تغییر شکل محصولات قالب گیری تزریقی
تغییر شکل یکی از عیوب رایج در قالبگیری تزریقی قطعات پلاستیکی پوسته نازک است، زیرا شامل پیشبینی دقیق تغییر شکل تاب میشود و قوانین تغییر شکل تاب خوردگی قطعات قالبگیری تزریقی مواد و اشکال مختلف بسیار متفاوت است. هنگامی که مقدار تاب خوردگی بیش از خطای مجاز باشد، به یک نقص شکل دهی تبدیل می شود که به نوبه خود بر مونتاژ محصول تأثیر می گذارد.
پیشبینی دقیق تغییر شکل انحراف تعداد زیادی از قطعات جدار نازک فزاینده (ضخامت دیواره کمتر از 2 میلیمتر) یک پیشنیاز برای کنترل مؤثر عیوب تاب است. تجزیه و تحلیل تغییر شکل تاب خوردگی عمدتاً از تجزیه و تحلیل کیفی استفاده می کند و اقداماتی از طراحی محصول، طراحی قالب و شرایط فرآیند قالب گیری تزریقی انجام می شود تا تا حد امکان از تغییر شکل انحنای بزرگ جلوگیری شود.
تحلیلی بر علل
قالب
موقعیت، شکل و تعداد دروازههای گیت قالب تزریقی بر وضعیت پر شدن پلاستیک در حفره قالب تأثیر میگذارد و در نتیجه باعث تغییر شکل قسمت پلاستیکی میشود.
هرچه فاصله جریان بیشتر باشد، تنش داخلی ناشی از جریان و تغذیه بین لایه منجمد و لایه جریان مرکزی بیشتر است. برعکس، هرچه فاصله جریان کمتر باشد، زمان جریان از دروازه تا انتهای جریان قطعه کوتاهتر میشود و قالب هنگام پر کردن یخ میزند. ضخامت لایه نازک میشود، تنش داخلی کاهش مییابد و تاب خوردگی تغییر شکل نیز تا حد زیادی کاهش می یابد. اگر فقط از یک دروازه مرکزی یا یک دروازه جانبی استفاده شود، قسمت پلاستیکی قالبگیری شده دچار اعوجاج میشود، زیرا نرخ انقباض در جهت قطر بیشتر از جهت محیطی است. اگر به جای آن از دروازه های چند نقطه ای استفاده شود، می توان به طور موثری از تاب برداشتن و تغییر شکل جلوگیری کرد.
هنگامی که از ریخته گری نقطه ای برای قالب گیری استفاده می شود، همچنین به دلیل ناهمسانگردی انقباض پلاستیک، موقعیت و تعداد دروازه ها تأثیر زیادی بر میزان تغییر شکل قطعات پلاستیکی دارد. از آنجایی که 30 درصد PA6 تقویت شده با الیاف شیشه استفاده می شود، قطعه بزرگ تزریقی با وزن 4.95 کیلوگرم به دست می آید، بنابراین دنده های تقویت کننده زیادی در امتداد جهت جریان دیوارهای اطراف وجود دارد، به طوری که هر دروازه می تواند کاملاً متعادل شود.
علاوه بر این، استفاده از دروازه های متعدد همچنین می تواند نسبت جریان پلاستیک (L/t) را کوتاه کند، به طوری که چگالی مواد در حفره قالب یکنواخت تر و انقباض یکنواخت تر است. در عین حال، کل قسمت پلاستیکی را می توان تحت فشار تزریق کوچک پر کرد. فشار تزریق کمتر می تواند تمایل جهت گیری مولکولی پلاستیک را کاهش دهد و تنش داخلی آن را کاهش دهد، بنابراین تغییر شکل قطعات پلاستیکی را کاهش می دهد.
تصویر
دمای قالب: دمای قالب تاثیر زیادی بر عملکرد داخلی و کیفیت ظاهری محصول دارد. دمای قالب به وجود یا عدم وجود بلورینگی پلاستیک، اندازه و ساختار محصول، الزامات عملکرد و سایر شرایط فرآیند (دمای ذوب، سرعت تزریق و فشار تزریق، چرخه قالبگیری و غیره) بستگی دارد.
کنترل فشار: فشار در فرآیند قالب گیری تزریقی شامل فشار پلاستیک سازی و فشار تزریق است و به طور مستقیم بر پلاستیک سازی پلاستیک و کیفیت محصول تأثیر می گذارد.
استفاده از روش های تجربی برای مطالعه تاب خوردگی محصولات پلاستیکی عمدتاً در مطالعه اثرات خواص مواد، هندسه و اندازه محصول و شرایط فرآیند قالب گیری تزریقی بر تاب خوردگی محصول منعکس می شود. تعداد زیادی آزمایش برای به دست آوردن تأثیر هندسه دروازه، پارامترهای بسته بندی (فشار نگهداری و زمان نگهداری) و کشش قالب بر روی اندازه نهایی محصول طراحی شد.
PET به عنوان پایه پلیمری مورد استفاده قرار گرفت و ویژگی های تاب خوردگی مواد مختلف و پانل های ضخامت دیواره های مختلف مورد مطالعه قرار گرفت. رابطه بین نسبت تقویتی دیسک قالبگیری تزریقی PA66 الیاف تقویتشده با شیشه 33 درصد، ناهمسانگردی ضریب انبساط حرارتی خطی، ضخامت محصول و تابخوردگی بهطور تجربی مورد بررسی قرار گرفت و مفهوم شاخص تابخوردگی برای اولین بار ارائه شد. . ویژگیهای تابخوردگی، و رابطه بین شاخص تاب، تاب و حالت جهتگیری الیاف، و رابطه بین عملکرد و شاخص تابخوردگی مورد مطالعه قرار گرفت.
روش آزمایشی برای مطالعه تغییر شکل تاب اغلب به یک شکل هندسی خاص، شرایط مواد و فرآیند خاص محدود میشود و نمیتواند تأثیر بسیاری از عوامل را بر تغییر شکل تابخوردگی به طور کامل در نظر بگیرد و نمیتواند انحنای احتمالی را در مرحله طراحی محصول پیشبینی کند. اندازه تغییر شکل. در استفاده واقعی، محدودیتهای فرمول تجربی نیز آشکار است، نه تنها تحت تأثیر شرایط تجربی، بلکه به عوامل بسیاری مانند روش پردازش دادههای تجربی و شرایط کاربرد فرمول تجربی و یک فرمول تجربی مربوط میشود. فقط برای شرایط تجربی مناسب است. نزدیک به فرآیند تولید
تصویر
کوچک کردن/پیچیدن
از آنجایی که تغییر شکل تاب به انقباض ناهموار مربوط می شود، رابطه بین انقباض و انحنای محصول با مطالعه رفتار انقباض پلاستیک های مختلف تحت شرایط مختلف فرآیند تحلیل می شود. بر اساس جریان قالبگیری تزریقی، شبیهسازی فشار نگهداری و سرمایش، از طریق آزمایشها و روشهای رگرسیون خطی، مدلی برای پیشبینی انقباض محصولات قالبگیری تزریقی پیشنهاد شده است. بر اساس پیشبینی انقباض، تغییر شکل محصولات از طریق برنامههای شبیهسازی تحلیل ساختاری محاسبه میشود.
به دست آوردن محصولاتی با دقت ابعادی بالا با موادی با نرخ انقباض بالا دشوار است. برای تلاش برای دقت بالا، رزین های آمورف و رزین هایی با انقباض ثابت در همه جهات باید تا حد امکان استفاده شود. برای بسیاری از مواد، انقباض محصول تحت شرایط تغییر نرخ جریان، فشار نگهداری، زمان نگهداری، دمای قالب، زمان پر شدن، ضخامت محصول و سایر پارامترها اندازه گیری می شود.
با توجه به نتایج آزمایش، انقباض محصول به سه قسمت تقسیم می شود: انقباض حجمی، انقباض ناهموار ناشی از جهت گیری مولکولی و انقباض ناهموار ناشی از خنک سازی نامتعادل. روش های پیش بینی انقباض برای انقباض حجمی، محتوای کریستالی، محصور شدن قالب، جهت گیری پلاستیک و غیره، از نتایج تحلیل جریان و خنک کننده برای پیش بینی کرنش انقباض استفاده می کنند.
طراحی سیستم خنک کننده
در طی فرآیند تزریق، سرعت سرد شدن ناهموار قطعه پلاستیکی نیز باعث انقباض ناهموار قطعه پلاستیکی خواهد شد. این تفاوت در انقباض منجر به ایجاد لنگر خمشی و تاب برداشتن قطعه پلاستیکی خواهد شد.
اگر اختلاف دما بین حفره قالب و هسته مورد استفاده در قطعات پلاستیکی تخت قالب تزریقی خیلی زیاد باشد، مذاب نزدیک به سطح حفره قالب سرد به سرعت خنک می شود، در حالی که لایه مواد نزدیک به سطح حفره قالب داغ است. به کوچک شدن ادامه می دهد، انقباض ناهموار قسمت پلاستیکی را منحرف می کند. بنابراین در خنک شدن قالب تزریق باید به تعادل دمایی حفره و هسته توجه کرد و اختلاف دمای بین این دو نباید خیلی زیاد باشد.
علاوه بر این که دمای سطوح داخلی و خارجی قطعه پلاستیکی متمایل به متعادل بودن است، دمای هر طرف قسمت پلاستیکی را نیز باید ثابت در نظر گرفت، یعنی زمانی که قالب سرد می شود سعی کنید دمای حفره و هسته را در سراسر یکنواخت نگه دارید، به طوری که سرعت خنک کننده قسمت پلاستیکی متعادل باشد، به طوری که انقباض در همه جا یکنواخت تر باشد، به طور موثر از تغییر شکل جلوگیری می کند. بنابراین چیدمان سوراخ های آب خنک کننده روی قالب بسیار مهم است. پس از تعیین فاصله دیواره لوله تا سطح حفره، فاصله بین سوراخ های آب خنک کننده باید تا حد امکان کوچک باشد تا از یکنواخت بودن دمای دیواره حفره اطمینان حاصل شود.
در عین حال، از آنجایی که دمای محیط خنککننده با افزایش طول کانال آب خنککننده افزایش مییابد، حفره و هسته قالب در طول کانال آب اختلاف دمایی خواهند داشت. بنابراین طول کانال آب هر مدار خنک کننده باید کمتر از 2 متر باشد. چندین مدار خنک کننده باید در قالب های بزرگ راه اندازی شود و ورودی یک مدار در نزدیکی خروجی مدار دیگر قرار دارد. برای قطعات پلاستیکی بلند باید از مدار خنک کننده استفاده کرد تا طول مدار خنک کننده کاهش یابد، یعنی اختلاف دمای قالب کاهش یابد تا از خنک شدن یکنواخت قطعات پلاستیکی اطمینان حاصل شود.
طراحی سیستم پرتاب نیز مستقیماً بر تغییر شکل قسمت پلاستیکی تأثیر می گذارد. اگر چیدمان سیستم پرتاب نامتعادل باشد، باعث عدم تعادل در نیروی پرتاب و تغییر شکل قسمت پلاستیکی می شود. بنابراین، هنگام طراحی سیستم پرتاب، باید تلاش کرد تا با مقاومت قالبگیری متعادل شود.
علاوه بر این، سطح مقطع میله اجکتور نباید خیلی کوچک باشد تا از تغییر شکل قطعه پلاستیکی در اثر نیروی بیش از حد در واحد سطح (مخصوصاً زمانی که دمای قالب گیری خیلی زیاد است) جلوگیری کند. پین اجکتور باید تا حد امکان نزدیک به قسمتی باشد که بیشترین مقاومت در قالب گیری را دارد. با فرض عدم تأثیر بر کیفیت قطعات پلاستیکی (از جمله الزامات استفاده، دقت ابعاد و ظاهر و غیره)، باید تا حد امکان پین های اجکتوری نصب شود تا تغییر شکل کلی قطعات پلاستیکی کاهش یابد.
تصویر
هنگامی که از پلاستیک نرم برای تولید قطعات پلاستیکی با حفره عمیق و دیواره نازک استفاده می شود، به دلیل مقاومت بالا در قالب گیری و مواد نرم، اگر یک روش تخلیه مکانیکی منفرد به طور کامل اتخاذ شود، قطعات پلاستیکی تغییر شکل داده یا حتی تحت فشار قرار می گیرند. یا قسمت پلاستیکی به دلیل تا شدن ضایعات می شود. بهتر است از ترکیب چند جزئی یا ترکیبی از فشار گاز (هیدرولیک) و جهش مکانیکی استفاده شود.
تأثیر تنش حرارتی پسماند بر تاب خوردگی و تغییر شکل محصولات
در فرآیند قالب گیری تزریقی، تنش حرارتی پسماند عامل مهمی است که باعث تاب خوردگی و تغییر شکل می شود و تأثیر بیشتری بر کیفیت محصولات قالب گیری تزریقی دارد. از آنجایی که تاثیر تنش حرارتی باقیمانده بر تاب خوردگی محصول بسیار پیچیده است، طراحان قالب می توانند با کمک نرم افزار قالب گیری تزریقی CAE آن را تحلیل و پیش بینی کنند.
در طی فرآیند قالب گیری مذاب پلاستیک، به دلیل جهت گیری ناهموار و جمع شدگی، تنش داخلی ناهموار است، بنابراین پس از خروج محصول از قالب، تحت تأثیر تنش ناهموار داخلی، تاب خورده و تغییر شکل می دهد. بنابراین بسیاری از محققین تنش و تاب خوردگی داخلی محصولات را از منظر مکانیک تحلیل و محاسبه می کنند. در برخی متون خارجی، تاب خوردگی ناشی از تنش پسماند ناشی از انقباض ناهموار در نظر گرفته می شود.
در مرحله خنکسازی قالبگیری تزریقی، زمانی که دما بالاتر از دمای انتقال شیشهای است، پلاستیک یک سیال ویسکوالاستیک است که با آرامش تنش همراه است: وقتی دما از دمای انتقال شیشهای کمتر باشد، پلاستیک جامد میشود. این انتقال فاز مایع به جامد و کاهش تنش پلاستیک ها در طول خنک شدن تأثیر زیادی بر پیش بینی دقیق تنش پسماند و تغییر شکل پسماند محصولات دارد.
انتقال فاز و رفتار آرامش تنش پلاستیک از مایع به جامد در طول فاز خنککننده برای ناحیه خشکنشده، پلاستیک رفتار چسبناکی از خود نشان میدهد که با یک مدل مایع چسبناک توصیف میشود. برای ناحیه پخت، پلاستیک رفتار ویسکوالاستیکی را نشان میدهد، که با یک مدل جامد خطی استاندارد، با استفاده از مدل انتقال فاز ویسکوالاستیک و روش المان محدود دو بعدی برای پیشبینی تنشهای پسماند حرارتی و تغییر شکلهای انحرافی مربوطه توصیف میشود.
تصویر
تأثیر مرحله پلاستیک سازی بر تغییر شکل تاب برداشتن محصول
در مرحله پلاستیک سازی، ذرات شیشه به حالت سیال چسبناک تبدیل می شوند تا مذاب مورد نیاز برای پر کردن قالب را فراهم کنند. در این فرآیند، اختلاف دمای پلیمر در جهت محوری و جهت شعاعی (نسبت به پیچ) باعث ایجاد تنش در پلاستیک می شود. علاوه بر این، فشار تزریق، سرعت و سایر پارامترهای دستگاه تزریق تا حد زیادی بر درجه جهت گیری مولکولی در طول پر کردن تأثیر می گذارد. ، باعث تغییر شکل تاب خوردگی می شود.
در ابتدای تزریق از سرعت کم، هنگام پر کردن حفره قالب از سرعت بالا و زمانی که پر کردن نزدیک به پایان است از سرعت پایین تزریق استفاده کنید. از طریق کنترل و تنظیم سرعت تزریق می توان از بروز پدیده های نامطلوب مختلف مانند بریدگی، علائم اسپری، میله های نقره و یا آثار سوختگی جلوگیری و بهبود بخشید.
برنامه کنترل تزریق چند مرحله ای می تواند فشار تزریق چند مرحله ای، سرعت تزریق، فشار نگه داشتن و روش ذوب را با توجه به ساختار رانر، فرم دروازه و ساختار قسمت قالب گیری تزریقی که مساعد است تنظیم کند. برای بهبود اثر پلاستیک سازی و بهبود کیفیت محصول، کاهش میزان عیب و افزایش عمر قالب/ماشین.
با کنترل فشار روغن، موقعیت پیچ و سرعت پیچ ماشین قالب گیری تزریقی از طریق یک برنامه چند سطحی، می توان به دنبال بهبود ظاهر قطعات قالب گیری، بهبود اقدامات مربوطه برای انقباض، تاب برداشتن و سوراخ شدگی و کاهش ضایعات بود. ناهمواری اندازه هر قسمت قالب گیری تزریقی هر قالب. .
با کنترل فشار روغن، موقعیت پیچ و سرعت پیچ ماشین قالب گیری تزریقی از طریق یک برنامه چند سطحی، می توان به دنبال بهبود ظاهر قطعات قالب گیری، بهبود اقدامات مربوطه برای جمع شدگی، تاب برداشتن و سوراخ شدن و کاهش ناهمواری بود. اندازه هر قسمت قالب گیری تزریقی هر قالب. .
تاثیر مراحل پر شدن و خنک شدن قالب بر تاب خوردگی محصول
تحت عمل فشار تزریق، پلاستیک مذاب داخل حفره قالب پر می شود، خنک می شود و در حفره جامد می شود، که حلقه کلیدی قالب گیری تزریقی است. در این فرآیند دما، فشار و سرعت با یکدیگر جفت می شوند که تاثیر زیادی بر کیفیت و راندمان تولید قطعات پلاستیکی دارد.
فشارها و سرعتهای جریان بالاتر نرخهای برشی بالایی ایجاد میکنند که باعث ایجاد تفاوت در جهت گیری مولکولها به موازات و عمود بر جهت جریان میشود و «اثر انجماد» ایجاد میکند. "اثر انجماد" تنش انجماد ایجاد می کند و تنش داخلی قطعه پلاستیکی را تشکیل می دهد. تأثیر دما بر تغییر شکل تاب خوردگی در جنبه های زیر منعکس می شود.
الف. اختلاف دما بین سطوح بالایی و پایینی قطعات پلاستیکی باعث تنش حرارتی و تغییر شکل حرارتی می شود.
ب) اختلاف دما بین نواحی مختلف قسمت پلاستیکی باعث انقباض ناهموار بین نواحی مختلف می شود.
ج- حالات دمایی مختلف بر انقباض قطعات پلاستیکی تأثیر می گذارد.
تاثیر مرحله قالب گیری بر تغییر شکل تاب برداشتن محصول
قطعات پلاستیکی در طی فرآیند خروج از حفره و خنک شدن تا دمای اتاق عمدتاً پلیمرهای شیشه ای هستند. نیروی نامتعادل قالبگیری، حرکت ناپایدار مکانیسم بیرونکشی یا ناحیه بیرون ریختن نامناسب قالبگیری میتواند به راحتی محصول را تغییر شکل دهد. در عین حال، تنش منجمد شده در قسمت پلاستیکی در مراحل پر کردن و خنکسازی، به دلیل از بین رفتن محدودیتهای خارجی، به صورت تغییر شکل آزاد میشود و در نتیجه تغییر شکل تاب برداشته میشود.
رویکرد سه بعدی واقعی برای محاسبه تنش های پسماند و شکل نهایی (انقباض و تاب خوردگی). آنها تأثیر مرحله بسته بندی را در نظر گرفتند، محصول را به سه لایه تقسیم کردند و تنش باقیمانده و تغییر شکل را با یک شبکه سه بعدی تجزیه و تحلیل کردند. یک مدل شبیه سازی عددی برای تنش پسماند القایی و تغییر شکل پس از مرحله بسته بندی پیشنهاد شده است.
هنگام محاسبه تنش پسماند، از یک مدل ترموویسکوالاستیک (شامل آرامش حجم) استفاده می شود. روش المان محدودی که آن اتخاذ می کند بر اساس تئوری پوسته متشکل از عناصر مسطح است که برای محصولات قالب گیری تزریقی دیواره نازک با اشکال پیچیده مناسب است.
تصویر
راه حل تأثیر انقباض محصولات قالب گیری تزریقی بر تغییر شکل تاب
علت مستقیم تاب برداشتن محصولات قالبگیری تزریقی، انقباض ناهموار قطعات پلاستیکی است. اگر تاثیر انقباض در فرآیند پر کردن در مرحله طراحی قالب در نظر گرفته نشود، شکل هندسی محصول با الزامات طراحی تفاوت زیادی خواهد داشت و تغییر شکل شدید باعث اسقاط محصول می شود. علاوه بر تغییر شکل ناشی از مرحله پر شدن، اختلاف دما بین دیواره های بالایی و پایینی قالب نیز باعث ایجاد اختلاف انقباض بین سطوح بالایی و پایینی قطعه پلاستیکی و در نتیجه تغییر شکل تاب خوردگی می شود.
برای تحلیل Warpage، انقباض به خودی خود مهم نیست، اما تفاوت در انقباض مهم است. در فرآیند قالبگیری تزریقی، به دلیل آرایش مولکولهای پلیمر در امتداد جهت جریان در مرحله قالبگیری تزریقی پلاستیک مذاب، نرخ انقباض پلاستیک در جهت جریان بیشتر از جهت عمودی است که منجر به تغییر شکل تابخوردگی میشود. قسمت قالب گیری تزریقی به طور کلی، انقباض یکنواخت تنها باعث تغییر در حجم قطعات پلاستیکی می شود و تنها انقباض ناهموار می تواند باعث تغییر شکل تاب خوردگی شود.
تفاوت بین نرخ انقباض پلاستیک های کریستالی در جهت جریان و جهت عمودی بیشتر از پلاستیک های آمورف است و نرخ انقباض آن نیز از پلاستیک های آمورف بیشتر است. برهم نهی نرخ انقباض زیاد پلاستیک های کریستالی و ناهمسانگردی انقباض منجر به این می شود که پلاستیک های کریستالی نسبت به پلاستیک های آمورف تمایل بیشتری به تاب برداشتن دارند.
فرآیند قالب گیری تزریقی چند مرحله ای بر اساس تجزیه و تحلیل شکل هندسی محصول انتخاب شده است: از آنجا که حفره محصول عمیق است و دیواره نازک است، حفره قالب یک کانال جریان طولانی و باریک را تشکیل می دهد و مذاب باید جریان داشته باشد. از طریق این قطعه خیلی سریع در غیر این صورت سرد شدن و سفت شدن آسان است که خطر پر شدن حفره قالب را به دنبال خواهد داشت، بنابراین تزریق با سرعت بالا باید در اینجا تنظیم شود.
با این حال، تزریق با سرعت بالا انرژی جنبشی زیادی را برای مذاب به همراه خواهد داشت. هنگامی که مذاب به سمت پایین جریان پیدا می کند، ضربه اینرسی زیادی ایجاد می کند که منجر به از دست دادن انرژی و سرریز می شود. در این زمان باید سرعت مذاب را کاهش داد و فشار پر شدن را کاهش داد. به اصطلاح فشار نگهدارنده (فشار ثانویه، فشار بعدی) را حفظ کنید تا مذاب مکمل انقباض مذاب به داخل حفره قالب قبل از جامد شدن دروازه باشد، که الزامات سرعت تزریق چند مرحله ای و فشار روی تزریق را ایجاد می کند. فرآیند قالب گیری
راه حلی برای تاب برداشتن و تغییر شکل محصول در اثر تنش حرارتی باقیمانده
سرعت سطح سیال باید ثابت باشد. برای جلوگیری از یخ زدن مذاب در طول فرآیند تزریق باید از تزریق سریع استفاده شود. تنظیم سرعت شلیک باید امکان پر کردن سریع نواحی بحرانی (مانند دونده ها) را فراهم کند در حالی که سرعت در ورودی آب کاهش می یابد. سرعت تزریق باید اطمینان حاصل کند که حفره قالب پر شده و بلافاصله متوقف می شود تا از پر شدن بیش از حد، فلاش و استرس پسماند جلوگیری شود.
