Deformasjon av sprøytestøpte produkter
Deformasjon er en av de vanlige defektene ved sprøytestøping av tynnskallplastdeler, fordi det involverer nøyaktig prediksjon av deformasjonsdeformasjon, og deformasjonslovene til sprøytestøpte deler av forskjellige materialer og former varierer sterkt. Når mengden forvrengning overstiger den tillatte feilen, blir det en formingsfeil, som igjen påvirker produktmonteringen.
Nøyaktig prediksjon av vridningsdeformasjon av et stort antall stadig tynnere deler (veggtykkelse mindre enn 2 mm) er en forutsetning for effektiv kontroll av vridningsdefekter. Forvrengningsdeformasjonsanalyse vedtar for det meste kvalitativ analyse, og tiltak tas fra produktdesign, formdesign og sprøytestøpingsprosessforhold for å unngå stor forvrengningsdeformasjon så mye som mulig.
Årsaksanalyse
Form
Plasseringen, formen og antallet porter til sprøyteformporten vil påvirke fyllingstilstanden til plasten i formhulrommet, noe som resulterer i deformasjon av plastdelen.
Jo lengre strømningsavstanden er, desto større blir den indre spenningen forårsaket av strømningen og tilførselen mellom det frosne laget og det sentrale strømningslaget; tvert imot, jo kortere strømningsavstanden er, jo kortere strømningstiden fra porten til strømningsenden av delen, og formen vil fryse ved fylling. Tykkelsen på laget blir tynnet, den indre spenningen reduseres og vridningen deformasjonen er også sterkt redusert. Hvis bare én senterport eller én sideport brukes, vil den støpte plastdelen bli forvrengt fordi krympingshastigheten i diameterretningen er større enn den i omkretsretningen; hvis flere punktporter brukes i stedet, kan det effektivt forhindre vridning og deformasjon.
Når punktstøping brukes til støping, også på grunn av anisotropien av plastisk krymping, har posisjon og antall porter stor innflytelse på graden av deformasjon av plastdeler. Fordi det brukes 30 prosent glassfiberarmert PA6, er det oppnådde En stor sprøytestøpt del med en vekt på 4,95 kg, så det er mange forsterkende ribber langs strømningsretningen til de omkringliggende veggene, slik at hver port kan balanseres fullt ut.
I tillegg kan bruken av flere porter også forkorte plaststrømningsforholdet (L/t), slik at materialtettheten i formhulen blir jevnere og krympingen mer jevn. Samtidig kan hele plastdelen fylles under et lite injeksjonstrykk. Det lavere injeksjonstrykket kan redusere den molekylære orienteringstendensen til plast og redusere dens indre spenning, og dermed redusere deformasjonen av plastdeler.
bilde
Muggtemperatur: Muggtemperaturen har stor innflytelse på den interne ytelsen og tilsynelatende kvaliteten til produktet. Temperaturen på formen avhenger av tilstedeværelsen eller fraværet av plastisk krystallinitet, størrelsen og strukturen til produktet, ytelseskrav og andre prosessforhold (smeltetemperatur, injeksjonshastighet og injeksjonstrykk, støpesyklus, etc.)
Trykkkontroll: Trykket i sprøytestøpeprosessen inkluderer plastiseringstrykk og injeksjonstrykk, og påvirker direkte plastifiseringen av plast og produktkvalitet
Bruken av eksperimentelle metoder for å studere forvrengning av plastprodukter gjenspeiles hovedsakelig i studiet av effekten av materialegenskaper, produktgeometri og størrelse, og sprøytestøpingsprosessforhold på produktforvrengning. Et stort antall eksperimenter ble designet for å oppnå innflytelsen av portgeometri, pakkeparametre (holdetrykk og holdetid) og formelastisitet på den endelige størrelsen på produktet.
PET ble brukt som polymerbase, og vridningsegenskapene til forskjellige materialer og paneler med forskjellige veggtykkelser ble studert. Forholdet mellom forsterkningsforholdet på 33 prosent glassforsterket fiber PA66 sprøytestøpt skive, anisotropien til lineær termisk ekspansjonskoeffisient, tykkelsen på produktet og forvrengningen ble eksperimentelt studert, og konseptet med forvrengningsindeks ble foreslått for første gang . Vridningskarakteristikker, og forholdet mellom vridningsindeks, vridning og fiberorienteringstilstand, og forholdet mellom utbytte og vridningsindeks ble studert.
Den eksperimentelle metoden for å studere forvrengningsdeformasjon er ofte begrenset til en spesifikk geometrisk form, spesifikke material- og prosessforhold, og kan ikke fullt ut vurdere påvirkningen av mange faktorer på forvrengningsdeformasjon, og kan ikke forutsi mulig forvrengning under produktdesignstadiet. Størrelsen på deformasjonen. Ved faktisk bruk er begrensningene til den empiriske formelen også åpenbare, ikke bare påvirket av de eksperimentelle forholdene, men også relatert til mange faktorer som prosesseringsmetoden til de eksperimentelle dataene og anvendelsesforholdene til den empiriske formelen, og en empirisk formel er kun egnet for eksperimentelle forhold. nær produksjonsprosessen.
bilde
krympe/deformere
Siden vridningsdeformasjon er relatert til ujevn krymping, analyseres forholdet mellom krymping og produktvridning ved å studere krympingsoppførselen til forskjellige plaster under forskjellige prosessforhold. På grunnlag av sprøytestøpingsflyt, holdetrykk og kjølesimulering, gjennom eksperimenter og lineære regresjonsmetoder, foreslås en modell for å forutsi krymping av sprøytestøpte produkter. På grunnlag av svinnprediksjon beregnes deformasjonen av produkter gjennom simuleringsprogrammer for strukturanalyse.
Det er vanskelig å få produkter med høy dimensjonsnøyaktighet med materialer med høy krympehastighet. For å tilstrebe høy presisjon, bør amorfe harpikser og harpikser med jevn krymping i alle retninger brukes så mye som mulig. For mange materialer måles krympingen av produktet under betingelsene for endring av strømningshastighet, holdetrykk, holdetid, formtemperatur, fyllingstid, produkttykkelse og andre parametere.
I henhold til testresultatene er krympingen av produktet delt inn i tre deler: volumkrymping, ujevn krymping forårsaket av molekylær orientering, og ujevn krymping forårsaket av ubalansert avkjøling. Krympeprediksjonsmetoder for volumetrisk krymping, krystallinsk innhold, soppbegrensning, plastisk orientering, etc., bruker strømnings- og kjøleanalyseresultater for å forutsi krympingsbelastning.
Design av kjølesystem
Under injeksjonsprosessen vil den ujevne kjølehastigheten til plastdelen også forårsake ujevn krymping av plastdelen. Denne forskjellen i krymping vil føre til generering av bøyemoment og deformering av plastdelen.
Hvis temperaturforskjellen mellom formhulen og kjernen som brukes til sprøytestøping av flate plastdeler er for stor, vil smelten nær overflaten av det kalde formhulrommet avkjøles raskt, mens materiallaget nær overflaten av det varme formhulrommet vil fortsette å krympe, vil den ujevne krympingen deformere plastdelen. Derfor bør kjølingen av injeksjonsformen være oppmerksom på temperaturbalansen i hulrommet og kjernen, og temperaturforskjellen mellom de to bør ikke være for stor.
I tillegg til å ta i betraktning at temperaturen på plastdelens indre og ytre overflate har en tendens til å være balansert, bør temperaturen på hver side av plastdelen også anses å være konsistent, det vil si når formen er avkjølt, prøv å holde temperaturen i hulrommet og kjernen jevn gjennom, slik at kjølehastigheten til plastdelen er balansert, slik at krympingen er mer jevn overalt, og effektivt forhindrer deformasjon. Derfor er arrangementet av kjølevannshull på formen veldig viktig. Etter at avstanden fra rørveggen til overflaten av hulrommet er bestemt, bør avstanden mellom kjølevannshullene være så liten som mulig for å sikre at temperaturen i hulrommet er jevn.
Samtidig, siden temperaturen på kjølemediet øker med økningen av lengden på kjølevannskanalen, vil hulrommet og kjernen i formen ha en temperaturforskjell langs vannkanalen. Derfor må vannkanallengden til hver kjølekrets være mindre enn 2m. Flere kjølekretser bør settes opp i store former, og innløpet til den ene kretsen er plassert nær utløpet til den andre kretsen. For lange plastdeler bør en kjølekrets brukes for å redusere lengden på kjølekretsen, det vil si for å redusere temperaturforskjellen i formen, for å sikre jevn kjøling av plastdelene.
Utformingen av utkastsystemet påvirker også direkte deformasjonen av plastdelen. Dersom utkastsystemets utforming er ubalansert, vil det føre til ubalanse i utkastkraften og deformere plastdelen. Derfor, ved utforming av utstøtningssystemet, bør det strebe etter å balansere med avformingsmotstanden.
I tillegg bør ikke tverrsnittsarealet til ejektorstangen være for lite for å forhindre at plastdelen deformeres på grunn av for stor kraft per arealenhet (spesielt når utformingstemperaturen er for høy). Utkasterpinnen bør plasseres så nært som mulig til delen med størst avformingsmotstand. Under forutsetningen om ikke å påvirke kvaliteten på plastdeler (inkludert brukskrav, dimensjonsnøyaktighet og utseende, etc.), bør så mange ejektorstifter som mulig installeres for å redusere den totale deformasjonen av plastdeler.
bilde
Når myk plast brukes til å produsere store dype hulrom og tynnveggede plastdeler, på grunn av høy avformingsmotstand og mykt materiale, vil plastdelene bli deformert eller til og med presset gjennom, hvis en enkelt mekanisk utstøtingsmetode er fullstendig tatt i bruk. Eller plastdelen vil bli skrotet på grunn av folding. Det vil være bedre å bruke en flerkomponentkombinasjon eller en kombinasjon av gass (hydraulisk) trykk og mekanisk utstøting.
Påvirkning av gjenværende termisk stress på vridning og deformasjon av produkter
I sprøytestøpeprosessen er gjenværende termisk spenning en viktig faktor som forårsaker vridning og deformasjon, og har større innvirkning på kvaliteten på sprøytestøpte produkter. Siden påvirkningen av gjenværende termisk spenning på produktforvrengning er svært kompleks, kan formdesignere analysere og forutsi den ved hjelp av sprøytestøping CAE-programvare.
Under støpeprosessen til plastsmelten, på grunn av ujevn orientering og krymping, er den indre spenningen ujevn, så etter at produktet er frigjort fra formen, vil det deformeres og deformeres under påvirkning av ujevn indre spenning. Derfor analyserer og beregner mange forskere den indre spenningen og forvrengningen til produkter fra mekanikkens perspektiv. I noen utenlandsk litteratur anses skjevhet å være forårsaket av gjenværende spenning generert av ujevn krymping.
I kjølestadiet av sprøytestøping, når temperaturen er høyere enn glassovergangstemperaturen, er plasten en viskoelastisk væske, ledsaget av spenningsavslapping: når temperaturen er lavere enn glassovergangstemperaturen, blir plasten fast. Denne flytende-fastfaseovergangen og spenningsrelakseringen av plast under kjøling har stor innflytelse på nøyaktig prediksjon av gjenværende spenning og gjenværende deformasjon av produkter.
Faseovergangen og spenningsavslappende oppførsel av plast fra flytende til fast stoff under avkjølingsfasen. For det uherdede området viser plasten en viskøs oppførsel, som er beskrevet av en viskøs væskemodell; for det herdede området utviser plasten en viskoelastisk oppførsel, som er beskrevet av en standard lineær solid modell, ved bruk av en viskoelastisk faseovergangsmodell og en todimensjonal endelig elementmetode for å forutsi termiske restspenninger og tilsvarende forvrengningsdeformasjoner.
bilde
Påvirkning av mykningsstadiet på deformasjon av produktets vridning
I mykningstrinnet omdannes glasspartiklene til en viskøs væsketilstand for å gi smelten som kreves for å fylle formen. I denne prosessen vil temperaturforskjellen til polymeren i aksial retning og radiell retning (i forhold til skruen) forårsake spenning i plasten; i tillegg vil injeksjonstrykket, hastigheten og andre parametere til injeksjonsmaskinen i stor grad påvirke graden av molekylær orientering under fylling. , forårsaker vridningsdeformasjon.
Bruk lav hastighet ved begynnelsen av injeksjonen, høy hastighet når du fyller formhulen, og lav hastighet injeksjon når fyllingen nærmer seg slutten. Gjennom kontroll og justering av injeksjonshastigheten kan ulike uønskede fenomener som grader, sprøytemerker, sølvstenger eller brente merker forebygges og forbedres.
Flertrinns injeksjonskontrollprogrammet kan rimelig stille inn flertrinns injeksjonstrykk, injeksjonshastighet, holdetrykk og smeltemetode i henhold til strukturen til løperen, formen på porten og strukturen til den sprøytestøpte delen, noe som bidrar til for å forbedre mykgjøringseffekten og forbedre produktkvaliteten, redusere defektraten og forlenge mugg/maskinens levetid.
Ved å kontrollere oljetrykket, skrueposisjonen og skruehastigheten til sprøytestøpemaskinen gjennom et flernivåprogram, kan den forsøke å forbedre utseendet til de støpte delene, forbedre de tilsvarende tiltakene for krymping, vridning og grad, og redusere størrelsesujevnhet for hver sprøytestøpte del av hver form. .
Ved å kontrollere oljetrykket, skrueposisjonen og skruehastigheten til sprøytestøpemaskinen gjennom et flernivåprogram, kan den søke å forbedre utseendet til de støpte delene, forbedre de tilsvarende tiltakene for krymping, vridning og grad, og redusere ujevnhetene av størrelsen på hver sprøytestøpte del av hver form. .
Påvirkning av formfylling og avkjølingsstadier på produktforvrengning
Under påvirkning av injeksjonstrykk blir den smeltede plasten fylt inn i formhulen, avkjølt og størknet i hulrommet, som er nøkkelleddet til sprøytestøping. I denne prosessen kobles temperatur, trykk og hastighet med hverandre, noe som har stor innvirkning på kvaliteten og produksjonseffektiviteten til plastdeler.
Høyere trykk og strømningshastigheter genererer høye skjærhastigheter, som forårsaker forskjeller i orienteringen til molekyler parallelt med og vinkelrett på strømningsretningen, og skaper en "fryseeffekt". "Fryseeffekten" vil generere frysespenning og danne den indre spenningen til plastdelen. Temperaturens innflytelse på vridningsdeformasjon gjenspeiles i følgende aspekter.
A. Temperaturforskjellen mellom de øvre og nedre overflatene av plastdeler vil forårsake termisk stress og termisk deformasjon;
B. Temperaturforskjellen mellom ulike områder av plastdelen vil forårsake ujevn krymping mellom ulike områder;
C. Ulike temperaturtilstander vil påvirke krympingen av plastdeler.
Påvirkning av avformingsstadiet på vridningsdeformasjonen av produktet
Plastdeler er for det meste glassaktige polymerer under prosessen med å forlate hulrommet og avkjøles til romtemperatur. Ubalansert avformingskraft, ustabil bevegelse av utstøtningsmekanismen eller feil utstøtingsområde for utstøpingen kan lett deformere produktet. Samtidig vil spenningen som er frosset i plastdelen under fyllings- og kjøletrinnene frigjøres i form av deformasjon på grunn av tap av ytre begrensninger, noe som resulterer i vridningsdeformasjon.
Ekte 3D-tilnærming for å beregne gjenværende spenninger og endelig form (krymping og vridning). De vurderte påvirkningen av pakkestadiet, delte produktet i tre lag og analyserte restspenningen og deformasjonen ved hjelp av et tredimensjonalt nett. , foreslås en numerisk simuleringsmodell for indusert restspenning og deformasjon etter pakkingsfasen.
Ved beregning av restspenningen benyttes en termoviskoelastisk modell (inkludert volumrelaksasjon). Den endelige elementmetoden den tar i bruk er basert på skallteorien sammensatt av plane elementer, som er egnet for tynnveggede sprøytestøpte produkter med komplekse former.
bilde
Løsningen på effekten av krymping av sprøytestøpte produkter på vridningsdeformasjon
Den direkte årsaken til forvrengning av sprøytestøpte produkter er ujevn krymping av plastdeler. Hvis virkningen av krymping under fyllingsprosessen ikke vurderes i formdesignstadiet, vil den geometriske formen til produktet avvike sterkt fra designkravene, og alvorlig deformasjon vil føre til at produktet kasseres. I tillegg til deformasjonen forårsaket av fyllingstrinnet, vil temperaturforskjellen mellom de øvre og nedre veggene i formen også forårsake krympingsforskjellen mellom de øvre og nedre overflatene av plastdelen, noe som resulterer i vridningsdeformasjon.
For warpage-analyse er krymping i seg selv ikke viktig, men forskjellen i krymping er viktig. I sprøytestøpeprosessen er krympingshastigheten til plasten i strømningsretningen større enn den i vertikal retning på grunn av arrangementet av polymermolekylene langs strømningsretningen under sprøytestøpestadiet av den smeltede plasten, noe som resulterer i vridningsdeformasjon av den sprøytestøpte delen. Vanligvis forårsaker jevn krymping bare endringer i volumet av plastdeler, og bare ujevn krymping kan forårsake vridningsdeformasjon.
Forskjellen mellom krympingshastigheten til krystallinsk plast i strømningsretningen og den vertikale retningen er større enn for amorf plast, og krympingshastigheten er også større enn for amorf plast. Superposisjonen av den store krympingshastigheten til krystallinsk plast og anisotropien av krymping fører til at krystallinsk plast har en mye større tendens til å vri seg enn amorf plast.
Flertrinns sprøytestøpeprosessen valgt basert på analysen av den geometriske formen til produktet: fordi hulrommet til produktet er dypt og veggen er tynn, danner formhulen en lang og smal strømningskanal, og smelten må flyte gjennom denne delen veldig raskt. Ellers er det lett å avkjøle og stivne, noe som vil føre til fare for å fylle formhulen, så høyhastighetsinjeksjon bør stilles inn her.
Imidlertid vil høyhastighetsinjeksjon bringe mye kinetisk energi til smelten. Når smelten strømmer til bunnen, vil den produsere en stor treghetspåvirkning, noe som resulterer i energitap og overløp. På dette tidspunktet må smelten bremses og fylletrykket reduseres. Oppretthold det såkalte holdetrykket (sekundærtrykk, oppfølgingstrykk) for å få smelten til å supplere krympingen av smelten inn i formhulrommet før porten størkner, noe som stiller krav til flertrinns injeksjonshastighet og trykk på injeksjonen støpeprosess.
Løsning på produktvridning og deformasjon på grunn av gjenværende termisk spenning
Hastigheten til væskeoverflaten skal være konstant. Rask injeksjon bør brukes for å forhindre at smelten fryser under injeksjonsprosessen. Innstillingen for skuddhastighet skal tillate rask fylling i kritiske områder (som løpere) mens du bremser ned ved vanninntaket. Injeksjonshastigheten skal sikre at formhulen fylles og stopper umiddelbart for å forhindre overfylling, flammer og gjenværende belastning.
