Деформація виробів лиття під тиском
Деформація є одним із поширених дефектів лиття під тиском тонкокорпусних пластикових деталей, оскільки передбачає точне передбачення деформації викривлення, а закони деформації викривлення деталей, виготовлених литтям під тиском з різних матеріалів і форм, сильно відрізняються. Коли величина викривлення перевищує допустиму похибку, це стає дефектом формування, який, у свою чергу, впливає на збірку виробу.
Точне передбачення деформації викривлення великої кількості дедалі тонкіших деталей (товщина стінки менше 2 мм) є необхідною умовою для ефективного контролю дефектів викривлення. Аналіз деформації викривлення здебільшого використовує якісний аналіз, і вживаються заходи з дизайну виробу, конструкції форми та умов процесу лиття під тиском, щоб якомога більше уникнути великої деформації викривлення.
Аналіз причин
цвіль
Положення, форма та кількість затворів затвора прес-форми для лиття під тиском впливатимуть на стан заповнення пластику в порожнині форми, що призведе до деформації пластикової частини.
Чим довша відстань потоку, тим більша внутрішня напруга, викликана потоком і живленням між замерзлим шаром і центральним шаром потоку; навпаки, чим коротша відстань потоку, тим коротший час потоку від затвора до кінця потоку деталі, і форма замерзне під час заповнення. Товщина шару зменшується, внутрішня напруга зменшується, і викривлення деформація також значно зменшується. Якщо використовується лише один центральний затвор або один боковий затвор, формована пластикова частина буде спотворена, оскільки швидкість усадки в напрямку діаметра більша, ніж у периферичному напрямку; якщо натомість використовувати декілька точкових воріт, можна ефективно запобігти викривленню та деформації.
При застосуванні точкового лиття для формування, також завдяки анізотропії пластичної усадки, положення і кількість затворів мають великий вплив на ступінь деформації пластмасових деталей. Оскільки використовується 30-відсотковий армований скловолокном PA6, отримана велика лита під тиском деталь вагою 4,95 кг, тому вздовж напрямку потоку навколишніх стін є багато армуючих ребер, так що кожен затвор може бути повністю збалансований.
Крім того, використання кількох воріт також може скоротити коефіцієнт пластичного потоку (л/т), так що щільність матеріалу в порожнині форми є більш рівномірною, а усадка більш рівномірною. У той же час всю пластикову частину можна заповнити під невеликим тиском впорскування. Нижчий тиск упорскування може зменшити тенденцію молекулярної орієнтації пластмас і зменшити їх внутрішню напругу, таким чином зменшуючи деформацію пластикових деталей.
картина
Температура форми: температура форми має великий вплив на внутрішню продуктивність і видиму якість продукту. Температура прес-форми залежить від наявності або відсутності пластичної кристалічності, розміру та структури продукту, вимог до продуктивності та інших умов процесу (температура розплаву, швидкість інжекції та тиск інжекції, цикл формування тощо).
Контроль тиску: Тиск у процесі лиття під тиском включає тиск пластифікації та тиск інжекції та безпосередньо впливає на пластифікацію пластмас і якість продукції
Використання експериментальних методів для вивчення короблення пластмасових виробів в основному відображається у вивченні впливу властивостей матеріалу, геометрії та розміру виробу, а також умов процесу лиття під тиском на короблення виробу. Було проведено велику кількість експериментів, щоб визначити вплив геометрії затвора, параметрів упаковки (тиск витримування та час витримки) та еластичності форми на кінцевий розмір виробу.
В якості полімерної основи використовувався ПЕТ, а також вивчалися характеристики короблення різних матеріалів і панелей різної товщини стінок. Було експериментально вивчено зв’язок між коефіцієнтом армування 33-відсоткового скловолокна PA66, формованого під тиском, анізотропією коефіцієнта лінійного теплового розширення, товщиною виробу та викривленням, а також вперше було запропоновано поняття індексу викривлення. . Було вивчено характеристики викривлення та зв’язок між індексом викривлення, викривленням і станом орієнтації волокон, а також зв’язок між плинністю та індексом викривлення.
Експериментальний метод дослідження деформації короблення часто обмежується конкретною геометричною формою, конкретним матеріалом і умовами процесу, і не може повністю врахувати вплив багатьох факторів на деформацію короблення, а також не може передбачити можливе викривлення на етапі проектування продукту. Розмір деформації. У реальному використанні обмеження емпіричної формули також очевидні, не тільки під впливом експериментальних умов, але також пов’язані з багатьма факторами, такими як метод обробки експериментальних даних і умови застосування емпіричної формули, а також емпірична формула підходить лише для умов експерименту. близько до виробничого процесу.
картина
стиснути/деформувати
Оскільки деформація викривлення пов’язана з нерівномірною усадкою, зв’язок між усадкою та викривленням продукту аналізується шляхом вивчення поведінки усадки різних пластмас за різних умов процесу. На основі моделювання потоку лиття під тиском, тиску витримки та охолодження за допомогою експериментів і методів лінійної регресії запропоновано модель для прогнозування усадки виробів, виготовлених під тиском. На основі прогнозування усадки розраховується деформація виробів за допомогою програм моделювання структурного аналізу.
Важко отримати вироби з високою точністю розмірів з матеріалів з високою швидкістю усадки. Для досягнення високої точності слід якомога більше використовувати аморфні смоли та смоли з рівномірною усадкою в усіх напрямках. Для багатьох матеріалів усадка продукту вимірюється в умовах зміни швидкості потоку, тиску витримки, часу витримки, температури форми, часу заповнення, товщини виробу та інших параметрів.
Згідно з результатами випробувань, усадка продукту поділяється на три частини: об’ємна усадка, нерівномірна усадка, спричинена орієнтацією молекул, і нерівномірна усадка, спричинена незбалансованим охолодженням. Методи прогнозування усадки для об’ємної усадки, вмісту кристалів, утримання форми, пластикової орієнтації тощо використовують результати аналізу потоку та охолодження для прогнозування деформації усадки.
Конструкція системи охолодження
Під час процесу вприскування нерівномірна швидкість охолодження пластикової частини також спричинить нерівномірну усадку пластикової частини. Ця різниця в усадці призведе до створення згинального моменту та викривлення пластикової частини.
Якщо різниця температур між порожниною прес-форми та серцевиною, яка використовується для лиття під тиском плоских пластикових деталей, надто велика, розплав поблизу поверхні порожнини холодної форми швидко охолоне, тоді як шар матеріалу поблизу поверхні порожнини гарячої форми буде продовжувати стискатися, нерівномірна усадка призведе до деформації пластикової частини. Тому під час охолодження форми для лиття під тиском слід звертати увагу на температурний баланс порожнини та серцевини, а різниця температур між ними не повинна бути надто великою.
Крім того, що температура на внутрішній і зовнішній поверхнях пластикової деталі має тенденцію бути збалансованою, температуру на кожній стороні пластикової деталі також слід вважати постійною, тобто, коли форма охолоджується, намагайтеся підтримувати рівномірну температуру порожнини та серцевини, щоб швидкість охолодження пластикової частини була збалансованою, щоб усадка була більш рівномірною всюди, ефективно запобігаючи деформації. Тому розташування отворів для охолоджувальної води на прес-формі є дуже важливим. Після визначення відстані від стінки труби до поверхні порожнини відстань між отворами для охолоджуючої води повинна бути якомога меншою, щоб забезпечити рівномірність температури стінки порожнини.
У той же час, оскільки температура охолоджувального середовища зростає зі збільшенням довжини каналу охолоджувальної води, порожнина та серцевина форми матимуть різницю температур уздовж водяного каналу. Тому довжина водяного каналу кожного контуру охолодження повинна бути менше 2 м. Кілька контурів охолодження повинні бути встановлені у великих формах, а вхід одного контуру розташований поблизу виходу іншого контуру. Для довгих пластикових деталей слід використовувати контур охолодження, щоб зменшити довжину контуру охолодження, тобто зменшити різницю температур прес-форми, щоб забезпечити рівномірне охолодження пластикових деталей.
Конструкція системи виштовхування також безпосередньо впливає на деформацію пластикової частини. Якщо компонування системи виштовхування незбалансоване, це призведе до дисбалансу сили виштовхування та деформації пластикової частини. Тому при розробці системи викиду слід прагнути збалансувати її з опором вийманню.
Крім того, площа поперечного перерізу стрижня ежектора не повинна бути занадто малою, щоб запобігти деформації пластикової частини через надмірне зусилля на одиницю площі (особливо, коли температура виймання з форми занадто висока). Виштовхувальний штифт повинен бути розташований якомога ближче до частини з найбільшим опором витягуванню. За умови, що це не впливає на якість пластикових деталей (включаючи вимоги до використання, точність розмірів і зовнішній вигляд тощо), слід встановити якомога більше виштовхувальних штифтів, щоб зменшити загальну деформацію пластикових деталей.
картина
Коли м’який пластик використовується для виготовлення великих глибоких порожнин і тонкостінних пластикових деталей, через високу стійкість до виймання з форми та м’який матеріал, якщо повністю застосувати єдиний механічний метод викиду, пластикові частини будуть деформовані або навіть проштовхнуті. Або пластикова частина буде викинута на металобрухт через складання. Краще використовувати багатокомпонентну комбінацію або комбінацію газового (гідравлічного) тиску та механічного викиду.
Вплив залишкової термічної напруги на викривлення та деформацію виробів
У процесі лиття під тиском залишкова термічна напруга є важливим фактором, який викликає викривлення та деформацію, і має більший вплив на якість виробів, виготовлених під тиском. Оскільки вплив залишкової термічної напруги на викривлення продукту є дуже складним, розробники форм можуть проаналізувати та передбачити це за допомогою програмного забезпечення CAE для лиття під тиском.
Під час процесу формування пластикового розплаву через нерівномірну орієнтацію та усадку внутрішня напруга є нерівномірною, тому після виходу виробу з форми він деформується під дією нерівномірної внутрішньої напруги. Тому багато вчених аналізують і розраховують внутрішню напругу і короблення виробів з точки зору механіки. У деяких зарубіжних літературах причиною викривлення вважається залишкова напруга, що виникає внаслідок нерівномірної усадки.
На стадії охолодження лиття під тиском, коли температура вища за температуру склування, пластик є в’язкопружною рідиною, що супроводжується релаксацією напруги: коли температура нижча за температуру склування, пластик стає твердим. Цей фазовий перехід рідина-тверде та релаксація напруги пластмас під час охолодження має великий вплив на точне прогнозування залишкової напруги та залишкової деформації виробів.
Фазовий перехід і поведінка релаксації напруги пластмас з рідкого стану в тверде протягом фази охолодження. Для незатверділої ділянки пластик демонструє в’язкі властивості, які описуються моделлю в’язкої рідини; для затверділої ділянки пластик демонструє в’язкопружну поведінку, яка описується стандартною лінійною моделлю твердого тіла з використанням моделі в’язкопружного фазового переходу та двовимірного методу кінцевих елементів для прогнозування термічних залишкових напруг і відповідних деформацій короблення.
картина
Вплив стадії пластифікації на деформацію виробу
На стадії пластифікації частинки скла перетворюються в стан в’язкої рідини, щоб забезпечити розплав, необхідний для заповнення форми. У цьому процесі різниця температур полімеру в осьовому напрямку та радіальному напрямку (відносно гвинта) викличе напругу в пластиці; крім того, тиск упорскування, швидкість та інші параметри машини для вприскування значною мірою впливатимуть на ступінь молекулярної орієнтації під час наповнення. , викликаючи деформацію викривлення.
Використовуйте низьку швидкість на початку впорскування, високу швидкість під час заповнення порожнини форми та низьку швидкість уприскування під час заповнення ближче до кінця. Завдяки контролю та регулюванню швидкості ін’єкції можна запобігти та усунути різні небажані явища, такі як задирки, сліди від бризок, сріблясті злитки або вигорілі сліди.
Програма керування багатоступеневим упорскуванням може розумно встановити багатоступінчастий тиск уприскування, швидкість уприскування, тиск утримування та метод плавлення відповідно до структури бігуна, форми затвора та структури литої частини, що сприяє для покращення ефекту пластифікації та покращення якості продукції, зменшення кількості дефектів та продовження терміну служби форми/машини.
Керуючи тиском масла, положенням шнека та швидкістю шнека машини для лиття під тиском за допомогою багаторівневої програми, вона може прагнути покращити зовнішній вигляд формованих деталей, покращити відповідні заходи щодо усадки, викривлення та задирок, а також зменшити нерівномірність розмірів кожної частини кожної прес-форми, виготовленої під тиском. .
Керуючи тиском масла, положенням шнека та швидкістю шнека машини для лиття під тиском за допомогою багаторівневої програми, вона може прагнути покращити зовнішній вигляд формованих деталей, покращити відповідні заходи щодо усадки, викривлення та задирок, а також зменшити нерівності. розміру кожної відлитої під тиском частини кожної форми. .
Вплив стадій заповнення форми та охолодження на короблення виробу
Під дією тиску впорскування розплавлений пластик заповнюється в порожнину форми, охолоджується і твердне в порожнині, що є ключовою ланкою лиття під тиском. У цьому процесі температура, тиск і швидкість поєднуються один з одним, що має великий вплив на якість і ефективність виробництва пластикових деталей.
Вищі тиски та швидкості потоку створюють високі швидкості зсуву, які викликають різницю в орієнтації молекул паралельно та перпендикулярно напрямку потоку, створюючи «ефект замерзання». «Ефект заморожування» створює напругу заморожування та формує внутрішню напругу пластикової частини. Вплив температури на деформацію короблення відображається в наступних аспектах.
A. Різниця температур між верхньою та нижньою поверхнями пластикових деталей призведе до термічної напруги та термічної деформації;
B. Різниця температур між різними ділянками пластикової частини призведе до нерівномірної усадки між різними ділянками;
C. Різні температурні режими впливатимуть на усадку пластикових деталей.
Вплив етапу розформовування на деформацію короблення виробу
Пластикові деталі в основному являють собою склоподібні полімери в процесі виходу з порожнини й охолодження до кімнатної температури. Незбалансована сила виймання з форми, нестабільний рух механізму викиду або неправильна зона викиду виймання з форми можуть легко деформувати виріб. У той же час напруга, заморожена в пластиковій частині під час етапів наповнення та охолодження, буде вивільнена у вигляді деформації через втрату зовнішніх обмежень, що призведе до деформації викривлення.
Справжній 3D-підхід для розрахунку залишкових напружень і кінцевої форми (усадка і короблення). Вони розглянули вплив стадії упаковки, розділили продукт на три шари та проаналізували залишкову напругу та деформацію за допомогою тривимірної сітки. , запропоновано чисельну імітаційну модель для індукованого залишкового напруження та деформації після фази пакування.
При розрахунку залишкової напруги використовується термов'язкопружна модель (з урахуванням об'ємної релаксації). Метод скінченних елементів, який він використовує, базується на теорії оболонки, що складається з плоских елементів, яка підходить для тонкостінних виробів складної форми, виготовлених під тиском.
картина
Рішення про вплив усадки виробів лиття під тиском на деформацію короблення
Безпосередньою причиною короблення виробів лиття під тиском є нерівномірна усадка пластикових деталей. Якщо вплив усадки під час процесу наповнення не враховувати на етапі проектування прес-форми, геометрична форма виробу значно відрізнятиметься від проектних вимог, а сильна деформація спричинить викид виробу. На додаток до деформації, спричиненої стадією заповнення, різниця температур між верхньою та нижньою стінками форми також спричинить різницю в усадці між верхньою та нижньою поверхнями пластикової частини, що призведе до деформації деформації.
Для аналізу короблення сама усадка не важлива, але важлива різниця в усадці. У процесі лиття під тиском швидкість усадки пластику в напрямку потоку більша, ніж у вертикальному напрямку через розташування молекул полімеру вздовж напрямку потоку під час стадії лиття під тиском розплавленого пластику, що призводить до деформації деформації. литої частини. Як правило, рівномірна усадка викликає лише зміни об’єму пластикових деталей, і лише нерівномірна усадка може викликати деформацію викривлення.
Різниця між швидкістю усадки кристалічної пластмаси в напрямку потоку та вертикальному напрямку більша, ніж у аморфної пластмаси, і її швидкість усадки також більша, ніж у аморфної пластмаси. Суперпозиція великої швидкості усадки кристалічних пластмас та анізотропії усадки призводить до того, що кристалічні пластики мають набагато більшу схильність до деформації, ніж аморфні пластики.
Багатоступінчастий процес лиття під тиском вибрано на основі аналізу геометричної форми продукту: оскільки порожнина продукту глибока, а стінка тонка, порожнина форми утворює довгий і вузький канал потоку, і розплав повинен текти через цю частину дуже швидко. В іншому випадку його легко охолодити та затвердіти, що призведе до небезпеки заповнення порожнини форми, тому тут слід встановити високошвидкісне впорскування.
Однак високошвидкісне впорскування принесе розплаву багато кінетичної енергії. Коли розплав стікає на дно, він створює великий інерційний удар, що призводить до втрати енергії та переливу. У цей час необхідно уповільнити розплав і зменшити тиск наповнення. Підтримуйте так званий тиск утримування (вторинний тиск, наступний тиск), щоб змусити розплав доповнити усадку розплаву в порожнину форми до того, як затвор затвердіє, що висуває вимоги до швидкості багатоступінчастого впорскування та тиску на впорскування. процес формування.
Рішення викривлення та деформації продукту через залишкову термічну напругу
Швидкість поверхні рідини повинна бути постійною. Слід використовувати швидке вприскування, щоб запобігти замерзанню розплаву під час процесу впорскування. Налаштування швидкості пострілу має забезпечувати швидке заповнення критичних ділянок (таких як бігуни) з уповільненням на вході води. Швидкість впорскування повинна забезпечувати заповнення порожнини форми та її миттєву зупинку, щоб запобігти переповненню, спалаху та залишковій напрузі.
