Polski
Proces wtrysku tworzyw sztucznych
Utworzono 01.04
Przepływ procesu formowania wtryskowego
Proces formowania wtryskowego składa się głównie z sześciu etapów: zamykanie formy, wypełnianie, docisk, chłodzenie, otwieranie formy i wytłaczanie. Te sześć etapów bezpośrednio decyduje o jakości formowania produktu i tworzy kompletny, ciągły proces. Niniejszy rozdział skupia się na etapach wypełniania, docisku, chłodzenia i wytłaczania.
Etap wypełniania
Napełnianie stanowi początkowy etap całego cyklu formowania wtryskowego, rozpoczynający się od momentu zamknięcia formy i trwający do momentu, gdy gniazdo formy zostanie wypełnione w około 95%. Teoretycznie krótszy czas napełniania przekłada się na wyższą wydajność formowania; jednak w rzeczywistej produkcji czas formowania (lub prędkość wtrysku) podlega licznym ograniczeniom.
Szybkie napełnianie. Podczas szybkiego napełniania szybkość ścinania jest podwyższona, co powoduje, że tworzywo sztuczne wykazuje zmniejszoną lepkość z powodu ścinania, obniżając tym samym ogólny opór przepływu. Zlokalizowane efekty ogrzewania lepkościowego również przyczyniają się do cieńszej warstwy zestalania. W konsekwencji, podczas etapu kontroli przepływu, zachowanie podczas napełniania jest często determinowane przez objętość do wypełnienia. Oznacza to, że w tej fazie znaczący efekt ścinania stopu podczas szybkiego napełniania zazwyczaj przeważa nad wpływem chłodzenia na cienkościenne sekcje, pozwalając na dominację efektu szybkości.
Napełnianie z niską prędkością. Podczas napełniania z niską prędkością i kontrolą przewodnictwa cieplnego, szybkości ścinania są niskie, lokalna lepkość jest wysoka, a opór przepływu jest znaczący. Ponieważ tempo uzupełniania stopionego tworzywa jest powolne, przepływ postępuje stopniowo, co sprawia, że efekty przewodnictwa cieplnego są wyraźne. Ciepło jest szybko rozpraszane przez zimne ścianki formy. W połączeniu z minimalnym nagrzewaniem lepkościowym, grubsza zestalona warstwa dodatkowo zwiększa opór przepływu w cieńszych sekcjach ścianek.
Ze względu na dynamikę przepływu fontanny, łańcuchy polimerowe w stopie tworzywa sztucznego ustawiają się niemal równolegle do czoła przepływu. W konsekwencji, gdy dwa strumienie stopionego tworzywa sztucznego się zbiegają, łańcuchy polimerowe na ich styku stają się wzajemnie równoległe. W połączeniu z różnymi właściwościami dwóch stopów (różny czas przebywania w gnieździe formy, temperatura i ciśnienie) prowadzi to do mikrostukturowej słabości w strefie zbiegu. Gdy część jest ustawiona pod odpowiednim kątem do światła i obserwowana gołym okiem, staje się widoczna wyraźna linia łączenia. Stanowi to mechanizm powstawania linii łączenia. Linie łączenia nie tylko pogarszają wygląd części z tworzyw sztucznych, ale także wykazują luźną mikrostrukturę podatną na koncentrację naprężeń. W rezultacie wytrzymałość tego obszaru jest zmniejszona, co prowadzi do potencjalnego pęknięcia.
Ogólnie rzecz biorąc, linie zgrzewania powstające w strefach wysokiej temperatury wykazują lepszą wytrzymałość. Dzieje się tak, ponieważ łańcuchy polimerowe wykazują większą mobilność w podwyższonych temperaturach, co pozwala im na penetrację i przeplatanie się. Ponadto, w regionach o wysokiej temperaturze, temperatury dwóch stopionych strumieni są bliższe, co skutkuje prawie identycznymi właściwościami termicznymi stopów, co zwiększa wytrzymałość obszaru zgrzewania. Odwrotnie, wytrzymałość zgrzewu jest gorsza w strefach niskiej temperatury.
Etap utrzymywania ciśnienia
Celem etapu docisku jest ciągłe wywieranie nacisku, zagęszczanie tworzywa i zwiększanie jego gęstości (densyfikacja) w celu skompensowania skurczu materiału. Podczas docisku, ponieważ gniazdo formy jest już wypełnione tworzywem, ciśnienie wsteczne jest stosunkowo wysokie. W całym procesie zagęszczania podczas docisku ślimak wtryskarki może poruszać się tylko powoli, małymi krokami, a przepływ tworzywa jest również stosunkowo powolny; przepływ ten nazywany jest przepływem dociskowym. W fazie docisku tworzywo szybko stygnie i zastyga przy ściankach formy, powodując gwałtowny wzrost lepkości tworzywa. W konsekwencji w gnieździe formy powstaje znaczny opór. Pod koniec fazy docisku gęstość materiału nadal rośnie, a element stopniowo nabiera kształtu. Faza docisku musi trwać do momentu zestalenia się i uszczelnienia wlewek. W tym momencie ciśnienie w gnieździe podczas fazy docisku osiąga swoją maksymalną wartość.
Podczas fazy docisku tworzywo sztuczne wykazuje częściową ściśliwość ze względu na stosunkowo wysokie ciśnienie. Na obszarach o wyższym ciśnieniu tworzywo sztuczne staje się gęstsze ze zwiększoną gęstością; odwrotnie, w regionach o niższym ciśnieniu tworzywo sztuczne staje się bardziej porowate ze zmniejszoną gęstością. W rezultacie rozkład gęstości zmienia się zarówno w zależności od pozycji, jak i czasu. W tej fazie prędkość przepływu tworzywa sztucznego jest bardzo niska, co sprawia, że dynamika przepływu nie jest już dominującym czynnikiem; ciśnienie staje się głównym czynnikiem wpływającym na proces docisku. Na tym etapie tworzywo sztuczne wypełniło gniazdo formy. Stopniowo zestalająca się masa działa teraz jako medium do przenoszenia ciśnienia. Ciśnienie w gnieździe jest przenoszone przez tworzywo sztuczne na powierzchnie ścian formy, powodując tendencję do rozszerzania formy. W związku z tym wymagana jest odpowiednia siła docisku, aby zabezpieczyć formę. W normalnych warunkach siła rozszerzania formy nieznacznie poszerza formę, ułatwiając odpowietrzanie. Jednak nadmierna siła rozszerzania może spowodować zadziory, wycieki, a nawet rozdzielenie formy. Dlatego przy wyborze wtryskarki należy wybrać maszynę z wystarczającą siłą docisku, aby zapobiec rozszerzaniu się formy i zapewnić skuteczny docisk.
W nowych warunkach środowiskowych formowania wtryskowego musimy rozważyć nowe procesy formowania wtryskowego, takie jak formowanie z pomocą gazu, formowanie z pomocą wody i formowanie wtryskowe spienione.
Faza chłodzenia
W formowaniu wtryskowym projekt układu chłodzenia ma kluczowe znaczenie. Jest to spowodowane tym, że uformowany element plastikowy musi zostać schłodzony i zestalić się do pewnego stopnia sztywności przed wyrzuceniem, aby zapobiec deformacji pod wpływem sił zewnętrznych. Ponieważ czas chłodzenia stanowi około 70% do 80% całego cyklu formowania, dobrze zaprojektowany układ chłodzenia może znacznie skrócić czas formowania, zwiększyć wydajność formowania wtryskowego i obniżyć koszty. Niewłaściwie zaprojektowany układ chłodzenia wydłuża czas formowania i zwiększa koszty; nierównomierne chłodzenie dodatkowo pogarsza wypaczenie i deformację produktu plastikowego.
Eksperymenty wskazują, że ciepło przenikające do formy z tworzywa jest rozpraszane na dwa główne sposoby: około 5% jest przekazywane do atmosfery poprzez promieniowanie i konwekcję, podczas gdy pozostałe 95% jest przewodzone z tworzywa do formy. Wewnątrz formy ciepło produktu z tworzywa jest przenoszone przez przewodnictwo cieplne z tworzywa w gnieździe przez podstawę formy do rur z wodą chłodzącą, skąd jest następnie odprowadzane przez płyn chłodzący na drodze konwekcji. Niewielka część ciepła, która nie została usunięta przez wodę chłodzącą, nadal przewodzi wewnątrz formy, ostatecznie rozpraszając się do otaczającego powietrza po kontakcie z otoczeniem zewnętrznym.
Cykl formowania wtryskowego obejmuje czas zamykania formy, czas napełniania, czas docisku, czas chłodzenia i czas wytłaczania. Spośród nich czas chłodzenia stanowi największą część, około 70% do 80%. W związku z tym czas chłodzenia bezpośrednio wpływa zarówno na czas trwania cyklu formowania wyprasek z tworzyw sztucznych, jak i na wydajność produkcji. Podczas etapu wyjmowania z formy temperatura wypraski z tworzywa sztucznego musi zostać obniżona poniżej temperatury ugięcia pod wpływem ciepła, aby zapobiec relaksacji spowodowanej naprężeniami wewnętrznymi lub wypaczaniu i deformacji wynikającej z zewnętrznych sił wyjmowania z formy.
Czynniki wpływające na szybkość chłodzenia produktu obejmują:
W projektowaniu produktów plastikowych grubość ścianki jest podstawowym czynnikiem. Większa grubość produktu wymaga dłuższego czasu chłodzenia. Ogólnie rzecz biorąc, czas chłodzenia jest proporcjonalny do kwadratu grubości produktu lub do 1,6 potęgi maksymalnej średnicy kanału doprowadzającego. Oznacza to, że podwojenie grubości produktu czterokrotnie wydłuża czas chłodzenia.
Materiały formy i metody chłodzenia. Materiały użyte do rdzenia formy, gniazda i podstawy formy znacząco wpływają na szybkość chłodzenia. Wyższe współczynniki przewodności cieplnej materiałów formy zwiększają transfer ciepła z tworzywa sztucznego na jednostkę czasu, skracając tym samym czas chłodzenia.
Konfiguracja rur z wodą chłodzącą. Im bliżej rury chłodzące znajdują się gniazda formy, im większa jest ich średnica i im większa ich liczba, tym skuteczniejsze jest chłodzenie i krótszy czas chłodzenia.
Przepływ chłodziwa. Im większy przepływ wody chłodzącej (optymalne jest zazwyczaj osiągnięcie przepływu turbulentnego), tym skuteczniej woda chłodząca usuwa ciepło poprzez konwekcję termiczną.
Właściwości chłodziwa. Lepkość i współczynnik przewodności cieplnej chłodziwa również wpływają na wydajność wymiany ciepła formy. Niższa lepkość chłodziwa koreluje z wyższą przewodnością cieplną, niższymi temperaturami i lepszą wydajnością chłodzenia.
Wybór tworzywa sztucznego. Odnosi się to do zdolności tworzywa sztucznego do przewodzenia ciepła z obszarów gorących do zimnych. Wyższy współczynnik przewodności cieplnej wskazuje na lepszą wydajność wymiany ciepła. Alternatywnie, niższa właściwa pojemność cieplna oznacza, że temperatura tworzywa sztucznego łatwiej się waha, ułatwiając rozpraszanie ciepła i tym samym osiągając lepszą wydajność termiczną przy skróconym czasie chłodzenia.
Ustawienia parametrów procesu. Wyższe temperatury materiału, wyższe temperatury formy i niższe temperatury wypychania wymagają dłuższego czasu chłodzenia.
Zasady projektowania systemów chłodzenia:
Kanały chłodzące muszą być zaprojektowane tak, aby zapewnić równomierne i szybkie chłodzenie.
Celem projektowania układu chłodzenia jest utrzymanie odpowiedniego i wydajnego chłodzenia formy. Otwory chłodzące powinny mieć standardowe wymiary, aby ułatwić obróbkę i montaż.
Projektując układ chłodzenia, projektant formy musi określić następujące parametry projektowe w oparciu o grubość ścianki i objętość części plastikowej: pozycję i wymiary otworów chłodzących, długość otworów, typ otworów, rozmieszczenie i połączenie otworów, a także przepływ i właściwości wymiany ciepła chłodziwa.
Etap wytłaczania
Odformowanie stanowi ostatni etap cyklu formowania wtryskowego. Chociaż produkt ostygł i zestalił się, proces odformowania ma znaczący wpływ na jego jakość. Niewłaściwe metody odformowania mogą prowadzić do nierównomiernego rozkładu sił podczas usuwania, potencjalnie powodując deformacje lub inne wady. Istnieją dwa główne podejścia do odformowania: odformowanie za pomocą trzpieni wypychających i odformowanie za pomocą płytek wypychających. Podczas projektowania form należy wybrać odpowiednią metodę odformowania w oparciu o cechy konstrukcyjne produktu, aby zapewnić jego jakość.
W przypadku form wykorzystujących wypychacze, powinny być one rozmieszczone jak najbardziej równomiernie, umieszczone tam, gdzie opór wypychania jest największy i gdzie część wykazuje maksymalną wytrzymałość i sztywność. Zapobiega to deformacji lub uszkodzeniu elementu z tworzywa sztucznego.
Płyty wypychaczy są zazwyczaj stosowane do głębokich, cienkościennych pojemników i przezroczystych produktów, gdzie ślady po pinach wypychaczy są nieakceptowalne. Ten mechanizm zapewnia znaczną, ale równomierną siłę wypychania, działa płynnie i nie pozostawia widocznych śladów.
Kontakt
Pozostaw swoje dane, a skontaktujemy się z Tobą.