Vervorming van spuitgegoten producten
Vervorming is een van de meest voorkomende defecten bij het spuitgieten van kunststof onderdelen met een dunne schaal, omdat het een nauwkeurige voorspelling van kromtrekkende vervorming inhoudt, en de kromtrekkende vervormingswetten van spuitgegoten onderdelen van verschillende materialen en vormen sterk variëren. Wanneer de mate van kromtrekken de toegestane fout overschrijdt, wordt het een vormfout, wat op zijn beurt de productassemblage beïnvloedt.
Nauwkeurige voorspelling van kromtrekvervorming van een groot aantal steeds dunnerwandige onderdelen (wanddikte minder dan 2 mm) is een eerste vereiste voor een effectieve beheersing van kromtrekdefecten. Analyse van kromtrekkendeformatie maakt meestal gebruik van kwalitatieve analyse en er worden maatregelen genomen op het gebied van productontwerp, matrijsontwerp en spuitgietprocesomstandigheden om grote vervormingen van kromtrekken zoveel mogelijk te voorkomen.
Oorzaak Analyse
Gietvorm
De positie, vorm en aantal poorten van de spuitgietpoort hebben invloed op de vultoestand van het plastic in de vormholte, wat resulteert in vervorming van het plastic onderdeel.
Hoe langer de stromingsafstand, hoe groter de interne spanning veroorzaakt door de stroming en voeding tussen de bevroren laag en de centrale stromingslaag; integendeel, hoe korter de stroomafstand, hoe korter de stroomtijd van de poort naar het stroomuiteinde van het onderdeel, en de mal zal bevriezen bij het vullen. De dikte van de laag wordt dunner, de interne spanning wordt verminderd en het kromtrekken vervorming wordt ook sterk verminderd. Als er maar één middenpoort of één zijpoort wordt gebruikt, zal het kunststof vormdeel worden vervormd omdat de krimpsnelheid in de diameterrichting groter is dan die in de omtreksrichting; als in plaats daarvan meerdere puntpoorten worden gebruikt, kan dit effectief kromtrekken en vervorming voorkomen.
Wanneer puntgegoten wordt gebruikt voor gieten, ook vanwege de anisotropie van plastic krimp, hebben de positie en het aantal poorten een grote invloed op de mate van vervorming van plastic onderdelen. Doordat er voor 30 procent glasvezelversterkt PA6 is gebruikt, ontstaat er een groot spuitgegoten onderdeel met een gewicht van 4,95 kg, waardoor er veel verstevigingsribben zijn langs de stromingsrichting van de omringende wanden, zodat elke poort volledig in balans kan worden gebracht.
Bovendien kan het gebruik van meerdere poorten ook de plastic stroomverhouding (L/t) verkorten, zodat de materiaaldichtheid in de vormholte gelijkmatiger is en de krimp gelijkmatiger. Tegelijkertijd kan het gehele kunststof onderdeel onder een kleine injectiedruk worden gevuld. De lagere injectiedruk kan de neiging tot moleculaire oriëntatie van kunststoffen verminderen en de interne spanning verminderen, waardoor de vervorming van kunststof onderdelen wordt verminderd.
afbeelding
Matrijstemperatuur: De matrijstemperatuur heeft een grote invloed op de interne prestaties en de schijnbare kwaliteit van het product. De temperatuur van de mal hangt af van de aan- of afwezigheid van plastische kristalliniteit, de grootte en structuur van het product, prestatie-eisen en andere procesomstandigheden (smelttemperatuur, injectiesnelheid en injectiedruk, vormcyclus, enz.)
Drukregeling: de druk in het spuitgietproces omvat weekmakerdruk en injectiedruk en heeft een directe invloed op het weekmaken van kunststoffen en productkwaliteit
Het gebruik van experimentele methoden om het kromtrekken van kunststofproducten te bestuderen, komt vooral tot uiting in de studie van de effecten van materiaaleigenschappen, productgeometrie en -afmetingen en spuitgietprocesomstandigheden op het kromtrekken van het product. Er werd een groot aantal experimenten ontworpen om de invloed van poortgeometrie, pakkingparameters (houddruk en houdtijd) en vormelasticiteit op de uiteindelijke grootte van het product te verkrijgen.
PET werd gebruikt als polymeerbasis en de kromtrekkende eigenschappen van verschillende materialen en panelen met verschillende wanddiktes werden bestudeerd. De relatie tussen de versterkingsverhouding van 33 procent glasvezelversterkte PA66 spuitgegoten schijf, de anisotropie van de lineaire thermische uitzettingscoëfficiënt, de dikte van het product en de kromtrekking werd experimenteel bestudeerd en het concept van de krommingsindex werd voor het eerst voorgesteld. . Warpage-karakteristieken, en de relatie tussen warpage-index, warpage en vezeloriëntatietoestand, en de relatie tussen opbrengst en warpage-index werden bestudeerd.
De experimentele methode om vervorming door kromtrekken te bestuderen is vaak beperkt tot een specifieke geometrische vorm, specifieke materiaal- en procesomstandigheden, en kan de invloed van veel factoren op vervorming door kromtrekken niet volledig in overweging nemen, en kan mogelijke kromtrekken tijdens de ontwerpfase van het product niet voorspellen. De grootte van de vervorming. Bij feitelijk gebruik zijn de beperkingen van de empirische formule ook duidelijk, niet alleen beïnvloed door de experimentele omstandigheden, maar ook gerelateerd aan vele factoren, zoals de verwerkingsmethode van de experimentele gegevens en de toepassingsvoorwaarden van de empirische formule, en een empirische formule is alleen geschikt voor de experimentele omstandigheden. dicht bij het productieproces.
afbeelding
krimpen/vervormen
Aangezien kromtrekken verband houdt met ongelijkmatige krimp, wordt de relatie tussen krimp en kromtrekken van het product geanalyseerd door het krimpgedrag van verschillende kunststoffen onder verschillende procesomstandigheden te bestuderen. Op basis van spuitgietstroming, houddruk en koelsimulatie, door middel van experimenten en lineaire regressiemethoden, wordt een model voorgesteld voor het voorspellen van de krimp van spuitgegoten producten. Op basis van krimpvoorspelling wordt de vervorming van producten berekend via simulatieprogramma's voor structurele analyse.
Het is moeilijk om producten met een hoge maatnauwkeurigheid te verkrijgen met materialen met een hoge krimpsnelheid. Om een hoge precisie na te streven, moeten zoveel mogelijk amorfe harsen en harsen met consistente krimp in alle richtingen worden gebruikt. Voor veel materialen wordt de krimp van het product gemeten onder de omstandigheden van verandering van de stroomsnelheid, houddruk, houdtijd, vormtemperatuur, vultijd, productdikte en andere parameters.
Volgens de testresultaten is de krimp van het product verdeeld in drie delen: volumekrimp, ongelijkmatige krimp veroorzaakt door moleculaire oriëntatie en ongelijkmatige krimp veroorzaakt door onevenwichtige koeling. Krimpvoorspellingsmethoden voor volumetrische krimp, kristallijn gehalte, matrijsopsluiting, plastic oriëntatie, etc., gebruiken stromings- en koelanalyseresultaten om krimpspanning te voorspellen.
Koelsysteem ontwerp
Tijdens het injectieproces zal de ongelijke koelsnelheid van het plastic onderdeel ook de ongelijkmatige krimp van het plastic onderdeel veroorzaken. Dit verschil in krimp zal leiden tot het genereren van buigmoment en kromtrekken van het kunststof onderdeel.
Als het temperatuurverschil tussen de vormholte en de kern die wordt gebruikt bij het spuitgieten van platte kunststof onderdelen te groot is, zal de smelt dicht bij het oppervlak van de koude vormholte snel afkoelen, terwijl de materiaallaag dicht bij het oppervlak van de hete vormholte zal blijven krimpen, de ongelijkmatige krimp zal het plastic onderdeel vervormen. Daarom moet bij het koelen van de spuitgietmatrijs aandacht worden besteed aan de temperatuurbalans van de holte en de kern, en het temperatuurverschil tussen beide mag niet te groot zijn.
Naast het feit dat de temperatuur aan de binnen- en buitenoppervlakken van het plastic onderdeel de neiging heeft om in evenwicht te zijn, moet de temperatuur aan elke kant van het plastic onderdeel ook als consistent worden beschouwd, dat wil zeggen, wanneer de vorm is afgekoeld, probeer houd de temperatuur van de holte en de kern overal uniform, zodat de koelsnelheid van het plastic onderdeel in balans is, zodat de krimp overal gelijkmatiger is, waardoor vervorming effectief wordt voorkomen. Daarom is de plaatsing van koelwatergaten op de mal erg belangrijk. Nadat de afstand van de buiswand tot het oppervlak van de spouw is bepaald, moet de afstand tussen de koelwatergaten zo klein mogelijk zijn om ervoor te zorgen dat de temperatuur van de spouwmuur uniform is.
Tegelijkertijd, aangezien de temperatuur van het koelmedium toeneemt met de toename van de lengte van het koelwaterkanaal, zullen de holte en de kern van de mal een temperatuurverschil hebben langs het waterkanaal. Daarom moet de lengte van het waterkanaal van elk koelcircuit minder dan 2 meter zijn. Meerdere koelcircuits moeten in grote vormen worden opgesteld en de inlaat van het ene circuit bevindt zich in de buurt van de uitlaat van het andere circuit. Voor lange plastic onderdelen moet een koelcircuit worden gebruikt om de lengte van het koelcircuit te verminderen, dat wil zeggen om het temperatuurverschil van de mal te verminderen, om een gelijkmatige koeling van de plastic onderdelen te garanderen.
Het ontwerp van het uitwerpsysteem heeft ook rechtstreeks invloed op de vervorming van het plastic onderdeel. Als de lay-out van het uitwerpsysteem onevenwichtig is, veroorzaakt dit een onbalans in de uitwerpkracht en vervormt het plastic onderdeel. Daarom moet bij het ontwerpen van het uitwerpsysteem worden gestreefd naar een evenwicht met de ontkistingsweerstand.
Bovendien mag de dwarsdoorsnede van de uitwerpstang niet te klein zijn om te voorkomen dat het kunststof onderdeel vervormt als gevolg van een te grote kracht per oppervlakte-eenheid (vooral wanneer de ontkistingstemperatuur te hoog is). De uitwerppen moet zo dicht mogelijk bij het onderdeel met de grootste ontkistingsweerstand worden geplaatst. Ervan uitgaande dat de kwaliteit van kunststof onderdelen (inclusief gebruikseisen, maatnauwkeurigheid en uiterlijk, enz.) niet wordt beïnvloed, moeten zoveel mogelijk uitwerppennen worden geïnstalleerd om de algehele vervorming van kunststof onderdelen te verminderen.
afbeelding
Wanneer zacht plastic wordt gebruikt om grote diepe holtes en dunwandige plastic onderdelen te produceren, zullen de plastic onderdelen, vanwege de hoge weerstand tegen ontvormen en het zachte materiaal, als een enkele mechanische uitwerpmethode volledig wordt toegepast, worden vervormd of zelfs doorgedrukt. Of het plastic onderdeel wordt afgedankt door het vouwen. Het is beter om een combinatie van meerdere componenten te gebruiken of een combinatie van gas (hydraulische) druk en mechanische uitwerping.
Invloed van resterende thermische spanning op kromtrekken en vervorming van producten
In het spuitgietproces is resterende thermische spanning een belangrijke factor die kromtrekken en vervorming veroorzaakt, en heeft een grotere invloed op de kwaliteit van spuitgegoten producten. Aangezien de invloed van thermische restspanning op het kromtrekken van producten zeer complex is, kunnen matrijsontwerpers dit analyseren en voorspellen met behulp van CAE-software voor spuitgieten.
Tijdens het gietproces van de plastic smelt, vanwege de ongelijke oriëntatie en krimp, is de interne spanning ongelijk, dus nadat het product uit de mal is losgelaten, zal het kromtrekken en vervormen onder invloed van ongelijke interne spanning. Daarom analyseren en berekenen veel wetenschappers de interne spanning en kromtrekken van producten vanuit het perspectief van mechanica. In sommige buitenlandse literatuur wordt aangenomen dat kromtrekken wordt veroorzaakt door restspanning die wordt veroorzaakt door ongelijkmatige krimp.
In de koelfase van het spuitgieten, wanneer de temperatuur hoger is dan de glasovergangstemperatuur, is de kunststof een visco-elastische vloeistof, vergezeld van spanningsrelaxatie: wanneer de temperatuur lager is dan de glasovergangstemperatuur, wordt de kunststof vast. Deze faseovergang van vloeistof naar vaste stof en spanningsrelaxatie van kunststoffen tijdens het koelen heeft een grote invloed op de nauwkeurige voorspelling van restspanning en restvervorming van producten.
Het faseovergangs- en spanningsrelaxatiegedrag van kunststoffen van vloeibaar naar vast tijdens de afkoelfase. Voor het niet-uitgeharde gebied vertoont de kunststof een stroperig gedrag, dat wordt beschreven door een viskeus vloeistofmodel; voor het uitgeharde gebied vertoont het plastic een visco-elastisch gedrag, dat wordt beschreven door een standaard lineair vast model, met behulp van een visco-elastisch faseovergangsmodel en een tweedimensionale eindige-elementenmethode om thermische restspanningen en overeenkomstige kromtrekvervormingen te voorspellen.
afbeelding
Invloed van het plastificeerstadium op vervorming door vervorming van het product
In de weekmakingsfase worden de glasdeeltjes omgezet in een stroperige vloeibare toestand om de smelt te verschaffen die nodig is voor het vullen van de vorm. In dit proces zal het temperatuurverschil van het polymeer in axiale richting en radiale richting (ten opzichte van de schroef) spanning in de kunststof veroorzaken; bovendien zullen de injectiedruk, snelheid en andere parameters van de injectiemachine grote invloed hebben op de mate van moleculaire oriëntatie tijdens het vullen. , waardoor kromtrekkende vervorming ontstaat.
Gebruik een lage snelheid aan het begin van de injectie, een hoge snelheid bij het vullen van de vormholte en een lage snelheid bij het vullen wanneer het einde nadert. Door het regelen en aanpassen van de injectiesnelheid kunnen diverse ongewenste verschijnselen zoals bramen, spuitsporen, zilverstaven of inbrandplekken worden voorkomen en verbeterd.
Het meertraps injectiebesturingsprogramma kan redelijkerwijs de meertraps injectiedruk, injectiesnelheid, houddruk en smeltmethode instellen volgens de structuur van de runner, de vorm van de poort en de structuur van het spuitgegoten onderdeel, wat bevorderlijk is om het weekmakende effect te verbeteren en de productkwaliteit te verbeteren, het aantal defecten te verminderen en de levensduur van de matrijs / machine te verlengen.
Door de oliedruk, schroefpositie en schroefsnelheid van de spuitgietmachine te regelen via een programma met meerdere niveaus, kan het proberen het uiterlijk van de gevormde onderdelen te verbeteren, de overeenkomstige maatregelen voor krimp, kromtrekken en bramen te verbeteren en de maatoneffenheden van elk spuitgegoten onderdeel van elke mal. .
Door de oliedruk, schroefpositie en schroefsnelheid van de spuitgietmachine te regelen via een programma met meerdere niveaus, kan het proberen het uiterlijk van de gevormde onderdelen te verbeteren, de overeenkomstige maatregelen voor krimp, kromtrekken en bramen te verbeteren en de oneffenheden te verminderen van de grootte van elk spuitgegoten onderdeel van elke mal. .
Invloed van matrijsvul- en koelfasen op het kromtrekken van het product
Onder invloed van injectiedruk wordt het gesmolten plastic in de vormholte gevuld, gekoeld en gestold in de holte, de belangrijkste schakel van spuitgieten. In dit proces worden temperatuur, druk en snelheid aan elkaar gekoppeld, wat een grote impact heeft op de kwaliteit en productie-efficiëntie van kunststof onderdelen.
Hogere drukken en stroomsnelheden genereren hoge afschuifsnelheden, die verschillen veroorzaken in de oriëntatie van moleculen evenwijdig aan en loodrecht op de stroomrichting, waardoor een "bevriezingseffect" ontstaat. Het "bevriezingseffect" veroorzaakt bevriezingsspanning en vormt de interne spanning van het kunststof onderdeel. De invloed van temperatuur op kromtrekken komt tot uiting in de volgende aspecten.
A. Het temperatuurverschil tussen de boven- en onderkant van kunststof onderdelen veroorzaakt thermische spanning en thermische vervorming;
B. Het temperatuurverschil tussen verschillende delen van het plastic onderdeel veroorzaakt een ongelijke krimp tussen verschillende delen;
C. Verschillende temperatuurtoestanden hebben invloed op de krimp van plastic onderdelen.
Invloed van het ontkistingsstadium op de kromtrekkende vervorming van het product
Kunststof onderdelen zijn meestal glasachtige polymeren tijdens het proces van het verlaten van de holte en het afkoelen tot kamertemperatuur. Ongebalanceerde ontkistingskracht, onstabiele beweging van het uitwerpmechanisme of onjuist uitwerpgebied van het ontkisten kunnen het product gemakkelijk vervormen. Tegelijkertijd zal de spanning die tijdens het vullen en afkoelen in het plastic deel is bevroren, worden vrijgegeven in de vorm van vervorming als gevolg van het verlies van externe beperkingen, wat resulteert in kromtrekkende vervorming.
Echte 3D-benadering om restspanningen en uiteindelijke vorm (krimp en kromtrekken) te berekenen. Ze hielden rekening met de invloed van het verpakkingsstadium, verdeelden het product in drie lagen en analyseerden de restspanning en vervorming door een driedimensionaal gaas. , wordt een numeriek simulatiemodel voor de geïnduceerde restspanning en vervorming na de pakkingfase voorgesteld.
Bij het berekenen van de restspanning wordt gebruik gemaakt van een thermovisco-elastisch model (inclusief volumerelaxatie). De eindige-elementenmethode die het hanteert, is gebaseerd op de schaaltheorie bestaande uit vlakke elementen, die geschikt is voor dunwandige spuitgegoten producten met complexe vormen.
afbeelding
De oplossing voor het effect van krimp van spuitgietproducten op kromtrekken
De directe oorzaak van het kromtrekken van spuitgegoten producten is het ongelijkmatig krimpen van kunststof onderdelen. Als er geen rekening wordt gehouden met de impact van krimp tijdens het vulproces in de ontwerpfase van de matrijs, zal de geometrische vorm van het product sterk verschillen van de ontwerpvereisten en zal ernstige vervorming ertoe leiden dat het product wordt gesloopt. Naast de vervorming die wordt veroorzaakt door de vulfase, veroorzaakt het temperatuurverschil tussen de boven- en onderwanden van de mal ook het verschil in krimp tussen de boven- en onderoppervlakken van het plastic onderdeel, wat resulteert in kromtrekkende vervorming.
Voor kromtrekanalyse is krimp zelf niet belangrijk, maar het verschil in krimp is belangrijk. In het spuitgietproces is de krimpsnelheid van het plastic in de stroomrichting groter dan die in de verticale richting vanwege de opstelling van de polymeermoleculen langs de stroomrichting tijdens het spuitgieten van het gesmolten plastic, wat resulteert in kromtrekkende vervorming van het spuitgegoten onderdeel. Over het algemeen veroorzaakt uniforme krimp alleen veranderingen in het volume van plastic onderdelen en alleen ongelijkmatige krimp kan kromtrekken veroorzaken.
Het verschil tussen de krimpsnelheid van kristallijne kunststoffen in de stroomrichting en de verticale richting is groter dan die van amorfe kunststoffen, en de krimpsnelheid is ook groter dan die van amorfe kunststoffen. De superpositie van de grote krimpsnelheid van kristallijne kunststoffen en de anisotropie van krimp leidt ertoe dat kristallijne kunststoffen een veel grotere neiging hebben om krom te trekken dan amorfe kunststoffen.
Het meertraps spuitgietproces geselecteerd op basis van de analyse van de geometrische vorm van het product: omdat de holte van het product diep is en de wand dun, vormt de vormholte een lang en smal stroomkanaal en moet de smelt stromen heel snel door dit deel. Anders is het gemakkelijk af te koelen en te stollen, wat het gevaar met zich meebrengt dat de vormholte wordt gevuld, dus hier moet een hogesnelheidsinjectie worden ingesteld.
Injectie met hoge snelheid zal echter veel kinetische energie naar de smelt brengen. Wanneer de smelt naar de bodem stroomt, zal dit een grote traagheidsimpact veroorzaken, resulterend in energieverlies en overstroming. Op dit moment moet het smelten worden vertraagd en moet de vuldruk worden verlaagd. Handhaaf de zogenaamde houddruk (secundaire druk, vervolgdruk) om de smelt de krimp van de smelt in de vormholte te laten aanvullen voordat de poort stolt, wat eisen stelt aan meertraps injectiesnelheid en druk op de injectie vormproces.
Oplossing voor kromtrekken en vervorming van het product als gevolg van resterende thermische spanning
De snelheid van het vloeistofoppervlak moet constant zijn. Snelle injectie moet worden gebruikt om te voorkomen dat de smelt bevriest tijdens het injectieproces. De instelling van de opnamesnelheid moet het mogelijk maken om snel te vullen in kritieke gebieden (zoals uitlopers) terwijl het langzamer gaat bij de waterinlaat. De injectiesnelheid moet ervoor zorgen dat de vormholte wordt gevuld en stopt onmiddellijk om overvulling, vlamvorming en restspanning te voorkomen.
