
Części plastikowe to w większości szkliste polimery podczas procesu opuszczania ubytku i stygnięcia do temperatury pokojowej. Niezrównoważona siła wyjmowania z formy, niestabilny ruch mechanizmu wyrzucającego lub niewłaściwy obszar wyrzucania wyprasek mogą łatwo zdeformować produkt. Jednocześnie naprężenia zamrożone w części z tworzywa sztucznego podczas etapów napełniania i chłodzenia zostaną uwolnione w postaci odkształcenia z powodu utraty ograniczeń zewnętrznych, co spowoduje odkształcenie wypaczające.
Prawdziwe podejście 3D do obliczania naprężeń szczątkowych i ostatecznego kształtu (skurcz i wypaczenie). Rozważali wpływ etapu pakowania, podzielili produkt na trzy warstwy i przeanalizowali naprężenia szczątkowe i odkształcenia za pomocą trójwymiarowej siatki. , zaproponowano numeryczny model symulacyjny indukowanych naprężeń szczątkowych i odkształceń po fazie upakowania.
Przy obliczaniu naprężenia szczątkowego stosuje się model termolepkosprężysty (w tym relaksację objętościową). Przyjęta metoda elementów skończonych opiera się na teorii powłoki złożonej z elementów płaskich, która jest odpowiednia dla cienkościennych produktów formowanych wtryskowo o skomplikowanych kształtach.
zdjęcie
Rozwiązanie wpływu skurczu wyrobów formowanych wtryskowo na deformację wypaczeniową
Bezpośrednią przyczyną wypaczania się wyrobów formowanych wtryskowo jest nierównomierny skurcz części plastikowych. Jeśli wpływ skurczu podczas procesu napełniania nie zostanie uwzględniony na etapie projektowania formy, kształt geometryczny produktu będzie znacznie odbiegał od wymagań projektowych, a poważne odkształcenie spowoduje złomowanie produktu. Oprócz odkształcenia spowodowanego etapem napełniania, różnica temperatur między górną i dolną ścianą formy spowoduje również różnicę w skurczu między górną i dolną powierzchnią części z tworzywa sztucznego, powodując odkształcenie wypaczające.
W przypadku analizy wypaczeń sam skurcz nie jest ważny, ale istotna jest różnica w skurczu. W procesie formowania wtryskowego stopień skurczu tworzywa sztucznego w kierunku przepływu jest większy niż w kierunku pionowym ze względu na ułożenie cząsteczek polimeru wzdłuż kierunku przepływu podczas etapu formowania wtryskowego stopionego tworzywa sztucznego, co powoduje odkształcenie wypaczające części formowanej wtryskowo. Ogólnie rzecz biorąc, równomierny skurcz powoduje tylko zmiany objętości części z tworzywa sztucznego, a tylko nierównomierny skurcz może spowodować odkształcenie wypaczające.
Różnica między szybkością skurczu tworzyw krystalicznych w kierunku płynięcia i w kierunku pionowym jest większa niż w przypadku tworzyw amorficznych, a jej szybkość skurczu jest również większa niż w przypadku tworzyw amorficznych. Superpozycja dużej szybkości skurczu krystalicznych tworzyw sztucznych i anizotropii skurczu prowadzi do tego, że krystaliczne tworzywa sztuczne mają znacznie większą tendencję do wypaczania niż tworzywa amorficzne.
Wieloetapowy proces formowania wtryskowego wybrany na podstawie analizy kształtu geometrycznego produktu: ponieważ wnęka produktu jest głęboka, a ściana cienka, wnęka formy tworzy długi i wąski kanał przepływowy, a stop musi płynąć przez tę część bardzo szybko W przeciwnym razie łatwo ostygnie i zestali się, co doprowadzi do niebezpieczeństwa wypełnienia wnęki formy, dlatego należy ustawić tutaj wtrysk z dużą prędkością.
Jednak wtrysk z dużą prędkością wniesie do stopu dużo energii kinetycznej. Gdy stopiony płyn opadnie na dno, spowoduje to duże uderzenie bezwładności, co spowoduje utratę energii i przelanie. W tym czasie topienie musi zostać spowolnione, a ciśnienie napełniania musi zostać zmniejszone. Utrzymanie tzw. ciśnienia docisku (ciśnienie wtórne, ciśnienie nadążne), aby wytop uzupełniał skurcz wytopu do wnęki formy przed zastygnięciem przewężki, co stawia wymagania dotyczące szybkości wtrysku wielostopniowego i ciśnienia na wtrysku proces formowania.
Rozwiązanie problemu wypaczania i deformacji produktu z powodu szczątkowego naprężenia termicznego
Prędkość powierzchni płynu powinna być stała. Należy stosować szybki wtrysk, aby zapobiec zamarznięciu wytopu podczas procesu wtrysku. Ustawienie prędkości wtrysku powinno umożliwiać szybkie napełnianie krytycznych obszarów (takich jak biegacze) przy jednoczesnym spowolnieniu na wlocie wody. Prędkość wtrysku powinna zapewniać wypełnienie wnęki formy i natychmiastowe zatrzymanie, aby zapobiec przepełnieniu, wypływce i naprężeniom szczątkowym.
