Biến dạng của sản phẩm ép phun
Biến dạng là một trong những khuyết tật phổ biến trong quá trình ép phun các bộ phận nhựa vỏ mỏng, bởi vì nó liên quan đến dự đoán chính xác về biến dạng cong vênh và quy luật biến dạng cong vênh của các bộ phận đúc phun bằng vật liệu và hình dạng khác nhau rất khác nhau. Khi số lượng cong vênh vượt quá sai số cho phép, nó sẽ trở thành lỗi tạo hình, từ đó ảnh hưởng đến quá trình lắp ráp sản phẩm.
Dự đoán chính xác biến dạng cong vênh của một số lượng lớn các bộ phận có thành ngày càng mỏng (độ dày thành nhỏ hơn 2 mm) là điều kiện tiên quyết để kiểm soát hiệu quả các khuyết tật cong vênh. Phân tích biến dạng cong vênh chủ yếu áp dụng phân tích định tính và các biện pháp được thực hiện từ thiết kế sản phẩm, thiết kế khuôn và các điều kiện của quy trình ép phun để tránh biến dạng cong vênh lớn nhất có thể.
Phân tích nguyên nhân
Khuôn
Vị trí, hình thức và số lượng cổng của cổng khuôn phun sẽ ảnh hưởng đến trạng thái lấp đầy của nhựa trong khoang khuôn, dẫn đến biến dạng của phần nhựa.
Khoảng cách dòng chảy càng dài thì ứng suất bên trong do dòng chảy và cấp liệu giữa lớp đông lạnh và lớp dòng chảy trung tâm gây ra càng lớn; ngược lại, khoảng cách dòng chảy càng ngắn, thời gian chảy từ cổng đến đầu dòng chảy của bộ phận càng ngắn và khuôn sẽ bị đóng băng khi đổ đầy. Độ dày của lớp được làm mỏng, ứng suất bên trong giảm và độ cong vênh biến dạng cũng giảm đi rất nhiều. Nếu chỉ sử dụng một cổng trung tâm hoặc một cổng bên, phần nhựa đúc sẽ bị biến dạng do tốc độ co ngót theo hướng đường kính lớn hơn theo hướng chu vi; thay vào đó, nếu sử dụng nhiều cổng điểm, nó có thể ngăn ngừa cong vênh và biến dạng một cách hiệu quả.
Khi đúc tại chỗ được sử dụng để đúc, cũng do tính dị hướng của sự co rút nhựa, vị trí và số lượng cổng có ảnh hưởng lớn đến mức độ biến dạng của các bộ phận bằng nhựa. Do sử dụng 30% PA6 gia cố sợi thủy tinh nên sản phẩm thu được là Một bộ phận đúc phun lớn với trọng lượng 4,95kg, do đó có nhiều đường gân gia cố dọc theo hướng dòng chảy của các bức tường xung quanh, để mỗi cổng có thể được cân bằng hoàn toàn.
Ngoài ra, việc sử dụng nhiều cổng cũng có thể rút ngắn tỷ lệ dòng chảy nhựa (L/t), do đó mật độ vật liệu trong khoang khuôn đồng đều hơn và độ co ngót đồng đều hơn. Đồng thời, toàn bộ phần nhựa có thể được lấp đầy dưới áp suất phun nhỏ. Áp suất phun thấp hơn có thể làm giảm xu hướng định hướng phân tử của nhựa và giảm ứng suất bên trong của nó, do đó làm giảm biến dạng của các bộ phận bằng nhựa.
hình ảnh
Nhiệt độ khuôn: Nhiệt độ khuôn có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất bên trong và chất lượng bên ngoài của sản phẩm. Nhiệt độ của khuôn phụ thuộc vào sự hiện diện hay vắng mặt của tinh thể nhựa, kích thước và cấu trúc của sản phẩm, yêu cầu về hiệu suất và các điều kiện quy trình khác (nhiệt độ nóng chảy, tốc độ phun và áp suất phun, chu kỳ đúc, v.v.)
Kiểm soát áp suất: Áp suất trong quá trình ép phun bao gồm áp suất hóa dẻo và áp suất phun, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hóa dẻo của nhựa và chất lượng sản phẩm
Việc sử dụng các phương pháp thử nghiệm để nghiên cứu độ cong vênh của sản phẩm nhựa chủ yếu được phản ánh trong nghiên cứu về ảnh hưởng của tính chất vật liệu, hình dạng và kích thước của sản phẩm cũng như các điều kiện của quy trình ép phun đối với độ cong vênh của sản phẩm. Một số lượng lớn các thí nghiệm đã được thiết kế để thu được ảnh hưởng của hình dạng cổng, các thông số đóng gói (áp suất giữ và thời gian giữ) và độ đàn hồi của khuôn đối với kích thước cuối cùng của sản phẩm.
PET đã được sử dụng làm nền polyme và các đặc tính cong vênh của các vật liệu khác nhau và các tấm có độ dày thành khác nhau đã được nghiên cứu. Mối quan hệ giữa tỷ lệ gia cố của đĩa đúc phun PA66 bằng sợi thủy tinh 33%, tính dị hướng của hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính, độ dày của sản phẩm và độ cong vênh đã được nghiên cứu thực nghiệm và lần đầu tiên khái niệm về chỉ số cong vênh được đề xuất . Các đặc điểm cong vênh và mối quan hệ giữa chỉ số cong vênh, trạng thái cong vênh và định hướng sợi cũng như mối quan hệ giữa năng suất và chỉ số cong vênh đã được nghiên cứu.
Phương pháp thử nghiệm để nghiên cứu biến dạng cong vênh thường bị giới hạn trong một hình dạng hình học cụ thể, vật liệu cụ thể và điều kiện xử lý, không thể xem xét đầy đủ ảnh hưởng của nhiều yếu tố đến biến dạng cong vênh và không thể dự đoán khả năng cong vênh có thể xảy ra trong giai đoạn thiết kế sản phẩm. Kích thước của biến dạng. Trong thực tế sử dụng, những hạn chế của công thức thực nghiệm cũng rất rõ ràng, không chỉ bị ảnh hưởng bởi điều kiện thực nghiệm mà còn liên quan đến nhiều yếu tố như phương pháp xử lý dữ liệu thực nghiệm và điều kiện áp dụng công thức thực nghiệm, công thức thực nghiệm chỉ phù hợp với điều kiện thí nghiệm. sát quy trình sản xuất.
hình ảnh
thu nhỏ / cong vênh
Do biến dạng cong vênh có liên quan đến sự co ngót không đồng đều, nên mối quan hệ giữa sự co ngót và sự cong vênh của sản phẩm được phân tích bằng cách nghiên cứu hành vi co ngót của các loại nhựa khác nhau trong các điều kiện quy trình khác nhau. Trên cơ sở mô phỏng lưu lượng ép phun, giữ áp suất và làm mát, thông qua thực nghiệm và phương pháp hồi quy tuyến tính, đề xuất mô hình dự đoán độ co ngót của sản phẩm ép phun. Trên cơ sở dự báo co ngót, biến dạng của sản phẩm được tính toán thông qua các chương trình mô phỏng phân tích kết cấu.
Rất khó để có được các sản phẩm có độ chính xác kích thước cao với các vật liệu có tỷ lệ co ngót cao. Để đạt được độ chính xác cao, nên sử dụng càng nhiều càng tốt các loại nhựa vô định hình và nhựa có độ co ngót nhất quán theo mọi hướng. Đối với nhiều vật liệu, độ co ngót của sản phẩm được đo trong các điều kiện thay đổi tốc độ dòng chảy, áp suất giữ, thời gian giữ, nhiệt độ khuôn, thời gian đổ đầy, độ dày của sản phẩm và các thông số khác.
Theo kết quả kiểm tra, độ co của sản phẩm được chia thành ba phần: độ co thể tích, độ co không đồng đều do định hướng phân tử và độ co không đều do làm mát không cân bằng. Các phương pháp dự đoán co ngót cho co rút thể tích, hàm lượng tinh thể, giam giữ khuôn, định hướng dẻo, v.v., sử dụng kết quả phân tích dòng chảy và làm mát để dự đoán biến dạng co ngót.
Thiết kế hệ thống làm mát
Trong quá trình phun, tốc độ làm mát không đều của phần nhựa cũng sẽ gây ra sự co rút không đều của phần nhựa. Sự chênh lệch về độ co ngót này sẽ dẫn đến sinh ra mômen uốn và độ cong vênh của chi tiết nhựa.
Nếu chênh lệch nhiệt độ giữa khoang khuôn và lõi được sử dụng trong các bộ phận nhựa phẳng ép phun quá lớn, thì lớp vật liệu gần bề mặt của khoang khuôn lạnh sẽ nguội đi nhanh chóng, trong khi lớp vật liệu gần bề mặt của khoang khuôn nóng. sẽ tiếp tục co lại, sự co ngót không đều sẽ làm cong vênh phần nhựa. Do đó, việc làm mát khuôn phun nên chú ý đến sự cân bằng nhiệt độ của khoang và lõi, và chênh lệch nhiệt độ giữa hai bên không được quá lớn.
Ngoài việc xem xét rằng nhiệt độ trên bề mặt bên trong và bên ngoài của phần nhựa có xu hướng cân bằng, nhiệt độ ở mỗi bên của phần nhựa cũng cần được coi là nhất quán, nghĩa là khi khuôn được làm mát, hãy cố gắng giữ cho nhiệt độ của khoang và lõi đồng đều trong suốt, sao cho tốc độ làm mát của phần nhựa được Cân bằng, do đó độ co rút đồng đều hơn ở mọi nơi, ngăn ngừa biến dạng một cách hiệu quả. Do đó, việc bố trí các lỗ nước làm mát trên khuôn là rất quan trọng. Sau khi khoảng cách từ thành ống đến bề mặt của khoang được xác định, khoảng cách giữa các lỗ nước làm mát phải càng nhỏ càng tốt để đảm bảo nhiệt độ của thành khoang đồng đều.
Đồng thời, do nhiệt độ của môi trường làm mát tăng lên cùng với sự gia tăng chiều dài của kênh nước làm mát, khoang và lõi của khuôn sẽ có chênh lệch nhiệt độ dọc theo kênh nước. Do đó, chiều dài kênh nước của mỗi mạch làm mát được yêu cầu phải nhỏ hơn 2m. Một số mạch làm mát nên được thiết lập trong các khuôn lớn và đầu vào của một mạch được đặt gần đầu ra của mạch kia. Đối với các bộ phận nhựa dài, nên sử dụng mạch làm mát để giảm chiều dài của mạch làm mát, nghĩa là giảm chênh lệch nhiệt độ của khuôn, để đảm bảo làm mát đồng đều các bộ phận nhựa.
Thiết kế của hệ thống phóng cũng ảnh hưởng trực tiếp đến sự biến dạng của phần nhựa. Nếu bố trí hệ thống phóng không cân bằng sẽ gây mất cân bằng lực đẩy và làm biến dạng phần nhựa. Do đó, khi thiết kế hệ thống đẩy, nó phải cố gắng cân bằng với lực cản tháo khuôn.
Ngoài ra, diện tích mặt cắt ngang của thanh đẩy không được quá nhỏ để tránh phần nhựa bị biến dạng do lực quá mạnh trên một đơn vị diện tích (đặc biệt là khi nhiệt độ tháo khuôn quá cao). Chốt đẩy phải được bố trí càng gần càng tốt với bộ phận có điện trở tháo khuôn lớn nhất. Với tiền đề không ảnh hưởng đến chất lượng của các bộ phận bằng nhựa (bao gồm cả yêu cầu sử dụng, độ chính xác về kích thước và hình thức, v.v.), nên lắp đặt càng nhiều chốt đẩy càng tốt để giảm biến dạng tổng thể của các bộ phận bằng nhựa.
hình ảnh
Khi nhựa mềm được sử dụng để sản xuất các bộ phận nhựa có khoang sâu lớn và thành mỏng, do khả năng chống tháo khuôn cao và vật liệu mềm, nếu áp dụng hoàn toàn một phương pháp đẩy cơ học duy nhất, các bộ phận nhựa sẽ bị biến dạng hoặc thậm chí bị đẩy ra ngoài. Hoặc phần nhựa sẽ bị cộm do gấp. Sẽ tốt hơn nếu sử dụng kết hợp nhiều thành phần hoặc kết hợp giữa áp suất khí (thủy lực) và phóng cơ học.
Ảnh hưởng của ứng suất nhiệt dư đến độ cong vênh và biến dạng của sản phẩm
Trong quá trình ép phun, ứng suất nhiệt dư là một yếu tố quan trọng gây ra cong vênh và biến dạng, ảnh hưởng lớn hơn đến chất lượng của sản phẩm ép phun. Vì ảnh hưởng của ứng suất nhiệt dư đối với độ cong vênh của sản phẩm là rất phức tạp nên các nhà thiết kế khuôn có thể phân tích và dự đoán nó với sự trợ giúp của phần mềm CAE ép phun.
Trong quá trình đúc của nhựa nóng chảy, do định hướng và co ngót không đồng đều, ứng suất bên trong không đồng đều, do đó, sau khi sản phẩm được lấy ra khỏi khuôn, nó sẽ bị cong vênh và biến dạng dưới tác động của ứng suất bên trong không đồng đều. Do đó, nhiều học giả phân tích và tính toán ứng suất bên trong và độ cong vênh của sản phẩm từ góc độ cơ học. Trong một số tài liệu nước ngoài, hiện tượng cong vênh được coi là do ứng suất dư sinh ra do co ngót không đều.
Trong giai đoạn làm mát của ép phun, khi nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chuyển thủy tinh, nhựa là chất lỏng đàn hồi nhớt, kèm theo sự giãn ứng suất: khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chuyển thủy tinh, nhựa trở nên rắn chắc. Quá trình chuyển pha lỏng-rắn và sự giảm ứng suất của nhựa trong quá trình làm nguội có ảnh hưởng lớn đến việc dự đoán chính xác ứng suất dư và biến dạng dư của sản phẩm.
Quá trình chuyển pha và hành vi thư giãn ứng suất của nhựa từ chất lỏng sang chất rắn trong giai đoạn làm mát. Đối với khu vực chưa được xử lý, nhựa thể hiện tính chất nhớt, được mô tả bằng mô hình chất lỏng nhớt; đối với khu vực được xử lý, nhựa thể hiện hành vi đàn hồi nhớt, được mô tả bằng mô hình rắn tuyến tính tiêu chuẩn, sử dụng mô hình chuyển tiếp pha đàn hồi nhớt và phương pháp phần tử hữu hạn hai chiều để dự đoán ứng suất dư nhiệt và biến dạng cong vênh tương ứng.
hình ảnh
Ảnh hưởng của giai đoạn hóa dẻo đến biến dạng cong vênh của sản phẩm
Trong giai đoạn hóa dẻo, các hạt thủy tinh được chuyển thành trạng thái lỏng nhớt để cung cấp độ nóng chảy cần thiết để đổ đầy khuôn. Trong quá trình này, sự chênh lệch nhiệt độ của polyme theo hướng dọc trục và hướng xuyên tâm (so với trục vít) sẽ gây ra ứng suất trong nhựa; Ngoài ra, áp suất phun, tốc độ và các thông số khác của máy phun sẽ ảnh hưởng lớn đến mức độ định hướng phân tử trong quá trình chiết rót. , gây biến dạng cong vênh.
Sử dụng tốc độ thấp khi bắt đầu tiêm, tốc độ cao khi lấp đầy khoang khuôn và tiêm tốc độ thấp khi gần kết thúc. Thông qua việc kiểm soát và điều chỉnh tốc độ phun, các hiện tượng không mong muốn khác nhau như bavia, vết phun, thanh bạc hoặc vết cháy có thể được ngăn chặn và cải thiện.
Chương trình điều khiển phun nhiều giai đoạn có thể thiết lập hợp lý áp suất phun nhiều giai đoạn, tốc độ phun, áp suất giữ và phương pháp nóng chảy theo cấu trúc của người chạy, dạng cổng và cấu trúc của bộ phận đúc phun, thuận lợi để cải thiện hiệu ứng hóa dẻo và cải thiện chất lượng Sản phẩm, giảm tỷ lệ lỗi và kéo dài tuổi thọ của khuôn/máy.
Bằng cách kiểm soát áp suất dầu, vị trí trục vít và tốc độ trục vít của máy ép phun thông qua chương trình đa cấp, nó có thể tìm cách cải thiện hình thức bên ngoài của các bộ phận đúc, cải thiện các biện pháp tương ứng đối với co ngót, cong vênh và bavia, đồng thời giảm kích thước không đồng đều của từng bộ phận ép phun của mỗi khuôn. .
Bằng cách kiểm soát áp suất dầu, vị trí trục vít và tốc độ trục vít của máy ép phun thông qua chương trình đa cấp, nó có thể tìm cách cải thiện hình thức bên ngoài của các bộ phận đúc, cải thiện các biện pháp tương ứng đối với co ngót, cong vênh và bavia, đồng thời giảm độ không đồng đều kích thước của mỗi phần đúc phun của mỗi khuôn. .
Ảnh hưởng của công đoạn rót khuôn và làm nguội đến độ cong vênh của sản phẩm
Dưới tác động của áp suất phun, nhựa nóng chảy được đổ vào khoang khuôn, được làm mát và hóa rắn trong khoang, đây là liên kết chính của quá trình ép phun. Trong quá trình này, nhiệt độ, áp suất và tốc độ được kết hợp với nhau, có tác động lớn đến chất lượng và hiệu quả sản xuất của các bộ phận bằng nhựa.
Áp suất và vận tốc dòng chảy cao hơn tạo ra tốc độ cắt cao, gây ra sự khác biệt trong hướng của các phân tử song song và vuông góc với hướng của dòng chảy, tạo ra "hiệu ứng đóng băng". "Hiệu ứng đóng băng" sẽ tạo ra ứng suất đóng băng và hình thành ứng suất bên trong của phần nhựa. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến biến dạng cong vênh được thể hiện ở các khía cạnh sau.
A. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt trên và dưới của các bộ phận bằng nhựa sẽ gây ra ứng suất nhiệt và biến dạng nhiệt;
B. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các khu vực khác nhau của phần nhựa sẽ gây ra hiện tượng co ngót không đều giữa các khu vực khác nhau;
C. Các trạng thái nhiệt độ khác nhau sẽ ảnh hưởng đến sự co rút của các bộ phận bằng nhựa.
Ảnh hưởng của công đoạn tháo khuôn đến độ cong vênh biến dạng của sản phẩm
Các bộ phận bằng nhựa chủ yếu là polyme thủy tinh trong quá trình rời khỏi khoang và làm mát đến nhiệt độ phòng. Lực tháo khuôn không cân bằng, chuyển động không ổn định của cơ chế đẩy hoặc khu vực đẩy không phù hợp của quá trình tháo khuôn có thể dễ dàng làm biến dạng sản phẩm. Đồng thời, ứng suất đóng băng trong phần nhựa trong giai đoạn làm đầy và làm mát sẽ được giải phóng dưới dạng biến dạng do mất các ràng buộc bên ngoài, dẫn đến biến dạng cong vênh.
Phương pháp 3D thực sự để tính toán ứng suất dư và hình dạng cuối cùng (co ngót và cong vênh). Họ đã xem xét ảnh hưởng của công đoạn đóng gói, chia sản phẩm thành ba lớp và phân tích ứng suất dư và biến dạng bằng lưới ba chiều. , một mô hình mô phỏng số cho ứng suất dư và biến dạng gây ra sau giai đoạn đóng gói được đề xuất.
Khi tính toán ứng suất dư, mô hình nhiệt nhớt đàn hồi (bao gồm cả độ giãn thể tích) được sử dụng. Phương pháp phần tử hữu hạn mà nó áp dụng dựa trên lý thuyết vỏ bao gồm các phần tử phẳng, phù hợp với các sản phẩm đúc phun thành mỏng có hình dạng phức tạp.
hình ảnh
Giải pháp cho ảnh hưởng của sự co ngót của các sản phẩm đúc phun đối với biến dạng cong vênh
Nguyên nhân trực tiếp gây ra hiện tượng cong vênh của các sản phẩm đúc phun là do các bộ phận nhựa co rút không đều. Nếu tác động của co ngót trong quá trình làm đầy không được xem xét trong giai đoạn thiết kế khuôn, hình dạng hình học của sản phẩm sẽ khác rất nhiều so với yêu cầu thiết kế và biến dạng nghiêm trọng sẽ khiến sản phẩm bị loại bỏ. Ngoài biến dạng do giai đoạn làm đầy gây ra, chênh lệch nhiệt độ giữa thành trên và thành dưới của khuôn cũng sẽ gây ra chênh lệch độ co ngót giữa bề mặt trên và dưới của phần nhựa, dẫn đến biến dạng cong vênh.
Đối với phân tích cong vênh, bản thân độ co ngót không quan trọng, nhưng sự khác biệt về độ co ngót mới quan trọng. Trong quá trình ép phun, tốc độ co ngót của nhựa theo hướng dòng chảy lớn hơn so với hướng thẳng đứng do sự sắp xếp của các phân tử polyme dọc theo hướng dòng chảy trong giai đoạn ép phun nhựa nóng chảy, dẫn đến biến dạng cong vênh. của phần đúc phun. Nói chung, sự co rút đồng đều chỉ gây ra những thay đổi về thể tích của các bộ phận bằng nhựa và chỉ sự co rút không đồng đều mới có thể gây ra biến dạng cong vênh.
Sự khác biệt giữa tốc độ co ngót của nhựa kết tinh theo hướng dòng chảy và hướng thẳng đứng lớn hơn so với nhựa vô định hình và tốc độ co ngót của nó cũng lớn hơn so với nhựa vô định hình. Sự chồng chất của tốc độ co ngót lớn của nhựa kết tinh và tính bất đẳng hướng của sự co ngót dẫn đến nhựa kết tinh có xu hướng cong vênh lớn hơn nhiều so với nhựa vô định hình.
Quy trình ép phun nhiều giai đoạn được lựa chọn dựa trên phân tích hình dạng hình học của sản phẩm: do khoang của sản phẩm sâu và thành mỏng nên khoang khuôn tạo thành một kênh dòng chảy dài và hẹp, và chất tan chảy phải chảy qua phần này rất nhanh. Nếu không, nó rất dễ nguội và đông đặc, dẫn đến nguy cơ lấp đầy khoang khuôn, vì vậy nên đặt tốc độ phun cao ở đây.
Tuy nhiên, phun tốc độ cao sẽ mang lại rất nhiều động năng cho sự tan chảy. Khi tan chảy xuống đáy, nó sẽ tạo ra tác động quán tính lớn, dẫn đến tổn thất năng lượng và tràn. Tại thời điểm này, quá trình tan chảy phải được làm chậm lại và giảm áp suất làm đầy. Duy trì cái gọi là áp suất giữ (áp suất thứ cấp, áp suất tiếp theo) để làm cho phần tan chảy bổ sung độ co rút của phần tan chảy vào khoang khuôn trước khi cổng đông cứng lại, điều này đặt ra các yêu cầu về tốc độ và áp suất phun nhiều giai đoạn khi phun quá trình đúc.
Giải pháp chống cong vênh, biến dạng sản phẩm do ứng suất nhiệt dư
Vận tốc của bề mặt chất lỏng phải không đổi. Nên sử dụng phương pháp tiêm nhanh để ngăn băng bị đóng băng trong quá trình tiêm. Cài đặt tốc độ bắn phải cho phép làm đầy nhanh ở những khu vực quan trọng (chẳng hạn như đường chạy) trong khi giảm tốc độ ở đầu vào nước. Tốc độ phun phải đảm bảo rằng khoang khuôn được lấp đầy và dừng lại ngay lập tức để tránh hiện tượng đổ đầy quá mức, chớp nhoáng và ứng suất dư.
