Sprøjtestøbningsproces i flere-trin

★Implementering af fler-trins sprøjtestøbningsproces

Teorien om fler-trins sprøjtestøbning

 

Under injektionenaf smeltet plast ind i formhulrummet, udsættes smelten for komplekse termodynamiske og fluiddynamiske kræfter. Som vist i figuren beskriver smeltestrømningsegenskaberne ved fire forskellige indsprøjtningshastigheder. Figur (a) viser serpentinestrømningsmønstrene eller "jetting"-fænomenet, der opstår under høj-sprøjtestøbning; Figur (b) viser strømningstilstanden ved en medium-høj injektionshastighed, hvor "jetting"-fænomenet ved porten er reduceret, i det væsentlige nærmer sig en "spredningsflow"-tilstand; Figur (c) viser strømningstilstanden ved en medium-lav indsprøjtningshastighed, hvor smelten generelt ikke frembringer et "jetting"-fænomen, og smelten kan fylde formen med en lav-stabil "spredningsstrøm"; Figur (d) viser sprøjtestøbning med lav-hastighed, hvilket kan føre til vanskeligheder eller endda fejl i formpåfyldningen på grund af den alt for langsomme påfyldningshastighed.

Typisk forløber forlængelsesstrømmen af ​​polymer under forlængelsesstrømningsmodellen også i tre trin: det indledende trin, hvor smeltefronten udviser radial strømning, når den passerer gennem porten; det mellemliggende trin, hvor smeltefronten er bueformet- under påvirkning af injektionstryk; og det sidste trin med ensartet strømning med den viskoelastiske smelte, der fungerer som forkant.

Strømningsegenskaberne for smelten i det indledende trin er, at smelten, der strømmer ud af porten, besidder en vis kinetisk energi under påvirkning af injektionstryk og injektionshastighed. Størrelsen af ​​denne kinetiske energi (på dette tidspunkt er den lige kommet ind i formhulrummet og er ikke påvirket af nogen strømningsmodstand) påvirker de radiale strømningskarakteristika og diffusionsvolumenet af smeltefronten. Når denne kraft er særlig stærk, kan der opstå et "jetting"-fænomen; når den kinetiske energi af denne kraft er passende, flyder smelten jævnt i alle retninger fra kilden, hvilket resulterer i en bedre diffusionstilstand.

Efterhånden som den indledende fase skrider frem, vil smelten hurtigt spredes, og to fænomener vil opstå, når den kommer i kontakt med formhulrummets væg: a) strømningsretningen ændres på grund af de kræfter, der udøves af formhulrummets væg; b) strømningsmodstand genereres på grund af køle- og friktionseffekterne af formhulrummets væg, hvilket resulterer i hastighedsforskelle i smeltestrømmen på forskellige punkter. Denne strømningskarakteristik kommer til udtryk som ulige strømningshastigheder ved forskellige punkter af smelten, med den højeste strømningshastighed i smeltens kerne, og strømmen af ​​forkantmaterialet udviser en bueform; samtidig skaber flowet ved hvert punkt ulige modstand og begrænsning, og flowmodstanden har en tendens til at stige med stigningen i flowafstand.

 

I det tredje trin flyder det smeltede materiale hurtigt ind i formhulrummet, hvor den viskoelastiske smelte fungerer som strømningsfronten. I andet og tredje trin af sprøjtestøbning er den kinetiske energi, der genereres af injektionstrykket og injektionshastigheden, hovedfaktoren, der påvirker formfyldningsegenskaberne. Figuren viser ekspansionsflowprocessen og hastighedsfordelingen. Sprøjtestøbte dele kommer i en række forskellige former, og kun én model er vist på figuren. Strømningsegenskaber, energitab under formpåfyldningsprocessen og produktets form er tæt forbundet, og forskellige plasttyper har forskellige strømningsegenskaber.

1. Lav-temperaturskimmel; 2. Koldt-størknet lag af plastik; 3. Strømningsretning af smelten; 4. Hastighedsfordeling ved lav-temperaturformen.

Den ideelle strømningstilstand for det smeltede materiale i formhulrummet

Som nævnt ovenfor bør karakteristikaene for ensartet ekspanderende strømning og de indledende stadier af plastisk smeltestrøm fra porten ikke udvise fænomener svarende til "jetting" eller jetting-egenskaber. Dette kræver, at smelten ikke besidder overdrevent høj kinetisk energi i de indledende stadier af flow til porten (overdreven kinetisk energi kan føre til jetting og serpentinmønstre); i det midterste-stadium af formfyldning bør den ekspanderende strøm have tilstrækkelig kinetisk energi til at overvinde strømningsmodstanden og opnå en ensartet ekspansionstilstand; i det sidste trin af formpåfyldning kræves den viskoelastiske smelte for at fylde formen hurtigt, overvinde den stigende strømningsmodstand med stigende strømningsafstand og opnå en forudbestemt ensartet og stabil strømningshastighed. Baseret på rheologiske principper kan denne ideelle flowtilstand resultere i sprøjtestøbte-produkter med overlegne fysiske og mekaniske egenskaber, eliminere indre spændinger og orientering i produktet, eliminere synkemærker og overfladestrømningslinjer og øge ensartetheden af ​​produktets overfladeglans.

Implementering af en fler-injektionsproces

Sprøjtestøbning i flere-trin involverer i det væsentlige styring af forskellige sprøjtehastigheder i det øjeblik, hvor plastsmelten fylder formhulrummet, hvilket tillader plastsmelten at nå en næsten-ideal tilstand under påfyldningsprocessen. Denne ideelle påfyldningsproces introducerer ikke kvalitetsfejl til plastproduktet, og den genererer heller ikke spændings- eller orienteringskræfter. Generelt afsluttes sprøjtestøbningsprocessen i løbet af få sekunder til titusinder af sekunder, og flertrins sprøjtestøbningsprocessen kræver, at fyldningsprocessen transformeres til en kontinuerlig sekvens af forskellige fyldningstilstande, der kontrolleres af varierende sprøjtehastigheder inden for denne korte tidsramme.

 

I henhold til de fem-trinskrav i den faktiske fler-injektionsproces, implementeres forskellige injektionsvolumener, og smeltens kinetiske energi skal leveres af sprøjtestøbemaskinen. Nuværende sprøjtestøbemaskiner kan allerede opnå segmenteret, eller endda multi-segment, sprøjtekontrol, som vist på figuren.

Som vist i figuren ovenfor kan injektionskontrol med fem-segmenter opnås, hvor hvert segment har et forskelligt injektionsvolumen. Injektionsvolumen, der kontrolleres af slaget, er:

• Hvor Ω_Lner injektionsvolumenet;
• L_ner injektionsslaget;
• D er diameteren af ​​sprøjtestøbemaskinens skrue;
• p er densiteten af ​​plasten.

Derfor kan forskellige injektionshastigheder og tryk anvendes i hvert segment for at opnå den ønskede kinetiske energi af det smeltede materiale under dette trin. Hvert segment svarer til en specifik zone (n-zone) i formhulrummet. Selvom den kinetiske energi af flowet ændres på grund af påvirkningen af ​​portsystemet, bør variationen i volumetrisk flowhastighed være minimal.

 

I den faktiske produktion styres injektionshastigheden af ​​sprøjtestøbemaskiner, der opnår fler-indsprøjtning, i flere trin. Typisk kan injektionsprocessen opdeles i tre eller fire zoner, som vist i diagrammet, og hver zone kan indstilles med sin egen passende sprøjtehastighed for at opnå fler-sprøjtestøbning. I øjeblikket har nogle sprøjtestøbemaskiner også fler-trins præ-blødgørings- og fler-holdetrykfunktioner.

Fler-trins sprøjtestøbningsproceskurve

 

Selvom sprøjtestøbning i flere-trin beskriver tilstanden af ​​det smeltede materiale under formpåfyldning, implementeres dets kontrol af sprøjtestøbemaskinen. Ud fra sprøjtestøbemaskinens kontrolprincip kan forholdet mellem injektionshastighed (injektionstryk) og skruefremføringsslag udnyttes. Figuren viser en typisk kurve for en flertrins sprøjtestøbeproces, hvor forskellige sprøjtetryk og hastigheder påføres forskellige mængder materiale under sprøjteprocessen.

1–5 - 5 forskellige indsprøjtningshastigheder

Fordele ved sprøjtestøbning i flere-trin

Inden for sprøjtestøbning har høj-hastighed og lav-hastighedsindsprøjtning hver deres fordele og ulemper. Erfaring viser, at høj-indsprøjtning generelt har følgende fordele: kortere indsprøjtningstid; øget strømningsafstand; forbedret overfladefinish af produktet; øget styrke af svejselinjer; og forebyggelse af køledeformation. Lav-indsprøjtning har på den anden side generelt følgende fordele: effektiv forebyggelse af blitz; forebyggelse af strømningsmærker; forebyggelse af problemer med udluftning af skimmelsvamp; forebyggelse af luftindfangning; og forebyggelse af molekylær orienteringsdeformation.

Sprøjtestøbning i flere-trin kombinerer fordelene ved høj-hastighed og lav-hastighedsindsprøjtning for at imødekomme kravene til stadig mere komplekse geometrier af plastprodukter og drastiske ændringer i tværsnit- af formløbere og hulrum. Det kan også effektivt eliminere defekter som injektionsmærker, krympning, bobler, svejselinjer og brændemærker under støbeprocessen.

 

Fler-trins sprøjtestøbningsprocessen bryder gennem den traditionelle sprøjte- og holdetrykmetode, og kombinerer organisk fordelene ved høj-hastighed og lav-hastigheds-sprøjtebehandling. Ved at implementere fler-trinskontrol under injektionsprocessen kan mange defekter i sprøjtestøbte dele overvindes. For eksempel viser figuren en metode, der bruger lav-hastighedsindsprøjtning i begyndelsen af ​​injektionsprocessen, høj-hastighedsindsprøjtning under fyldning af formhulrum og derefter lav-hastighedsinjektion igen nær slutningen af ​​fyldningen. Gennem styring og justering af injektionshastigheden kan forskellige uønskede fænomener såsom grater, sprøjtemærker, sølvstriber eller brændemærker forhindres og forbedres.

a-d: fire forskellige injektionshastigheder

Praktisk erfaring viser, at styring af olietrykket, injektionshastigheden, skruepositionen og skruehastigheden af ​​sprøjtestøbemaskinen gennem fler-programstyring i vid udstrækning kan forbedre defekter i udseendet af sprøjtestøbte-produkter, såsom krympning, vridning og blinkning.