Деформация литьевых изделий
Деформация является одним из распространенных дефектов при литье под давлением тонкостенных пластиковых деталей, поскольку она включает в себя точное прогнозирование деформации коробления, а законы деформации коробления деталей, полученных литьем под давлением из разных материалов и форм, сильно различаются. Когда величина коробления превышает допустимую погрешность, это становится дефектом формовки, который, в свою очередь, влияет на сборку изделия.
Точное предсказание коробления большого количества все более тонкостенных деталей (толщина стенки менее 2 мм) является необходимым условием для эффективного контроля коробления. Анализ деформации коробления в основном использует качественный анализ, и меры принимаются на основе конструкции продукта, конструкции пресс-формы и условий процесса литья под давлением, чтобы максимально избежать большой деформации коробления.
Анализ причин
Форма
Положение, форма и количество ворот литника формы для литья под давлением будут влиять на состояние заполнения пластмассой полости пресс-формы, что приведет к деформации пластмассовой детали.
Чем больше расстояние потока, тем больше внутреннее напряжение, вызванное потоком и питанием между замороженным слоем и центральным слоем потока; наоборот, чем короче расстояние потока, тем короче время потока от литника до конца потока детали, и форма замерзнет при заполнении. Толщина слоя утончается, внутреннее напряжение уменьшается, и коробление деформация также значительно снижается. Если используется только один центральный затвор или один боковой затвор, формованная пластмассовая деталь будет деформирована, потому что скорость усадки в направлении диаметра больше, чем в периферийном направлении; если вместо этого используются многоточечные ворота, это может эффективно предотвратить коробление и деформацию.
При точечном литье для формовки также из-за анизотропии пластической усадки большое влияние на степень деформации пластмассовых деталей оказывают положение и количество литников. Поскольку используется 30-процентный армированный стекловолокном PA6, получается большая литая деталь весом 4,95 кг, поэтому вдоль направления потока окружающих стен имеется множество ребер жесткости, так что каждую заслонку можно полностью сбалансировать.
Кроме того, использование нескольких литников также может сократить коэффициент текучести пластика (л/т), так что плотность материала в полости формы будет более равномерной, а усадка более равномерной. В то же время вся пластиковая часть может быть заполнена под небольшим давлением впрыска. Более низкое давление впрыска может уменьшить склонность пластмасс к молекулярной ориентации и уменьшить их внутреннее напряжение, тем самым уменьшая деформацию пластиковых деталей.
картина
Температура пресс-формы. Температура пресс-формы оказывает большое влияние на внутренние характеристики и видимое качество продукта. Температура пресс-формы зависит от наличия или отсутствия кристалличности пластика, размера и структуры изделия, эксплуатационных требований и других условий процесса (температура расплава, скорость и давление впрыска, цикл формования и т. д.).
Контроль давления: давление в процессе литья под давлением включает давление пластификации и давление впрыска и напрямую влияет на пластификацию пластмасс и качество продукции.
Использование экспериментальных методов для изучения коробления пластмассовых изделий в основном отражается в изучении влияния свойств материала, геометрии и размера изделия, а также условий процесса литья под давлением на коробление изделия. Было проведено большое количество экспериментов, чтобы выяснить влияние геометрии литника, параметров упаковки (давления и времени выдержки) и эластичности формы на окончательный размер изделия.
В качестве полимерной основы был использован ПЭТФ, и были изучены характеристики коробления различных материалов и панелей с различной толщиной стенок. Экспериментально изучена взаимосвязь между коэффициентом армирования 33-процентного армированного стекловолокном диска ПА66, анизотропией коэффициента линейного теплового расширения, толщиной изделия и короблением, и впервые предложено понятие индекса коробления. . Были изучены характеристики коробления и взаимосвязь между индексом коробления, короблением и состоянием ориентации волокон, а также взаимосвязь между пределом текучести и индексом коробления.
Экспериментальный метод изучения деформации коробления часто ограничивается конкретной геометрической формой, конкретным материалом и условиями процесса и не может полностью учесть влияние многих факторов на деформацию коробления и не может предсказать возможное коробление на этапе проектирования изделия. Размер деформации. При фактическом использовании ограничения эмпирической формулы также очевидны, и не только зависят от условий эксперимента, но также связаны со многими факторами, такими как метод обработки экспериментальных данных и условия применения эмпирической формулы, а также эмпирическая формула подходит только для экспериментальных условий. близко к производственному процессу.
картина
сжимать/деформировать
Поскольку деформация коробления связана с неравномерной усадкой, взаимосвязь между усадкой и короблением продукта анализируется путем изучения поведения усадки различных пластиков в различных технологических условиях. На основе моделирования течения литья под давлением, удержания давления и охлаждения с помощью экспериментов и методов линейной регрессии предлагается модель для прогнозирования усадки изделий, полученных литьем под давлением. На основе прогноза усадки деформация изделий рассчитывается с помощью программ моделирования структурного анализа.
Из материалов с высокой степенью усадки трудно получить изделия с высокой точностью размеров. Чтобы добиться высокой точности, следует как можно чаще использовать аморфные смолы и смолы с постоянной усадкой во всех направлениях. Для многих материалов усадку изделия измеряют в условиях изменения расхода, давления выдержки, времени выдержки, температуры формы, времени заполнения, толщины изделия и других параметров.
По результатам испытаний усадка продукта делится на три части: объемная усадка, неравномерная усадка, вызванная молекулярной ориентацией, и неравномерная усадка, вызванная несбалансированным охлаждением. Методы прогнозирования усадки для объемной усадки, содержания кристаллов, удержания формы, ориентации пластика и т. д. используют результаты анализа течения и охлаждения для прогнозирования усадочной деформации.
Конструкция системы охлаждения
Во время процесса впрыска неравномерная скорость охлаждения пластиковой детали также вызывает неравномерную усадку пластиковой детали. Эта разница в усадке приведет к возникновению изгибающего момента и деформации пластиковой детали.
Если разница температур между полостью пресс-формы и стержнем, используемым при литье под давлением плоских пластиковых деталей, слишком велика, расплав вблизи поверхности холодной полости пресс-формы будет быстро остывать, в то время как слой материала вблизи поверхности горячей полости пресс-формы будет продолжать сжиматься, неравномерная усадка деформирует пластиковую деталь. Поэтому при охлаждении формы для литья под давлением следует обращать внимание на температурный баланс полости и сердечника, а разница температур между ними не должна быть слишком большой.
В дополнение к тому, что температура на внутренней и внешней поверхностях пластиковой детали имеет тенденцию к равновесию, температуру на каждой стороне пластиковой детали также следует считать постоянной, то есть, когда форма охлаждается, постарайтесь поддерживать постоянную температуру полости и сердечника, чтобы скорость охлаждения пластиковой детали была сбалансированной, чтобы усадка была более равномерной повсюду, эффективно предотвращая деформацию. Поэтому расположение отверстий для охлаждающей воды на пресс-форме очень важно. После определения расстояния от стенки трубы до поверхности полости расстояние между отверстиями для охлаждающей воды должно быть как можно меньше, чтобы обеспечить однородность температуры стенки полости.
В то же время, поскольку температура охлаждающей среды увеличивается с увеличением длины канала охлаждающей воды, полость и сердцевина пресс-формы будут иметь разность температур по ходу канала воды. Поэтому длина водяного канала каждого контура охлаждения должна быть менее 2 м. Несколько охлаждающих контуров должны быть установлены в больших формах, причем вход одного контура должен располагаться рядом с выходом другого контура. Для длинных пластиковых деталей следует использовать контур охлаждения, чтобы уменьшить длину контура охлаждения, то есть уменьшить перепад температур пресс-формы, чтобы обеспечить равномерное охлаждение пластиковых деталей.
Конструкция системы выброса также напрямую влияет на деформацию пластиковой детали. Если компоновка системы выброса не сбалансирована, это вызовет дисбаланс силы выброса и деформирует пластиковую деталь. Следовательно, при проектировании системы выталкивания ее следует стремиться сбалансировать с сопротивлением извлечению из формы.
Кроме того, площадь поперечного сечения стержня выталкивателя не должна быть слишком маленькой, чтобы предотвратить деформацию пластиковой детали из-за чрезмерного усилия на единицу площади (особенно при слишком высокой температуре извлечения из формы). Выталкивающий штифт должен располагаться как можно ближе к детали с наибольшим сопротивлением извлечению из формы. При условии, что качество пластиковых деталей не пострадает (включая требования к использованию, точность размеров и внешний вид и т. д.), следует установить как можно больше выталкивающих штифтов, чтобы уменьшить общую деформацию пластиковых деталей.
картина
Когда мягкий пластик используется для изготовления больших полостей и тонкостенных пластиковых деталей, из-за высокого сопротивления извлечению из формы и мягкого материала, если полностью принят единственный метод механического выталкивания, пластиковые детали будут деформированы или даже продавлены. Или пластиковая часть будет утилизирована из-за складывания. Лучше будет использовать многокомпонентную комбинацию или комбинацию газового (гидравлического) напора и механического выброса.
Влияние остаточных термических напряжений на коробление и деформацию изделий.
В процессе литья под давлением остаточное термическое напряжение является важным фактором, вызывающим коробление и деформацию и в большей степени влияющим на качество изделий, полученных литьем под давлением. Поскольку влияние остаточного термического напряжения на коробление изделия очень сложное, разработчики пресс-форм могут анализировать и прогнозировать его с помощью программного обеспечения CAE для литья под давлением.
В процессе формования расплава пластика из-за неравномерной ориентации и усадки внутреннее напряжение неравномерно, поэтому после выпуска изделия из формы оно будет коробиться и деформироваться под действием неравномерного внутреннего напряжения. Поэтому многие ученые анализируют и рассчитывают внутренние напряжения и коробление изделий с точки зрения механики. В некоторых зарубежных источниках коробление рассматривается как вызванное остаточными напряжениями, возникающими при неравномерной усадке.
На стадии охлаждения литья под давлением, когда температура выше температуры стеклования, пластик представляет собой вязкоупругую жидкость, сопровождающуюся релаксацией напряжений: при температуре ниже температуры стеклования пластик становится твердым. Этот фазовый переход жидкость-твердое состояние и релаксация напряжений в пластмассах при охлаждении оказывают большое влияние на точное предсказание остаточных напряжений и остаточных деформаций изделий.
Фазовый переход и релаксация напряжений пластмасс из жидкого состояния в твердое во время фазы охлаждения. Для неотвержденной области пластик демонстрирует вязкое поведение, которое описывается моделью вязкой жидкости; для отвержденной области пластик демонстрирует вязкоупругое поведение, которое описывается стандартной линейной твердотельной моделью с использованием модели вязкоупругого фазового перехода и двумерного метода конечных элементов для прогнозирования термических остаточных напряжений и соответствующих деформаций коробления.
картина
Влияние стадии пластификации на деформацию коробления изделия
На стадии пластификации частицы стекла переводятся в вязко-жидкое состояние, чтобы обеспечить расплав, необходимый для заполнения формы. В этом процессе разница температур полимера в осевом и радиальном направлениях (относительно винта) будет вызывать напряжение в пластике; кроме того, давление впрыска, скорость и другие параметры машины для литья под давлением будут сильно влиять на степень ориентации молекул во время заполнения. , вызывая деформацию коробления.
Используйте низкую скорость в начале впрыска, высокую скорость при заполнении полости формы и низкую скорость впрыска, когда заполнение приближается к концу. Благодаря контролю и регулировке скорости впрыска можно предотвратить и улучшить различные нежелательные явления, такие как заусенцы, следы от распыления, серебряные полосы или следы ожогов.
Многоступенчатая программа управления впрыском может разумно установить многоступенчатое давление впрыска, скорость впрыска, давление выдержки и метод плавления в соответствии со структурой бегунка, формой литника и конструкцией детали, отлитой под давлением, что способствует для улучшения пластифицирующего эффекта и улучшения качества продукции, снижения количества брака и продления срока службы пресс-формы/машины.
Управляя давлением масла, положением шнека и скоростью шнека машины для литья под давлением с помощью многоуровневой программы, он может стремиться улучшить внешний вид отлитых деталей, улучшить соответствующие меры по усадке, короблению и заусенцам, а также уменьшить неравномерность размера каждой отлитой под давлением части каждой пресс-формы. .
Управляя давлением масла, положением шнека и скоростью шнека машины для литья под давлением с помощью многоуровневой программы, он может стремиться улучшить внешний вид отлитых деталей, улучшить соответствующие меры по усадке, короблению и заусенцам, а также уменьшить неровности. размера каждой отлитой под давлением части каждой пресс-формы. .
Влияние стадий заполнения и охлаждения формы на коробление изделий.
Под действием давления впрыска расплавленный пластик заливается в полость формы, охлаждается и затвердевает в полости, что является ключевым звеном литья под давлением. В этом процессе температура, давление и скорость связаны друг с другом, что оказывает большое влияние на качество и эффективность производства пластиковых деталей.
Более высокие давления и скорости потока создают высокие скорости сдвига, которые вызывают различия в ориентации молекул параллельно и перпендикулярно направлению потока, создавая «эффект замораживания». «Эффект замораживания» создаст напряжение замерзания и сформирует внутреннее напряжение пластиковой детали. Влияние температуры на деформацию коробления проявляется в следующих аспектах.
A. Разница температур между верхней и нижней поверхностями пластиковых деталей вызовет термическое напряжение и термическую деформацию;
B. Разница температур между различными областями пластиковой детали вызовет неравномерную усадку между различными областями;
C. Различные температурные режимы влияют на усадку пластиковых деталей.
Влияние стадии распаковки на деформацию коробления изделия.
Пластиковые детали в основном представляют собой стекловидные полимеры в процессе выхода из полости и охлаждения до комнатной температуры. Неуравновешенное усилие извлечения из формы, нестабильное движение выталкивающего механизма или неправильная зона выталкивания из формы могут легко деформировать изделие. При этом напряжения, застывшие в пластиковой детали на стадиях наполнения и охлаждения, будут высвобождаться в виде деформации за счет потери внешних связей, что приводит к деформациям коробления.
Истинный 3D-подход для расчета остаточных напряжений и окончательной формы (усадка и деформация). Они рассмотрели влияние стадии упаковки, разделили продукт на три слоя и проанализировали остаточное напряжение и деформацию с помощью трехмерной сетки. , предлагается численная имитационная модель индуцированного остаточного напряжения и деформации после фазы упаковки.
При расчете остаточного напряжения используется термовязкоупругая модель (включая объемную релаксацию). Используемый метод конечных элементов основан на теории оболочек, состоящей из плоских элементов, которая подходит для тонкостенных литьевых изделий сложной формы.
картина
Решение вопроса о влиянии усадки литьевых изделий на деформацию коробления
Непосредственной причиной коробления литьевых изделий является неравномерная усадка пластиковых деталей. Если на этапе проектирования пресс-формы не учитывать влияние усадки в процессе заполнения, геометрическая форма изделия будет сильно отличаться от проектных требований, а сильная деформация приведет к тому, что изделие будет браковано. В дополнение к деформации, вызванной стадией заполнения, разница температур между верхней и нижней стенками формы также вызывает разницу в усадке между верхней и нижней поверхностями пластиковой детали, что приводит к деформации коробления.
Для анализа коробления сама по себе усадка не важна, но важна разница в усадке. В процессе литья под давлением скорость усадки пластика в направлении потока больше, чем в вертикальном направлении из-за расположения молекул полимера вдоль направления потока во время стадии литья под давлением расплавленного пластика, что приводит к деформациям коробления. детали, изготовленной методом литья под давлением. Как правило, равномерная усадка вызывает только изменение объема пластиковых деталей, и только неравномерная усадка может вызвать деформацию коробления.
Разница между скоростью усадки кристаллических пластиков в направлении потока и в вертикальном направлении больше, чем у аморфных пластиков, и скорость его усадки также больше, чем у аморфных пластиков. Наложение большой скорости усадки кристаллических пластиков и анизотропии усадки приводит к тому, что кристаллические пластики имеют гораздо большую склонность к деформации, чем аморфные пластики.
Многоэтапный процесс литья под давлением выбран на основе анализа геометрической формы изделия: поскольку полость изделия глубокая, а стенка тонкая, полость формы образует длинный и узкий проточный канал, и расплав должен течь через эту часть очень быстро. В противном случае она легко охладится и затвердеет, что приведет к опасности заполнения полости формы, поэтому здесь следует установить высокоскоростное впрыскивание.
Однако высокоскоростная инжекция принесет расплаву много кинетической энергии. Когда расплав стекает на дно, он оказывает сильное инерционное воздействие, что приводит к потерям энергии и перетеканию. В это время плавление должно быть замедлено, а давление наполнения должно быть уменьшено. Поддерживать так называемое давление выдержки (вторичное давление, следящее давление), чтобы расплав дополнял усадку расплава в полость формы до затвердевания литника, что выдвигает требования к многоступенчатой скорости впрыска и давлению на впрыске процесс формования.
Решение проблемы коробления и деформации изделия из-за остаточного термического напряжения
Скорость поверхности жидкости должна быть постоянной. Следует использовать быструю закачку, чтобы предотвратить замерзание расплава в процессе закачки. Настройка скорости подачи воды должна обеспечивать быстрое заполнение критических областей (например, бегунов) при одновременном замедлении на входе воды. Скорость впрыска должна обеспечивать заполнение полости формы и немедленную остановку во избежание переполнения, облоя и остаточного напряжения.
