Русский
Процесс литья пластмасс под давлением
Создано 01.04
Процесс литья под давлением
Процесс литья под давлением в основном состоит из шести стадий: смыкание формы, заполнение, выдержка под давлением, охлаждение, размыкание формы и выемка из формы. Эти шесть стадий напрямую определяют качество формования изделия и образуют полный, непрерывный процесс. В этой главе основное внимание уделяется стадиям заполнения, выдержки под давлением, охлаждения и выемки из формы.
Стадия заполнения
Заполнение представляет собой начальную стадию всего цикла литья под давлением, начиная с момента смыкания пресс-формы и продолжаясь до тех пор, пока полость пресс-формы не заполнится примерно на 95%. Теоретически, более короткое время заполнения означает более высокую эффективность литья; однако в реальном производстве время литья (или скорость впрыска) подвержено многочисленным ограничениям.
Высокоскоростное заполнение. При высокоскоростном заполнении скорость сдвига увеличивается, что приводит к снижению вязкости пластика из-за сдвигового утоньшения, тем самым снижая общее сопротивление потоку. Локальные эффекты вязкостного нагрева также способствуют уменьшению толщины слоя затвердевания. Следовательно, на этапе управления потоком поведение заполнения часто определяется объемом, который необходимо заполнить. То есть, на этой фазе значительное сдвиговое утоньшение расплава при высокоскоростном заполнении обычно перевешивает влияние охлаждения на тонкостенные участки, позволяя эффекту скорости преобладать.
Заполнение на низкой скорости. При заполнении на низкой скорости с контролем теплопроводности скорости сдвига низкие, локальная вязкость высокая, а сопротивление потоку значительное. Поскольку скорость пополнения расплавленного пластика низкая, поток развивается постепенно, что делает эффекты теплопроводности выраженными. Тепло быстро рассеивается холодными стенками пресс-формы. В сочетании с минимальным вязкостным нагревом более толстый затвердевший слой еще больше увеличивает сопротивление потоку в участках с тонкими стенками.
Из-за динамики потока расплава пластмассы в фонтане полимерные цепи выравниваются почти параллельно фронту потока. Следовательно, когда два потока расплавленной пластмассы сходятся, полимерные цепи на их границе становятся взаимно параллельными. В сочетании с различными свойствами двух расплавов (различное время пребывания в полости формы, температура и давление) это приводит к микроструктурной слабости в зоне схождения. Когда деталь расположена под соответствующим углом к свету и наблюдается невооруженным глазом, становится видна отчетливая линия сварки. Это представляет собой механизм образования линий сварки. Линии сварки не только ухудшают внешний вид пластиковых деталей, но и обладают рыхлой микроструктурой, склонной к концентрации напряжений. Следовательно, прочность этой области снижается, что может привести к разрушению.
В целом, линии сварки, образующиеся в высокотемпературных зонах, обладают превосходной прочностью. Это связано с тем, что полимерные цепи проявляют большую подвижность при повышенных температурах, что позволяет им проникать друг в друга и переплетаться. Кроме того, в высокотемпературных областях температуры двух расплавленных потоков ближе друг к другу, что приводит к почти одинаковым термическим свойствам расплавов, повышая прочность сварного участка. Напротив, прочность сварки ниже в низкотемпературных зонах.
Стадия выдержки под давлением
Цель стадии выдержки под давлением — непрерывно прикладывать давление, уплотняя расплав и увеличивая плотность пластика (уплотнение) для компенсации усадки материала. Во время выдержки под давлением, поскольку полость формы уже заполнена пластиком, противодавление относительно высокое. На протяжении всего процесса уплотнения под давлением выдержки шнек термопластавтомата может продвигаться только медленно, с минимальными шагами, а скорость потока пластика также относительно низкая; этот поток называется потоком при выдержке под давлением. На стадии выдержки под давлением пластик быстро охлаждается и затвердевает у стенок формы, что приводит к резкому увеличению вязкости расплава. Следовательно, в полости формы возникает значительное сопротивление. К концу стадии выдержки под давлением плотность материала продолжает увеличиваться, и деталь постепенно приобретает форму. Фаза выдержки под давлением должна продолжаться до тех пор, пока литниковое отверстие не затвердеет и не закроется. В этот момент давление в полости формы во время фазы выдержки под давлением достигает своего максимального значения.
Во время фазы выдержки под давлением пластик проявляет частичную сжимаемость из-за относительно высокого давления. В областях с более высоким давлением пластик становится плотнее с увеличением плотности; наоборот, в областях с более низким давлением пластик становится более пористым с уменьшением плотности. Следовательно, распределение плотности изменяется как по положению, так и по времени. На протяжении этой фазы скорость потока пластика чрезвычайно низка, что делает динамику потока больше не доминирующим фактором; давление становится основным определяющим фактором, влияющим на процесс выдержки. К этому моменту пластик заполнил полость формы. Постепенно затвердевший расплав теперь действует как среда для передачи давления. Давление в полости передается через пластик на поверхности стенок формы, создавая тенденцию к расширению формы. Следовательно, для фиксации формы требуется достаточная сила смыкания. При нормальных условиях сила расширения формы слегка расширяет форму, способствуя вентиляции. Однако чрезмерная сила расширения может вызвать облой, пролив или даже разделение формы. Поэтому при выборе термопластавтомата следует выбирать машину с достаточной силой смыкания, чтобы предотвратить расширение формы и обеспечить эффективное выдержку под давлением.
В новых условиях литья под давлением необходимо учитывать новые процессы литья под давлением, такие как газовое литье, водоструйное литье и литье с вспениванием.
Фаза охлаждения
В литье под давлением конструкция системы охлаждения имеет первостепенное значение. Это связано с тем, что формованная пластиковая деталь должна быть охлаждена и затвердеть до определенной степени жесткости перед извлечением, чтобы предотвратить деформацию под действием внешних сил. Поскольку время охлаждения составляет примерно от 70% до 80% всего цикла формования, хорошо спроектированная система охлаждения может значительно сократить время формования, повысить производительность литья под давлением и снизить затраты. Неадекватно спроектированная система охлаждения увеличивает время формования и затраты; неравномерное охлаждение усугубляет коробление и деформацию пластикового изделия.
Эксперименты показывают, что тепло, поступающее в форму из расплава, рассеивается двумя основными способами: примерно 5% передается в атмосферу путем излучения и конвекции, в то время как оставшиеся 95% проводятся от расплава к форме. Внутри формы тепло от пластикового изделия передается путем теплопроводности от пластика в полости через основание формы к трубам охлаждающей воды, где оно затем уносится охлаждающей жидкостью посредством конвекции. Небольшая часть тепла, не удаленная охлаждающей водой, продолжает проводиться внутри формы, в конечном итоге рассеиваясь в окружающий воздух при контакте с внешней средой.
Цикл формования при литье под давлением включает время смыкания, время впрыска, время выдержки под давлением, время охлаждения и время выталкивания. Из них время охлаждения составляет наибольшую долю, примерно 70-80%. Следовательно, время охлаждения напрямую влияет как на продолжительность цикла формования пластикового изделия, так и на производительность. На этапе извлечения из формы температура пластикового изделия должна быть снижена ниже температуры тепловой деформации, чтобы предотвратить релаксацию, вызванную остаточными напряжениями, или коробление и деформацию, возникающие из-за внешних сил при извлечении из формы.
Факторы, влияющие на скорость охлаждения изделия, включают:
При проектировании пластиковых изделий толщина стенки является основным фактором. Большая толщина изделия требует более длительного времени охлаждения. Как правило, продолжительность охлаждения пропорциональна квадрату толщины изделия или 1,6-й степени максимального диаметра литниковой системы. То есть удвоение толщины изделия увеличивает время охлаждения в четыре раза.
Материалы формы и методы охлаждения. Материалы, используемые для сердечника формы, полости и основания формы, значительно влияют на скорость охлаждения. Более высокие коэффициенты теплопроводности материалов формы улучшают отвод тепла от пластика в единицу времени, тем самым сокращая время охлаждения.
Конфигурация труб охлаждающей воды. Чем ближе трубы охлаждающей воды к полости формы, чем больше их диаметр и чем больше их количество, тем эффективнее охлаждение и короче время охлаждения.
Скорость потока охлаждающей жидкости. Чем выше скорость потока охлаждающей воды (оптимальным является достижение турбулентного потока), тем эффективнее охлаждающая вода отводит тепло посредством конвекции.
Свойства охлаждающей жидкости. Вязкость и коэффициент теплопроводности охлаждающей жидкости также влияют на эффективность теплопередачи формы. Более низкая вязкость охлаждающей жидкости коррелирует с более высокой теплопроводностью, более низкими температурами и превосходной эффективностью охлаждения.
Выбор пластика. Это относится к способности пластика проводить тепло из горячих областей в холодные. Более высокий коэффициент теплопроводности указывает на лучшую эффективность теплопередачи. Альтернативно, более низкая удельная теплоемкость означает, что температура пластика колеблется легче, облегчая рассеивание тепла и, таким образом, достигая лучшей тепловой производительности с сокращенным временем охлаждения.
Настройки параметров процесса. Более высокие температуры материала, более высокие температуры формы и более низкие температуры выталкивания требуют более длительного времени охлаждения.
Принципы проектирования систем охлаждения:
Охлаждающие каналы должны быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечить равномерное и быстрое охлаждение.
Цель проектирования системы охлаждения — обеспечение соответствующего и эффективного охлаждения пресс-формы. Охлаждающие отверстия должны иметь стандартные размеры для облегчения механической обработки и сборки.
При проектировании системы охлаждения конструктор пресс-форм должен определить следующие проектные параметры на основе толщины стенки и объема пластиковой детали: положение и размеры охлаждающих отверстий, длину отверстий, тип отверстий, расположение и соединение отверстий, а также скорость потока и теплопередающие свойства охлаждающей жидкости.
Стадия выемки из формы
Извлечение из формы является заключительным этапом цикла литья под давлением. Несмотря на то, что изделие уже остыло и затвердело, процесс извлечения из формы существенно влияет на его качество. Неправильные методы извлечения могут привести к неравномерному распределению усилий при извлечении, что потенциально может вызвать деформацию или другие дефекты. Существуют два основных подхода к извлечению из формы: извлечение с помощью выталкивающих штифтов и извлечение с помощью выталкивающей плиты. При проектировании пресс-форм необходимо выбирать соответствующий метод извлечения из формы, основываясь на структурных характеристиках изделия, чтобы обеспечить его качество.
Для пресс-форм, использующих выталкиватели, их следует располагать как можно более равномерно, в местах наибольшего сопротивления выталкиванию и там, где деталь обладает максимальной прочностью и жесткостью. Это предотвращает деформацию или повреждение пластиковой детали.
Выталкивающие плиты обычно используются для глубоких, тонкостенных контейнеров и прозрачных изделий, где следы от выталкивателей недопустимы. Этот механизм обеспечивает значительное, но равномерное усилие выталкивания, работает плавно и не оставляет видимых следов.
Контакты
Оставьте свою информацию, и мы свяжемся с вами.