Fröccsöntött termékek deformációja
A deformáció a vékonyhéjú műanyag alkatrészek fröccsöntésének egyik gyakori hibája, mivel ez magában foglalja a vetemedés alakváltozásának pontos előrejelzését, és a különböző anyagú és formájú fröccsöntött alkatrészek vetemedési alakváltozási törvényei nagyon eltérőek. Ha a vetemedés mértéke meghaladja a megengedett hibát, akkor formázási hibává válik, ami viszont befolyásolja a termék összeszerelését.
Az egyre vékonyabb falú alkatrész (2 mm-nél kisebb falvastagság) vetemedési deformációjának pontos előrejelzése a vetemedési hibák hatékony ellenőrzésének előfeltétele. A vetemedés-deformáció elemzése többnyire kvalitatív elemzést alkalmaz, és a terméktervezés, a formatervezés és a fröccsöntési folyamat körülményei alapján intézkedéseket hoznak, hogy a lehető legnagyobb mértékben elkerüljék a nagy vetemedés-deformációt.
Ok elemzése
Öntőforma
A fröccsöntő kapu helyzete, formája és kapuinak száma befolyásolja a műanyag töltési állapotát a formaüregben, ami a műanyag rész deformálódását eredményezi.
Minél nagyobb az áramlási távolság, annál nagyobb a belső feszültség, amelyet a fagyott réteg és a központi áramlási réteg közötti áramlás és betáplálás okoz; ellenkezőleg, minél rövidebb az áramlási távolság, annál rövidebb az áramlási idő a kaputól az alkatrész folyási végéig, és a penész megfagy töltéskor. A réteg vastagsága elvékonyodik, a belső feszültség csökken, a vetemedés a deformáció is nagymértékben csökken. Ha csak egy középső kaput vagy egy oldalsó kaput használnak, akkor az öntött műanyag rész eltorzul, mivel a zsugorodás mértéke az átmérő irányában nagyobb, mint a kerületi irányban; Ha több pontú kaput használnak helyette, akkor hatékonyan meg lehet akadályozni a vetemedést és a deformációt.
A foltöntvény alkalmazásakor a plasztikus zsugorodás anizotrópiája miatt is, a kapuk helyzete és száma nagyban befolyásolja a műanyag alkatrészek deformációjának mértékét. Mivel 30 százalékban üvegszállal erősített PA6-ot használnak, a kapott egy nagy fröccsöntött alkatrész, amelynek tömege 4,95 kg, így a környező falak áramlási iránya mentén sok erősítő borda található, így minden kapu teljesen kiegyensúlyozott.
Ezen túlmenően a többszörös kapuk használatával a plasztikus áramlási arány (L/t) is lerövidülhet, így a formaüregben egyenletesebb lesz az anyagsűrűség és egyenletesebb a zsugorodás. Ugyanakkor kis befecskendezési nyomással a teljes műanyag rész feltölthető. Az alacsonyabb befecskendezési nyomás csökkentheti a műanyagok molekuláris orientációs hajlamát és belső feszültségét, ezáltal csökkentve a műanyag alkatrészek deformációját.
kép
Forma hőmérséklet: A forma hőmérséklete nagyban befolyásolja a termék belső teljesítményét és látszólagos minőségét. Az öntőforma hőmérséklete függ a műanyag kristályosság meglététől vagy hiányától, a termék méretétől és szerkezetétől, a teljesítménykövetelményektől és az egyéb folyamatfeltételektől (olvadék hőmérséklete, fröccsöntés sebessége és nyomása, fröccsöntési ciklus stb.)
Nyomásszabályozás: A fröccsöntési folyamat nyomása magában foglalja a lágyító nyomást és a fröccsnyomást, és közvetlenül befolyásolja a műanyagok lágyulását és a termék minőségét
A műanyag termékek vetemedésének vizsgálatára szolgáló kísérleti módszerek alkalmazása elsősorban az anyagtulajdonságok, a termék geometriája és mérete, valamint a fröccsöntési folyamat körülményeinek a termék vetemedésére gyakorolt hatásának vizsgálatában jelenik meg. Számos kísérletet terveztek annak megállapítására, hogy a kapu geometriája, a tömítési paraméterek (tartási nyomás és tartási idő) és a formarugalmasság milyen hatással van a termék végső méretére.
Polimer alapként PET-et használtunk, és különböző anyagok és különböző falvastagságú panelek vetemedési jellemzőit vizsgáltuk. Kísérletileg vizsgálták a 33 százalékos üvegszálerősítésű PA66 fröccsöntött tárcsa erősítési aránya, a lineáris hőtágulási együttható anizotrópiája, a termék vastagsága és a vetemedés közötti összefüggést, és először javasolták a vetemedési index fogalmát. . Vizsgálták a vetemedési jellemzőket, valamint a vetemedési index, a vetemedés és a szál orientáció állapota, valamint a hozam és a vetemedési index közötti összefüggést.
A vetemedés alakváltozásának tanulmányozására szolgáló kísérleti módszer gyakran egy adott geometriai alakra, adott anyag- és folyamatkörülményekre korlátozódik, és nem képes teljes mértékben figyelembe venni számos tényezőnek a vetemedés alakváltozására gyakorolt hatását, és nem képes előre jelezni a lehetséges vetemedést a termék tervezési szakaszában. A deformáció mérete. A gyakorlati használat során az empirikus képlet korlátai is nyilvánvalóak, nem csak a kísérleti körülmények befolyásolják, hanem számos tényező, például a kísérleti adatok feldolgozási módja és az empirikus képlet alkalmazási feltételei, valamint egy empirikus képlet. csak a kísérleti körülményekre alkalmas. közel a gyártási folyamathoz.
kép
zsugorodik/vetemedik
Mivel a vetemedés alakváltozása az egyenetlen zsugorodáshoz kapcsolódik, a zsugorodás és a termék vetemedése közötti összefüggést a különböző műanyagok eltérő folyamatkörülmények között mutatott zsugorodási viselkedésének vizsgálatával elemezzük. Fröccsöntési áramlás, nyomástartási és hűtési szimuláció alapján, kísérletekkel és lineáris regressziós módszerekkel modellt javasoltam a fröccsöntött termékek zsugorodásának előrejelzésére. A zsugorodás előrejelzése alapján szerkezeti elemző szimulációs programokkal számítják ki a termékek alakváltozását.
Nagy zsugorodási arányú anyagokkal nehéz nagy méretpontosságú termékeket előállítani. A nagy pontosság elérése érdekében lehetőleg amorf gyantákat és minden irányban egyenletes zsugorodású gyantákat kell használni. Számos anyag esetében a termék zsugorodását az áramlási sebesség, a tartási nyomás, a tartási idő, a formahőmérséklet, a töltési idő, a termék vastagsága és egyéb paraméterek változása mellett mérik.
A vizsgálati eredmények szerint a termék zsugorodása három részre oszlik: térfogati zsugorodás, molekuláris orientáció okozta egyenetlen zsugorodás, és kiegyensúlyozatlan hűtés okozta egyenetlen zsugorodás. A térfogati zsugorodás, a kristálytartalom, a penészzárás, a műanyag orientáció stb. zsugorodás-előrejelzési módszerei az áramlási és hűtési elemzés eredményeit használják a zsugorodási alakváltozás előrejelzésére.
Hűtőrendszer tervezése
A befecskendezési folyamat során a műanyag rész egyenetlen hűtési sebessége a műanyag rész egyenetlen zsugorodását is okozza. Ez a zsugorodási különbség hajlítónyomaték kialakulásához és a műanyag rész elhajlásához vezet.
Ha a lapos műanyag fröccsöntéshez használt formaüreg és mag közötti hőmérsékletkülönbség túl nagy, akkor a hideg formaüreg felületéhez közeli olvadék gyorsan lehűl, míg az anyagréteg a forró formaüreg felületéhez közel. tovább zsugorodik, az egyenetlen zsugorodás megvetemíti a műanyag részt. Ezért a fröccsöntő forma hűtésekor ügyelni kell az üreg és a mag hőmérsékleti egyensúlyára, és a kettő közötti hőmérséklet-különbség ne legyen túl nagy.
Amellett, hogy figyelembe vesszük, hogy a hőmérséklet a műanyag rész belső és külső felületén hajlamos kiegyenlíteni, a műanyag rész mindkét oldalán a hőmérsékletet is egyenletesnek kell tekinteni, vagyis amikor a forma kihűlt, igyekezzünk az üreg és a mag hőmérsékletét végig egyenletesen kell tartani, hogy a műanyag rész hűtési sebessége kiegyensúlyozott legyen, így a zsugorodás mindenhol egyenletesebb legyen, hatékonyan megakadályozva a deformációt. Ezért nagyon fontos a hűtővíznyílások elrendezése a formán. A csőfal és az üreg felülete közötti távolság meghatározása után a hűtővíz lyukak közötti távolságnak a lehető legkisebbnek kell lennie, hogy az üreg falának hőmérséklete egyenletes legyen.
Ugyanakkor, mivel a hűtőközeg hőmérséklete a hűtővízcsatorna hosszának növekedésével nő, a forma üregében és magjában a vízcsatorna mentén hőmérséklet-különbség lesz. Ezért az egyes hűtőkörök vízcsatorna hosszának 2 m-nél kisebbnek kell lennie. Több hűtőkört kell beépíteni nagy formákba, és az egyik kör bemenete a másik kör kimenetének közelében található. Hosszú műanyag alkatrészeknél hűtőkört kell alkalmazni a hűtőkör hosszának csökkentésére, vagyis a forma hőmérséklet-különbségének csökkentésére, így biztosítva a műanyag részek egyenletes hűtését.
A kilökőrendszer kialakítása közvetlenül befolyásolja a műanyag rész deformációját is. Ha a kilökőrendszer elrendezése kiegyensúlyozatlan, az kiegyensúlyozatlanságot okoz a kilökőerőben, és deformálja a műanyag részt. Ezért a kilökőrendszer kialakításakor törekedni kell a formázási ellenállással való egyensúlyra.
Ezenkívül a kilökőrúd keresztmetszete nem lehet túl kicsi, hogy megakadályozza a műanyag rész deformálódását az egységnyi felületre ható túlzott erő következtében (különösen, ha a formából való kivonási hőmérséklet túl magas). A kilökőcsapot a lehető legközelebb kell elhelyezni a legnagyobb kiszerelési ellenállású alkatrészhez. Annak előfeltétele, hogy ne befolyásolja a műanyag alkatrészek minőségét (beleértve a használati követelményeket, a méretpontosságot és a megjelenést stb.), a lehető legtöbb kidobócsapot kell beépíteni a műanyag alkatrészek általános deformációjának csökkentése érdekében.
kép
Ha puha műanyagot használnak nagy mélyüregű és vékony falú műanyag alkatrészek előállítására, a nagy formától való ellenállás és a puha anyag miatt, ha egyetlen mechanikus kilökési módszert alkalmaznak teljesen, a műanyag részek deformálódhatnak, vagy akár át is nyomódnak. Illetve a műanyag alkatrész selejtezésre kerül a hajtás miatt. Jobb lesz többkomponensű kombinációt vagy gáz (hidraulikus) nyomás és mechanikus kilökődés kombinációját használni.
A maradék hőfeszültség hatása a termékek vetemedésére és alakváltozására
A fröccsöntési folyamatban a maradék hőfeszültség fontos tényező, amely vetemedést és deformációt okoz, és nagyobb hatással van a fröccsöntött termékek minőségére. Mivel a maradó hőfeszültségnek a termék vetemedésére gyakorolt hatása nagyon összetett, a formatervezők ezt a fröccsöntő CAE szoftver segítségével elemezhetik és előre jelezhetik.
A műanyag olvadék formázási folyamata során az egyenetlen tájolás és zsugorodás miatt a belső feszültség egyenetlen, így miután a termék kiszabadul a formából, az egyenetlen belső feszültség hatására meghajlik és deformálódik. Ezért sok tudós a mechanika szemszögéből elemzi és számítja ki a termékek belső feszültségét és vetemedését. Egyes külföldi szakirodalomban a vetemedést az egyenetlen zsugorodásból származó maradékfeszültség okozza.
A fröccsöntés hűtési szakaszában, amikor a hőmérséklet magasabb, mint az üvegesedési hőmérséklet, a műanyag viszkoelasztikus folyadék, amelyet feszültséglazulás kísér: amikor a hőmérséklet alacsonyabb, mint az üvegesedési hőmérséklet, a műanyag megszilárdul. A műanyagoknak ez a folyadék-szilárd fázisátalakulása és feszültséglazítása a hűtés során nagy hatással van a termékek maradékfeszültségének és maradó deformációjának pontos előrejelzésére.
A műanyagok fázisátalakulása és feszültségrelaxációs viselkedése folyadékból szilárdba a hűtési fázis során. A meg nem kötött területen a műanyag viszkózus viselkedést mutat, amit viszkózus folyadék modell ír le; A kikeményedett területen a műanyag viszkoelasztikus viselkedést mutat, amelyet egy szabványos lineáris szilárdtestmodell ír le, viszkoelasztikus fázisátmeneti modellt és kétdimenziós végeselem-módszert használva a maradék termikus feszültségek és a megfelelő vetemedési deformációk előrejelzésére.
kép
A lágyító fokozat hatása a termék vetemedési deformációjára
A lágyítási szakaszban az üvegrészecskék viszkózus, folyékony halmazállapotúvá alakulnak, hogy biztosítsák a forma kitöltéséhez szükséges olvadékot. Ebben az eljárásban a polimer hőmérséklet-különbsége axiális és radiális irányban (a csavarhoz viszonyítva) feszültséget okoz a műanyagban; Ezenkívül a befecskendezőgép befecskendezési nyomása, sebessége és egyéb paraméterei nagyban befolyásolják a molekuláris orientáció mértékét a töltés során. , vetemedő deformációt okozva.
Használjon alacsony sebességet a befecskendezés elején, nagy sebességet a formaüreg kitöltésekor, és alacsony sebességet, amikor a betöltés a vége felé közelít. A befecskendezési sebesség szabályozásával és beállításával különféle nemkívánatos jelenségek, például sorja, permetnyomok, ezüstrudak vagy égési nyomok megelőzhetők és javíthatók.
A többlépcsős befecskendezési vezérlőprogram ésszerűen be tudja állítani a többlépcsős befecskendezési nyomást, a befecskendezési sebességet, a tartási nyomást és az olvadási módszert a futómű szerkezetének, a kapu formájának és a fröccsöntött rész szerkezetének megfelelően, ami kedvező. javítja a lágyító hatást és javítja a termék minőségét, csökkenti a hibaarányt és meghosszabbítja a penész/gép élettartamát.
A fröccsöntő gép olajnyomásának, csavarhelyzetének és csavarsebességének többszintű programon keresztül történő szabályozásával a fröccsöntőgép javíthatja a fröccsöntött alkatrészek megjelenését, javíthatja a zsugorodás, vetemedés és sorja megfelelő intézkedéseit, és csökkentheti a az egyes fröccsöntött részek méretbeli egyenetlenségei. .
A fröccsöntő gép olajnyomásának, csavarhelyzetének és csavarsebességének többszintű programon keresztül történő szabályozásával javíthatja a fröccsöntött alkatrészek megjelenését, javíthatja a zsugorodás, vetemedés és sorja megfelelő intézkedéseit, és csökkentheti az egyenetlenségeket. az egyes fröccsöntött részek méretétől függően. .
A formatöltési és hűtési szakaszok hatása a termék vetemedésére
A fröccsnyomás hatására az olvadt műanyag a formaüregbe kerül, lehűl és megszilárdul, ami a fröccsöntés kulcsfontosságú láncszeme. Ebben a folyamatban a hőmérséklet, a nyomás és a sebesség párosul egymással, ami nagy hatással van a műanyag alkatrészek minőségére és gyártási hatékonyságára.
A nagyobb nyomások és áramlási sebességek nagy nyírási sebességet generálnak, ami eltéréseket okoz a molekulák orientációjában az áramlás irányával párhuzamosan és arra merőlegesen, „fagyasztó hatást” hozva létre. A "fagyasztó hatás" fagyási feszültséget hoz létre, és a műanyag rész belső feszültségét képezi. A hőmérséklet deformációra gyakorolt hatását a következő szempontok tükrözik.
A. A műanyag részek felső és alsó felülete közötti hőmérséklet-különbség hőfeszültséget és termikus deformációt okoz;
B. A műanyag rész különböző területei közötti hőmérsékletkülönbség egyenetlen zsugorodást okoz a különböző területek között;
C. A különböző hőmérsékleti állapotok befolyásolják a műanyag alkatrészek zsugorodását.
A formázási szakasz hatása a termék vetemedési deformációjára
A műanyag részek többnyire üvegszerű polimerek az üreg elhagyása és szobahőmérsékletre hűtés során. A kiegyensúlyozatlan formából való kihúzási erő, a kilökő mechanizmus instabil mozgása vagy a formázás helytelen kilökési területe könnyen deformálhatja a terméket. Ugyanakkor a töltési és hűtési szakaszban a műanyag részbe fagyott feszültség a külső kényszerek elvesztése miatt deformáció formájában felszabadul, ami deformációt vetemedik.
Valódi 3D-s megközelítés a maradék feszültségek és a végső alak (zsugorodás és vetemedés) kiszámításához. Figyelembe vették a csomagolási szakasz hatását, három rétegre osztották a terméket, és háromdimenziós hálóval elemezték a maradó feszültséget és deformációt. , numerikus szimulációs modellt javasolunk az indukált maradó feszültségre és deformációra a tömörítési fázis után.
A maradó feszültség kiszámításakor termoviszkoelasztikus modellt használunk (beleértve a térfogat-relaxációt is). Az általa alkalmazott végeselemes módszer a síkelemekből összeállított héjelméletre épül, amely alkalmas vékonyfalú, összetett formájú fröccsöntött termékekhez.
kép
Megoldás a fröccsöntött termékek zsugorodása deformációra gyakorolt hatására
A fröccsöntött termékek vetemedésének közvetlen oka a műanyag alkatrészek egyenetlen zsugorodása. Ha a töltési folyamat során a zsugorodás hatását nem veszik figyelembe a formatervezési szakaszban, a termék geometriai alakja nagymértékben eltér a tervezési követelményektől, és a súlyos deformáció a termék selejtezését okozza. A töltési szakasz okozta deformáció mellett a forma felső és alsó fala közötti hőmérséklet-különbség is a műanyag rész felső és alsó felülete közötti zsugorodási különbséget okozza, ami deformációt eredményez.
A vetemedés elemzésénél maga a zsugorodás nem fontos, de a zsugorodás különbsége fontos. A fröccsöntési eljárás során a műanyag zsugorodási sebessége az áramlási irányban nagyobb, mint a függőleges irányban, mivel a polimer molekulák az áramlási irány mentén helyezkednek el az olvadt műanyag fröccsöntési szakaszában, ami deformációt eredményez. a fröccsöntött részből. Általában az egyenletes zsugorodás csak a műanyag alkatrészek térfogatában okoz változást, és csak az egyenetlen zsugorodás okozhat vetemedési deformációt.
A kristályos műanyagok áramlási irányú és függőleges irányú zsugorodási sebessége közötti különbség nagyobb, mint az amorf műanyagoké, és zsugorodási sebessége is nagyobb, mint az amorf műanyagoké. A kristályos műanyagok nagy zsugorodási sebességének szuperpozíciója és a zsugorodás anizotrópiája azt eredményezi, hogy a kristályos műanyagok sokkal nagyobb hajlamot mutatnak a vetemedésre, mint az amorf műanyagok.
A termék geometriai alakjának elemzése alapján kiválasztott többlépcsős fröccsöntési eljárás: mivel a termék ürege mély és a fal vékony, a formaüreg hosszú és keskeny áramlási csatornát képez, és az olvadéknak folynia kell ezen a részen nagyon gyorsan keresztül Ellenkező esetben könnyen lehűl és megszilárdul, ami a formaüreg kitöltésének veszélyéhez vezet, ezért itt kell beállítani a nagy sebességű befecskendezést.
A nagy sebességű befecskendezés azonban sok mozgási energiát hoz az olvadékba. Amikor az olvadék a fenékre áramlik, nagy tehetetlenségi hatást fejt ki, ami energiaveszteséget és túlcsordulást eredményez. Ekkor az olvadást le kell lassítani, és a töltési nyomást csökkenteni kell. Tartsa fenn az úgynevezett tartónyomást (másodlagos nyomás, utónyomás), hogy az olvadék kiegészítse az ömledék zsugorodását a formaüregbe, mielőtt a kapu megszilárdul, ami előírja a többlépcsős injektálási sebesség és a befecskendezési nyomás követelményeit. öntési folyamat.
Megoldás a termék megvetemedésére és deformációjára a maradék hőfeszültség miatt
A folyadékfelszín sebességének állandónak kell lennie. Gyors injektálást kell alkalmazni, hogy az olvadék ne fagyjon meg a befecskendezési folyamat során. A lövési sebesség beállításának lehetővé kell tennie a kritikus területek (például futók) gyors feltöltését, miközben lassít a vízbemenetnél. A befecskendezési sebességnek biztosítania kell, hogy a formaüreg feltöltődjön, és azonnal leálljon a túltöltés, a felvillanás és a maradék feszültség elkerülése érdekében.
