Enjeksiyonla kalıplanmış ürünlerin deformasyonu
Deformasyon, ince kabuklu plastik parçaların enjeksiyonla kalıplanmasındaki yaygın kusurlardan biridir, çünkü eğrilme deformasyonunun doğru tahminini içerir ve farklı malzeme ve şekillerdeki enjeksiyonla kalıplanmış parçaların eğrilme deformasyonu yasaları büyük ölçüde değişir. Eğilme miktarı izin verilen hatayı aştığında, ürün montajını etkileyen bir şekillendirme kusuru haline gelir.
Çok sayıda giderek ince duvarlı parçanın (duvar kalınlığı 2 mm'den az) eğrilme deformasyonunun doğru tahmini, eğrilme kusurlarının etkin kontrolü için bir ön koşuldur. Eğilme deformasyonu analizi çoğunlukla kalitatif analizi benimser ve büyük eğrilme deformasyonunu mümkün olduğunca önlemek için ürün tasarımı, kalıp tasarımı ve enjeksiyon kalıplama prosesi koşullarından önlemler alınır.
sebep analizi
Kalıba dökmek
Enjeksiyon kalıbı kapısının konumu, şekli ve kapı sayısı, plastiğin kalıp boşluğundaki doluluk durumunu etkileyerek plastik parçanın deformasyonuna neden olacaktır.
Akış mesafesi ne kadar uzun olursa, donmuş katman ile merkezi akış katmanı arasındaki akış ve beslemenin neden olduğu iç gerilim o kadar büyük olur; aksine, akış mesafesi ne kadar kısa olursa, kapıdan parçanın akış ucuna kadar olan akış süresi o kadar kısa olur ve kalıp doldururken donar. deformasyon da büyük ölçüde azalır. Yalnızca bir merkez kapı veya bir yan kapı kullanılırsa, kalıplanmış plastik parça bozulacaktır çünkü çap yönündeki çekme oranı çevresel yöndekinden daha fazladır; bunun yerine çok noktalı geçitler kullanılırsa, eğrilmeyi ve deformasyonu etkili bir şekilde önleyebilir.
Kalıplama için punta döküm kullanıldığında, ayrıca plastik çekmenin anizotropisi nedeniyle, kapıların konumu ve sayısı plastik parçaların deformasyon derecesi üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Yüzde 30 cam elyaf takviyeli PA6 kullanıldığından, elde edilen 4,95 kg ağırlığa sahip enjeksiyonla kalıplanmış büyük bir parçadır, bu nedenle, her kapının tamamen dengelenebilmesi için çevre duvarların akış yönü boyunca çok sayıda takviye nervürü vardır.
Ek olarak, birden fazla geçidin kullanılması plastik akış oranını (L/t) kısaltabilir, böylece kalıp boşluğundaki malzeme yoğunluğu daha üniform ve büzülme daha üniform olur. Aynı zamanda tüm plastik kısım küçük bir enjeksiyon basıncı altında doldurulabilir. Daha düşük enjeksiyon basıncı, plastiğin moleküler oryantasyon eğilimini azaltabilir ve iç gerilimini azaltabilir, böylece plastik parçaların deformasyonunu azaltabilir.
resim
Kalıp sıcaklığı: Kalıp sıcaklığı, ürünün iç performansı ve görünür kalitesi üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Kalıbın sıcaklığı, plastik kristalliğin varlığına veya yokluğuna, ürünün boyutuna ve yapısına, performans gerekliliklerine ve diğer işlem koşullarına (eriyik sıcaklığı, enjeksiyon hızı ve enjeksiyon basıncı, kalıplama döngüsü vb.)
Basınç kontrolü: Enjeksiyon kalıplama işlemindeki basınç, plastikleştirme basıncını ve enjeksiyon basıncını içerir ve plastiklerin plastikleştirilmesini ve ürün kalitesini doğrudan etkiler.
Plastik ürünlerin bükülmesini incelemek için deneysel yöntemlerin kullanılması, esas olarak malzeme özelliklerinin, ürün geometrisi ve boyutunun ve enjeksiyon kalıplama proses koşullarının ürün bükülmesi üzerindeki etkilerinin incelenmesine yansır. Kapı geometrisinin, paketleme parametrelerinin (tutma basıncı ve tutma süresi) ve kalıp esnekliğinin ürünün nihai boyutu üzerindeki etkisini elde etmek için çok sayıda deney tasarlanmıştır.
Polimer tabanı olarak PET kullanılmış ve farklı malzemelerin ve farklı duvar kalınlıklarına sahip panellerin eğrilme özellikleri incelenmiştir. Yüzde 33 cam takviyeli elyaf PA66 enjeksiyon kalıplı diskin takviye oranı, doğrusal termal genleşme katsayısının anizotropisi, ürünün kalınlığı ve eğrilme arasındaki ilişki deneysel olarak incelendi ve ilk kez çarpıtma indeksi kavramı önerildi. . Çarpma karakteristikleri ve çözgü indeksi, çözgü ve lif oryantasyon durumu arasındaki ilişki ve verim ve çarpıtma indeksi arasındaki ilişki incelenmiştir.
Eğilme deformasyonunu incelemeye yönelik deneysel yöntem, genellikle belirli bir geometrik şekil, belirli malzeme ve işlem koşulları ile sınırlıdır ve birçok faktörün eğrilme deformasyonu üzerindeki etkisini tam olarak değerlendiremez ve ürün tasarım aşamasında olası eğrilmeyi tahmin edemez. Deformasyonun boyutu. Gerçek kullanımda ampirik formülün sınırlamaları da açıktır, yalnızca deneysel koşullardan etkilenmekle kalmaz, aynı zamanda deneysel verilerin işleme yöntemi ve ampirik formülün uygulama koşulları ve ampirik bir formül gibi birçok faktörle de ilgilidir. sadece deneysel koşullar için uygundur. üretim sürecine yakın.
resim
büzülme/çözgü
Eğilme deformasyonu eşit olmayan çekme ile ilgili olduğundan, çekme ve ürün çarpması arasındaki ilişki, farklı plastiklerin farklı işlem koşulları altında çekme davranışları incelenerek analiz edilir. Enjeksiyon kalıplama akışı, tutma basıncı ve soğutma simülasyonu temelinde, deneyler ve doğrusal regresyon yöntemleri yoluyla, enjeksiyon kalıplı ürünlerin çekmesini tahmin etmek için bir model önerilmiştir. Rötre tahminine dayalı olarak, yapısal analiz simülasyon programları aracılığıyla ürünlerin deformasyonu hesaplanır.
Büzülme oranı yüksek malzemelerle boyutsal doğruluğu yüksek ürünler elde etmek zordur. Yüksek hassasiyet elde etmek için mümkün olduğunca amorf reçineler ve her yönde tutarlı büzülme gösteren reçineler kullanılmalıdır. Birçok malzeme için, ürünün çekmesi, akış hızı, tutma basıncı, tutma süresi, kalıp sıcaklığı, dolum süresi, ürün kalınlığı ve diğer parametrelerin değiştirildiği koşullar altında ölçülür.
Test sonuçlarına göre, ürünün çekmesi üç kısma ayrılır: hacimsel çekme, moleküler oryantasyondan kaynaklanan düzensiz çekme ve dengesiz soğutmadan kaynaklanan düzensiz çekme. Hacimsel büzülme, kristal içerik, kalıp tutma, plastik oryantasyon vb. için büzülme tahmin yöntemleri, büzülme gerilimini tahmin etmek için akış ve soğuma analizi sonuçlarını kullanır.
Soğutma Sistemi Tasarımı
Enjeksiyon işlemi sırasında, plastik parçanın eşit olmayan soğuma hızı da plastik parçanın eşit olmayan şekilde büzülmesine neden olacaktır. Büzülmedeki bu fark, bükülme momentinin oluşmasına ve plastik parçanın bükülmesine yol açacaktır.
Enjeksiyon kalıplama düz plastik parçalarda kullanılan kalıp boşluğu ile maça arasındaki sıcaklık farkı çok büyükse, soğuk kalıp boşluğunun yüzeyine yakın eriyik hızla soğurken, sıcak kalıp boşluğunun yüzeyine yakın malzeme tabakası büzülmeye devam edecek, düzensiz büzülme plastik parçayı eğecektir. Bu nedenle, enjeksiyon kalıbının soğutulması, boşluğun ve çekirdeğin sıcaklık dengesine dikkat etmeli ve ikisi arasındaki sıcaklık farkı çok büyük olmamalıdır.
Plastik parçanın iç ve dış yüzeylerindeki sıcaklığın dengeli olma eğiliminde olduğu düşünüldüğü gibi, plastik parçanın her iki tarafındaki sıcaklığın da tutarlı olduğu düşünülmeli, yani kalıp soğuduğunda, Plastik parçanın soğuma hızı Dengeli olacak şekilde boşluğun ve göbeğin sıcaklığını baştan sona eşit tutun, böylece çekme her yerde daha üniform olacak ve deformasyonu etkili bir şekilde önleyecektir. Bu nedenle soğutma suyu deliklerinin kalıp üzerinde düzenlenmesi çok önemlidir. Boru duvarından boşluk yüzeyine olan mesafe belirlendikten sonra, boşluk duvarının sıcaklığının eşit olmasını sağlamak için soğutma suyu delikleri arasındaki mesafe mümkün olduğunca küçük olmalıdır.
Aynı zamanda, soğutma suyu kanalının uzunluğunun artmasıyla soğutma ortamının sıcaklığı arttığından, kalıbın boşluğu ve göbeği, su kanalı boyunca bir sıcaklık farkına sahip olacaktır. Bu nedenle her bir soğutma devresinin su kanalı uzunluğunun 2m'den az olması gerekmektedir. Büyük kalıplarda birkaç soğutma devresi kurulmalı ve bir devrenin girişi diğer devrenin çıkışına yakın olmalıdır. Uzun plastik parçalar için, soğutma devresinin uzunluğunu azaltmak, yani kalıbın sıcaklık farkını azaltmak, böylece plastik parçaların düzgün soğutulmasını sağlamak için bir soğutma devresi kullanılmalıdır.
Fırlatma sisteminin tasarımı da plastik parçanın deformasyonunu doğrudan etkiler. Fırlatma sisteminin düzeninin dengesiz olması, fırlatma kuvvetinde dengesizliğe neden olur ve plastik parçayı deforme eder. Bu nedenle, fırlatma sistemi tasarlanırken, kalıptan çıkarma direnci ile dengelenmeye çalışılmalıdır.
Ayrıca ejektör çubuğunun kesit alanı, birim alana düşen aşırı kuvvet nedeniyle (özellikle kalıptan çıkarma sıcaklığı çok yüksek olduğunda) plastik parçanın deforme olmasını önlemek için çok küçük olmamalıdır. Ejektör pimi, en yüksek kalıptan çıkarma direncine sahip parçaya mümkün olduğu kadar yakın yerleştirilmelidir. Plastik parçaların kalitesini (kullanım gereklilikleri, boyutsal doğruluk ve görünüm vb. dahil) etkilememe öncülü altında, plastik parçaların genel deformasyonunu azaltmak için mümkün olduğu kadar çok sayıda ejektör pimi takılmalıdır.
resim
Yüksek kalıptan çıkarma direnci ve yumuşak malzeme nedeniyle geniş derin boşluklu ve ince duvarlı plastik parçalar üretmek için yumuşak plastik kullanıldığında, tek bir mekanik püskürtme yöntemi tamamen benimsenirse, plastik parçalar deforme olur ve hatta itilir. Veya plastik kısım katlanmadan dolayı hurdaya çıkacaktır. Çok bileşenli bir kombinasyon veya gaz (hidrolik) basınç ve mekanik püskürtme kombinasyonu kullanmak daha iyi olacaktır.
Kalıntı Termal Gerilmenin Ürünlerin Eğilmesi ve Deformasyonu Üzerindeki Etkisi
Enjeksiyon kalıplama işleminde artık termal gerilim, eğrilmeye ve deformasyona neden olan önemli bir faktördür ve enjeksiyonla kalıplanmış ürünlerin kalitesi üzerinde daha büyük bir etkiye sahiptir. Artık termal gerilimin ürün eğriliği üzerindeki etkisi çok karmaşık olduğundan, kalıp tasarımcıları enjeksiyon kalıplama CAE yazılımının yardımıyla bunu analiz edebilir ve tahmin edebilir.
Plastik eriyiğin kalıplama işlemi sırasında, düzensiz yönlendirme ve büzülme nedeniyle, iç gerilim eşit değildir, bu nedenle ürün kalıptan çıktıktan sonra, eşit olmayan iç gerilimin etkisi altında bükülür ve deforme olur. Bu nedenle birçok bilim insanı, ürünlerin iç gerilimini ve çarpılmasını mekanik açıdan analiz eder ve hesaplar. Bazı yabancı literatürlerde, çarpıklığın düzensiz büzülmeden kaynaklanan artık gerilimden kaynaklandığı düşünülmektedir.
Enjeksiyon kalıplamanın soğutma aşamasında, sıcaklık cam geçiş sıcaklığından yüksek olduğunda, plastik viskoelastik bir sıvıdır ve buna stres gevşemesi eşlik eder: sıcaklık cam geçiş sıcaklığından düşük olduğunda, plastik katı hale gelir. Soğutma sırasında plastiklerin bu sıvı-katı faz geçişi ve gerilim gevşemesi, ürünlerin artık geriliminin ve artık deformasyonunun doğru tahmin edilmesi üzerinde büyük bir etkiye sahiptir.
Soğutma aşamasında sıvıdan katıya plastiklerin faz geçişi ve gerilim gevşeme davranışı. Kürleşmemiş alan için plastik, viskoz bir sıvı modeli ile tanımlanan viskoz bir davranış sergiler; kürlenmiş alan için plastik, viskoelastik faz geçiş modeli ve termal kalıntı gerilimleri ve karşılık gelen çarpılma deformasyonlarını tahmin etmek için iki boyutlu bir sonlu eleman yöntemi kullanan standart bir lineer katı model tarafından tanımlanan viskoelastik bir davranış sergiler.
resim
Plastikleştirme aşamasının ürün eğilme deformasyonuna etkisi
Plastikleştirme aşamasında cam parçacıkları, kalıbı doldurmak için gerekli olan eriyiği sağlamak üzere viskoz bir sıvı haline dönüştürülür. Bu işlemde, polimerin eksenel yöndeki ve radyal yöndeki (vidaya göre) sıcaklık farkı plastikte strese neden olur; ayrıca enjeksiyon makinesinin enjeksiyon basıncı, hızı ve diğer parametreleri, doldurma sırasındaki moleküler yönelim derecesini büyük ölçüde etkileyecektir. , eğilme deformasyonuna neden olur.
Enjeksiyon başlangıcında düşük hız, kalıp boşluğunu doldururken yüksek hız ve doldurma sona yaklaştığında düşük hızlı enjeksiyon kullanın. Enjeksiyon hızının kontrolü ve ayarlanması sayesinde çapak, püskürtme izleri, gümüş çubuklar veya yanık izleri gibi çeşitli istenmeyen olaylar önlenebilir ve iyileştirilebilir.
Çok aşamalı enjeksiyon kontrol programı, çok aşamalı enjeksiyon basıncını, enjeksiyon hızını, tutma basıncını ve eritme yöntemini, yolluğun yapısına, geçidin biçimine ve elverişli olan enjeksiyonla kalıplanmış parçanın yapısına göre makul bir şekilde ayarlayabilir. plastikleştirici etkiyi iyileştirmek ve Ürün kalitesini iyileştirmek, kusur oranını azaltmak ve kalıp/makine ömrünü uzatmak.
Enjeksiyon kalıplama makinesinin yağ basıncını, vida konumunu ve vida hızını çok seviyeli bir program aracılığıyla kontrol ederek, kalıplanmış parçaların görünümünü iyileştirmeye, çekme, eğrilme ve çapak için ilgili önlemleri iyileştirmeye ve azaltmayı amaçlayabilir. her kalıbın enjeksiyonla kalıplanmış her bir parçasının boyut eşitsizliği. .
Enjeksiyon kalıplama makinesinin yağ basıncını, vida konumunu ve vida hızını çok seviyeli bir program aracılığıyla kontrol ederek, kalıplanmış parçaların görünümünü iyileştirmeye, çekme, eğrilme ve çapak için ilgili önlemleri iyileştirmeye ve pürüzlülüğü azaltmaya çalışabilir. her bir kalıbın enjeksiyonla kalıplanmış parçasının boyutunun. .
Kalıp doldurma ve soğutma aşamalarının ürün çarpıklığına etkisi
Enjeksiyon basıncının etkisi altında, erimiş plastik kalıp boşluğuna doldurulur, soğutulur ve enjeksiyon kalıplamanın ana halkası olan boşlukta katılaşır. Bu süreçte sıcaklık, basınç ve hız birbiriyle bağlantılıdır ve bu da plastik parçaların kalitesi ve üretim verimliliği üzerinde büyük etkiye sahiptir.
Daha yüksek basınçlar ve akış hızları, bir "donma etkisi" yaratarak, akış yönüne paralel ve dik olan moleküllerin yönlenmesinde farklılıklara neden olan yüksek kesme hızları oluşturur. "Donma etkisi", donma gerilimi üretecek ve plastik parçanın iç gerilimini oluşturacaktır. Sıcaklığın eğilme deformasyonu üzerindeki etkisi aşağıdaki yönlerde yansıtılmaktadır.
A. Plastik parçaların üst ve alt yüzeyleri arasındaki sıcaklık farkı, termal strese ve termal deformasyona neden olur;
B. Plastik parçanın farklı alanları arasındaki sıcaklık farkı, farklı alanlar arasında eşit olmayan büzülmeye neden olur;
C. Farklı sıcaklık durumları plastik parçaların çekmesini etkiler.
Kalıptan çıkarma aşamasının ürünün eğilme deformasyonuna etkisi
Plastik parçalar, boşluktan çıkma ve oda sıcaklığına soğutma sürecinde çoğunlukla camsı polimerlerdir. Dengesiz kalıptan çıkarma kuvveti, fırlatma mekanizmasının dengesiz hareketi veya kalıptan çıkarmanın uygun olmayan fırlatma alanı ürünü kolayca deforme edebilir. Aynı zamanda, doldurma ve soğutma aşamalarında plastik parçada donan gerilim, dış baskıların kaybolması nedeniyle deformasyon şeklinde salınır ve bu da eğrilme deformasyonuna neden olur.
Artık gerilmeleri ve nihai şekli (büzülme ve eğrilme) hesaplamak için gerçek 3B yaklaşım. Paketleme aşamasının etkisini değerlendirdiler, ürünü üç katmana ayırdılar ve artık gerilimi ve deformasyonu üç boyutlu bir ağ ile analiz ettiler. , paketleme aşamasından sonra indüklenen artık gerilme ve deformasyon için sayısal bir simülasyon modeli önerilmiştir.
Kalıntı gerilimi hesaplarken, bir termoviskoelastik model (hacim gevşemesi dahil) kullanılır. Benimsediği sonlu elemanlar yöntemi, karmaşık şekillere sahip ince cidarlı enjeksiyonla kalıplanmış ürünler için uygun olan düzlemsel elemanlardan oluşan kabuk teorisine dayanmaktadır.
resim
Enjeksiyonla kalıplanmış ürünlerin çekmesinin çözgü deformasyonu üzerindeki etkisine çözüm
Enjeksiyonla kalıplanmış ürünlerin eğrilmesinin doğrudan nedeni, plastik parçaların düzensiz büzülmesidir. Doldurma işlemi sırasındaki büzülmenin etkisi kalıp tasarım aşamasında dikkate alınmaz ise, ürünün geometrik şekli tasarım gerekliliklerinden çok farklı olacak ve ciddi deformasyon ürünün hurdaya çıkmasına neden olacaktır. Doldurma aşamasından kaynaklanan deformasyona ek olarak kalıbın üst ve alt cidarları arasındaki sıcaklık farkı da plastik parçanın üst ve alt yüzeyleri arasındaki büzülme farkına neden olarak çarpılma deformasyonuna neden olur.
Eğilme analizi için çekmenin kendisi önemli değildir, ancak çekmedeki fark önemlidir. Enjeksiyon kalıplama işleminde, erimiş plastiğin enjeksiyon kalıplama aşaması sırasında polimer moleküllerinin akış yönü boyunca düzenlenmesi nedeniyle plastiğin akış yönündeki büzülme oranı dikey yöndekinden daha yüksektir ve bu da eğilme deformasyonuna neden olur enjeksiyonla kalıplanmış parçanın. Genel olarak, tekdüze çekme yalnızca plastik parçaların hacminde değişikliklere neden olur ve yalnızca eşit olmayan çekme, eğilme deformasyonuna neden olabilir.
Kristalin plastiklerin akış yönündeki ve dikey yöndeki büzülme oranı arasındaki fark, amorf plastiklerinkinden daha büyüktür ve büzülme oranı da amorf plastiklerinkinden daha büyüktür. Kristalin plastiklerin büyük büzülme oranlarının ve büzülmenin anizotropisinin üst üste binmesi, Kristalin plastiklerin amorf plastiklere göre çok daha fazla eğilme eğilimine sahip olmasına yol açar.
Ürünün geometrik şeklinin analizine göre seçilen çok aşamalı enjeksiyon kalıplama işlemi: ürünün boşluğu derin ve duvar ince olduğundan, kalıp boşluğu uzun ve dar bir akış kanalı oluşturur ve eriyik akmalıdır Aksi takdirde soğuması ve katılaşması kolaydır, bu da kalıp boşluğunu doldurma tehlikesine yol açacaktır, bu nedenle yüksek hızlı enjeksiyon burada ayarlanmalıdır.
Bununla birlikte, yüksek hızlı enjeksiyon, eriyiğe çok fazla kinetik enerji getirecektir. Eriyik dibe doğru aktığında, büyük bir atalet etkisi üreterek enerji kaybına ve taşmaya neden olur. Bu esnada erimenin yavaşlatılması ve doldurma basıncının düşürülmesi gerekir. Eriyiğin, çok aşamalı enjeksiyon hızı ve enjeksiyon üzerindeki basınç için gereklilikleri ortaya koyan kapı katılaşmadan önce eriyiğin kalıp boşluğuna büzülmesini tamamlamasını sağlamak için sözde tutma basıncını (ikincil basınç, takip basıncı) koruyun. kalıplama işlemi.
Artık termal stres nedeniyle ürün bükülmesine ve deformasyona çözüm
Akışkan yüzeyinin hızı sabit olmalıdır. Enjeksiyon işlemi sırasında eriyiğin donmaması için hızlı enjeksiyon kullanılmalıdır. Atış hızı ayarı, su girişinde yavaşlarken kritik alanlarda (yolluklar gibi) hızlı dolum yapılmasına izin vermelidir. Enjeksiyon hızı, kalıp boşluğunun dolmasını ve aşırı doldurmayı, parlamayı ve artık gerilimi önlemek için hemen durmasını sağlamalıdır.
