Deformation av formsprutade produkter
Deformation är en av de vanligaste defekterna vid formsprutning av plastdelar med tunn skal, eftersom det innebär noggrann förutsägelse av skevningsdeformation, och lagarna för deformationsdeformation för formsprutade delar av olika material och former varierar mycket. När mängden skevhet överstiger det tillåtna felet blir det en formningsdefekt, som i sin tur påverkar produktmonteringen.
Noggrann förutsägelse av skevningsdeformation av ett stort antal alltmer tunnväggiga delar (väggtjocklek mindre än 2 mm) är en förutsättning för effektiv kontroll av skevningsdefekter. Analys av varpdeformation antar mestadels kvalitativ analys, och åtgärder vidtas från produktdesign, formdesign och formsprutningsprocessförhållanden för att undvika stor skevningsdeformation så mycket som möjligt.
Orsaksanalys
Forma
Placeringen, formen och antalet portar för formsprutningsporten kommer att påverka fylltillståndet för plasten i formhåligheten, vilket resulterar i deformation av plastdelen.
Ju längre flödesavståndet är, desto större blir den inre spänningen som orsakas av flödet och matningen mellan det frusna skiktet och det centrala flödesskiktet; tvärtom, ju kortare flödesavståndet är, desto kortare flödestiden från porten till flödesänden av delen, och formen kommer att frysa vid fyllning. Tjockleken på skiktet tunnas ut, den inre spänningen minskar och vridningen deformationen minskar också kraftigt. Om endast en mittport eller en sidoport används, kommer den gjutna plastdelen att förvrängas eftersom krympningshastigheten i diameterriktningen är större än den i omkretsriktningen; om flera punktportar används istället kan det effektivt förhindra skevhet och deformation.
När punktgjutning används för formning, även på grund av anisotropin av plastkrympning, har portarnas position och antal stor inverkan på graden av deformation av plastdelar. Eftersom 30 procent glasfiberarmerad PA6 används är det som erhålls En stor formsprutad del med en vikt på 4,95 kg, så det finns många förstärkningsribbor längs flödesriktningen för de omgivande väggarna, så att varje grind kan balanseras helt.
Dessutom kan användningen av flera grindar också förkorta plastflödesförhållandet (L/t), så att materialdensiteten i formhåligheten blir mer enhetlig och krympningen blir mer enhetlig. Samtidigt kan hela plastdelen fyllas under ett litet insprutningstryck. Det lägre insprutningstrycket kan minska den molekylära orienteringstendensen hos plaster och minska dess inre spänning, vilket minskar deformationen av plastdelar.
bild
Formtemperatur: Formtemperaturen har stor inverkan på produktens interna prestanda och uppenbara kvalitet. Formens temperatur beror på närvaron eller frånvaron av plastisk kristallinitet, produktens storlek och struktur, prestandakrav och andra processförhållanden (smälttemperatur, insprutningshastighet och insprutningstryck, formningscykel, etc.)
Tryckkontroll: Trycket i formsprutningsprocessen inkluderar mjukningstryck och injektionstryck, och påverkar direkt mjukningen av plast och produktkvalitet
Användningen av experimentella metoder för att studera förvrängning av plastprodukter återspeglas huvudsakligen i studiet av effekterna av materialegenskaper, produktgeometri och storlek, och formsprutningsprocessförhållanden på produktens skevhet. Ett stort antal experiment utformades för att erhålla inverkan av grindgeometri, packningsparametrar (hålltryck och hålltid) och formelasticitet på produktens slutliga storlek.
PET användes som polymerbas och varpegenskaperna hos olika material och paneler med olika väggtjocklek studerades. Förhållandet mellan förstärkningsförhållandet på 33 procent glasförstärkt fiber PA66 formsprutad skiva, anisotropin för linjär värmeutvidgningskoefficient, tjockleken på produkten och varpningen studerades experimentellt, och konceptet med varpindex föreslogs för första gången . Skevningsegenskaper, och sambandet mellan skevningsindex, skevhet och fiberorienteringstillstånd, och sambandet mellan utbyte och skevningsindex studerades.
Den experimentella metoden för att studera skevningsdeformation är ofta begränsad till en specifik geometrisk form, specifika material och processförhållanden och kan inte fullt ut överväga inverkan av många faktorer på skevningsdeformation och kan inte förutsäga möjlig skevhet under produktdesignstadiet. Storleken på deformationen. Vid faktisk användning är begränsningarna för den empiriska formeln också uppenbara, inte bara påverkade av de experimentella förhållandena, utan också relaterade till många faktorer såsom bearbetningsmetoden för experimentdata och tillämpningsvillkoren för den empiriska formeln, och en empirisk formel är endast lämplig för de experimentella förhållandena. nära produktionsprocessen.
bild
krympa/varpa
Eftersom vridningsdeformation är relaterad till ojämn krympning, analyseras sambandet mellan krympning och produktskevning genom att studera krympbeteendet hos olika plaster under olika processförhållanden. På basis av formsprutningsflöde, hålltryck och kylningssimulering, genom experiment och linjära regressionsmetoder, föreslås en modell för att förutsäga krympningen av formsprutade produkter. På basis av krympförutsägelser beräknas deformationen av produkter genom simuleringsprogram för strukturanalys.
Det är svårt att få produkter med hög dimensionsnoggrannhet med material med hög krympningshastighet. För att eftersträva hög precision bör amorfa hartser och hartser med konsekvent krympning i alla riktningar användas så mycket som möjligt. För många material mäts produktens krympning under förhållandena att flödeshastigheten, hålltrycket, hålltid, formtemperatur, fyllningstid, produkttjocklek och andra parametrar ändras.
Enligt testresultaten är produktens krympning uppdelad i tre delar: volymkrympning, ojämn krympning orsakad av molekylär orientering och ojämn krympning orsakad av obalanserad kylning. Krympförutsägelsemetoder för volymetrisk krympning, kristallint innehåll, mögelinneslutning, plastorientering, etc., använder flödes- och kylningsanalysresultat för att förutsäga krymptöjning.
Design av kylsystem
Under injektionsprocessen kommer den ojämna kylningshastigheten för plastdelen också att orsaka ojämn krympning av plastdelen. Denna skillnad i krympning kommer att leda till generering av böjmoment och varp av plastdelen.
Om temperaturskillnaden mellan formhåligheten och kärnan som används vid formsprutning av platta plastdelar är för stor, kommer smältan nära ytan av den kalla formkaviteten att svalna snabbt, medan materialskiktet nära ytan av den varma formkaviteten kommer att fortsätta att krympa, den ojämna krympningen kommer att skeva plastdelen. Därför bör kylningen av formsprutningsformen vara uppmärksam på temperaturbalansen i kaviteten och kärnan, och temperaturskillnaden mellan de två bör inte vara för stor.
Förutom att ta hänsyn till att temperaturen på plastdelens inre och yttre yta tenderar att vara balanserad, bör temperaturen på varje sida av plastdelen också anses vara konsekvent, det vill säga när formen kyls, försök att Håll temperaturen i håligheten och kärnan enhetlig genomgående, så att kylningshastigheten för plastdelen är balanserad, så att krympningen är mer enhetlig överallt, vilket effektivt förhindrar deformation. Därför är arrangemanget av kylvattenhål på formen mycket viktigt. Efter att avståndet från rörväggen till kavitetens yta har bestämts, bör avståndet mellan kylvattenhålen vara så litet som möjligt för att säkerställa att temperaturen på kavitetsväggen är enhetlig.
Samtidigt, eftersom kylmediets temperatur ökar med ökningen av längden på kylvattenkanalen, kommer håligheten och kärnan i formen att ha en temperaturskillnad längs vattenkanalen. Därför måste vattenkanallängden för varje kylkrets vara mindre än 2m. Flera kylkretsar bör sättas upp i stora formar, och inloppet till en krets är beläget nära utloppet från den andra kretsen. För långa plastdelar bör en kylkrets användas för att minska längden på kylkretsen, det vill säga för att minska temperaturskillnaden i formen, för att säkerställa en jämn kylning av plastdelarna.
Utstötningssystemets utformning påverkar också direkt deformationen av plastdelen. Om utkastsystemets layout är obalanserat kommer det att orsaka obalans i utstötningskraften och deformera plastdelen. Därför bör det sträva efter att balansera med urtagningsmotståndet när utstötningssystemet utformas.
Dessutom bör ejektorstångens tvärsnittsarea vara för liten för att förhindra att plastdelen deformeras på grund av överdriven kraft per ytenhet (särskilt när avformningstemperaturen är för hög). Ejektorstiftet ska placeras så nära den del som har störst urtagningsmotstånd som möjligt. Under förutsättningen att inte påverka kvaliteten på plastdelar (inklusive användningskrav, dimensionell noggrannhet och utseende etc.), bör så många ejektorstift som möjligt installeras för att minska den totala deformationen av plastdelar.
bild
När mjuk plast används för att producera stora djupa hålrum och tunnväggiga plastdelar, på grund av det höga urformningsmotståndet och det mjuka materialet, kommer plastdelarna att deformeras eller till och med tryckas igenom om en enda mekanisk utstötningsmetod används helt. Eller så kommer plastdelen att skrotas på grund av vikning. Det är bättre att använda en kombination av flera komponenter eller en kombination av gastryck (hydrauliskt) och mekanisk utstötning.
Inverkan av resterande termisk påfrestning på deformering och deformation av produkter
I formsprutningsprocessen är kvarvarande termisk spänning en viktig faktor som orsakar skevhet och deformation och har en större inverkan på kvaliteten på formsprutade produkter. Eftersom påverkan av kvarvarande termisk spänning på produktens skevhet är mycket komplex, kan formdesigners analysera och förutsäga den med hjälp av formsprutning CAE-programvara.
Under formningsprocessen av plastsmältan, på grund av den ojämna orienteringen och krympningen, är den inre spänningen ojämn, så efter att produkten har släppts från formen kommer den att deformeras och deformeras under inverkan av ojämn inre spänning. Därför analyserar och beräknar många forskare produkters inre spänning och skevhet ur mekanikens perspektiv. I vissa utländska litteraturer anses skevhet orsakas av kvarvarande spänning som genereras av ojämn krympning.
I kylningssteget av formsprutning, när temperaturen är högre än glasövergångstemperaturen, är plasten en viskoelastisk vätska, åtföljd av spänningsavslappning: när temperaturen är lägre än glasövergångstemperaturen blir plasten fast. Denna vätske-fastfasövergång och spänningsavslappning av plast under kylning har ett stort inflytande på den exakta förutsägelsen av kvarvarande spänning och kvarvarande deformation av produkter.
Fasövergången och spänningsavslappningsbeteendet hos plaster från flytande till fast material under avkylningsfasen. För det ohärdade området uppvisar plasten ett viskös beteende, vilket beskrivs av en viskös vätskemodell; för det härdade området uppvisar plasten ett viskoelastiskt beteende, vilket beskrivs av en standard linjär solid modell, med användning av en viskoelastisk fasövergångsmodell och en tvådimensionell finita elementmetod för att förutsäga termiska restspänningar och motsvarande skevningsdeformationer.
bild
Inverkan av mjukgöringsstadiet på deformation av produktens deformation
I mjukningssteget omvandlas glaspartiklarna till ett visköst flytande tillstånd för att ge den smälta som krävs för att fylla formen. I denna process kommer temperaturskillnaden för polymeren i axiell riktning och radiell riktning (relativt till skruven) att orsaka spänningar i plasten; dessutom kommer injektionstrycket, hastigheten och andra parametrar för injektionsmaskinen att i hög grad påverka graden av molekylär orientering under fyllningen. , vilket orsakar vridningsdeformation.
Använd låg hastighet i början av injektionen, hög hastighet när du fyller formhåligheten och låghastighetsinsprutning när fyllningen är nära slutet. Genom styrning och justering av insprutningshastigheten kan olika oönskade fenomen såsom grader, spraymärken, silverstänger eller brända märken förhindras och förbättras.
Flerstegsinjektionskontrollprogrammet kan rimligen ställa in flerstegsinsprutningstrycket, injektionshastigheten, hålltrycket och smältmetoden i enlighet med löparens struktur, portens form och strukturen hos den formsprutade delen, vilket underlättar för att förbättra mjukgöringseffekten och förbättra produktkvaliteten, minska antalet defekter och förlänga formen/maskinens livslängd.
Genom att styra oljetrycket, skruvläget och skruvhastigheten för formsprutningsmaskinen genom ett flernivåprogram, kan den försöka förbättra utseendet på de gjutna delarna, förbättra motsvarande åtgärder för krympning, skevhet och grader, och minska storleksojämnheter för varje formsprutad del av varje form. .
Genom att styra oljetrycket, skruvläget och skruvhastigheten för formsprutningsmaskinen genom ett flernivåprogram, kan den försöka förbättra utseendet på de gjutna delarna, förbättra motsvarande åtgärder för krympning, skevhet och grader och minska ojämnheten av storleken på varje formsprutad del av varje form. .
Inverkan av formfyllnings- och nedkylningsstadier på produktens skevhet
Under verkan av injektionstrycket fylls den smälta plasten i formhåligheten, kyls och stelnar i kaviteten, vilket är nyckeln till formsprutning. I denna process kopplas temperatur, tryck och hastighet med varandra, vilket har stor inverkan på plastdelars kvalitet och produktionseffektivitet.
Högre tryck och flödeshastigheter genererar höga skjuvhastigheter, vilket orsakar skillnader i orienteringen av molekyler parallellt med och vinkelrät mot flödesriktningen, vilket skapar en "frysningseffekt". "Fryseffekten" kommer att generera frysspänning och bilda den inre spänningen i plastdelen. Temperaturens inverkan på vridningsdeformationen återspeglas i följande aspekter.
A. Temperaturskillnaden mellan de övre och nedre ytorna på plastdelar kommer att orsaka termisk stress och termisk deformation;
B. Temperaturskillnaden mellan olika områden av plastdelen kommer att orsaka ojämn krympning mellan olika områden;
C. Olika temperaturtillstånd kommer att påverka krympningen av plastdelar.
Inverkan av avformningssteget på produktens vridningsdeformation
Plastdelar är mestadels glasartade polymerer under processen att lämna håligheten och kyla till rumstemperatur. Obalanserad avformningskraft, instabil rörelse av utstötningsmekanismen eller felaktigt utmatningsområde av formningen kan lätt deformera produkten. Samtidigt kommer den spänning som fryses i plastdelen under fyllnings- och kylningsstegen att frigöras i form av deformation på grund av förlusten av yttre begränsningar, vilket resulterar i deformation av vridning.
Sann 3D-metod för att beräkna restspänningar och slutlig form (krympning och skevhet). De övervägde inverkan av packningssteget, delade in produkten i tre lager och analyserade restspänningen och deformationen med ett tredimensionellt nät. , föreslås en numerisk simuleringsmodell för den inducerade restspänningen och deformationen efter packningsfasen.
Vid beräkning av restspänningen används en termoviskoelastisk modell (inklusive volymrelaxation). Den finita elementmetoden den använder är baserad på skalteorin som består av plana element, som är lämplig för tunnväggiga formsprutade produkter med komplexa former.
bild
Lösningen på effekten av krympning av formsprutade produkter på vridningsdeformation
Den direkta orsaken till skevhet av formsprutade produkter är ojämn krympning av plastdelar. Om effekten av krympning under fyllningsprocessen inte beaktas i formdesignstadiet, kommer produktens geometriska form att skilja sig mycket från designkraven, och allvarlig deformation kommer att göra att produkten skrotas. Förutom deformationen som orsakas av fyllningssteget, kommer temperaturskillnaden mellan formens övre och nedre väggar också att orsaka skillnaden i krympning mellan plastdelens övre och undre yta, vilket resulterar i vridningsdeformation.
För varpanalys är krympningen i sig inte viktig, men skillnaden i krympning är viktig. I formsprutningsprocessen är krympningshastigheten för plasten i flödesriktningen större än den i den vertikala riktningen på grund av arrangemanget av polymermolekylerna längs flödesriktningen under formsprutningssteget av den smälta plasten, vilket resulterar i vridningsdeformation av den formsprutade delen. I allmänhet orsakar likformig krympning endast förändringar i volymen av plastdelar, och endast ojämn krympning kan orsaka vridningsdeformation.
Skillnaden mellan krympningshastigheten för kristallina plaster i flödesriktningen och den vertikala riktningen är större än den för amorfa plaster, och dess krympningshastighet är också större än den för amorfa plaster. Överlagringen av den stora krympningshastigheten hos kristallina plaster och krympningens anisotropi leder till att kristallina plaster har en mycket större tendens att deformeras än amorfa plaster.
Flerstegs formsprutningsprocessen väljs baserat på analysen av produktens geometriska form: eftersom produktens hålighet är djup och väggen är tunn, bildar formhåligheten en lång och smal flödeskanal, och smältan måste flyta genom denna del mycket snabbt Annars är det lätt att kyla och stelna, vilket kommer att leda till fara för att fylla formhålan, så höghastighetsinsprutning bör ställas in här.
Emellertid kommer höghastighetsinsprutning att tillföra mycket kinetisk energi till smältan. När smältan rinner till botten kommer den att ge en stor tröghetspåverkan, vilket resulterar i energiförlust och översvämning. Vid denna tidpunkt måste smältan bromsas och fyllningstrycket minskas. Bibehåll det så kallade hålltrycket (sekundärt tryck, eftertryck) för att få smältan att komplettera smältans krympning in i formhåligheten innan porten stelnar, vilket ställer krav på flerstegsinsprutningshastighet och tryck på insprutningen formningsprocess.
Lösning på produktens skevhet och deformation på grund av kvarvarande termisk stress
Vätskeytans hastighet bör vara konstant. Snabb injektion bör användas för att förhindra att smältan fryser under injektionsprocessen. Inställningen för skotthastigheten bör möjliggöra snabb fyllning av kritiska områden (som löpare) samtidigt som hastigheten saktas ner vid vatteninloppet. Insprutningshastigheten bör säkerställa att formhåligheten fylls och stannar omedelbart för att förhindra överfyllning, flash och kvarvarande spänningar.
