Proces formowania wtryskowego odnosi się do metody wytwarzania półproduktów-o określonych kształtach poprzez operacje takie jak zwiększanie ciśnienia, wtryskiwanie, chłodzenie i wyrzucanie stopionych surowców. Proces ten jest źródłem produkcji produktów firmy produkującej opakowania kosmetyczne. Jakość tych półproduktów-przekłada się na stabilność kolejnych procesów i jakość produktu końcowego, co czyni ją kluczową procedurą maksymalizacji zysków przedsiębiorstwa.
Na przestrzeni lat specjaliści zajmujący się formowaniem wtryskowym pokonali wiele wyzwań, szczególnie w zakresie usuwania typowych wad produktów o cienkich lub grubych ściankach,-takich jak skurcz, linie spawów, ślady płynięcia, pęcherzyki powietrza, błyszczące plamy i wypaczenia. Podsumowując, proces formowania wtryskowego koncentruje się przede wszystkim na rozwiązaniu następujących dwóch aspektów:
I. Przebieg procesu
Przebieg procesu obejmuje cztery etapy: napełnianie, pakowanie, chłodzenie (plastyfikowanie) i wyrzucanie. Etapy te bezpośrednio decydują o jakości formowania produktu i tworzą kompletny, ciągły proces.
(1) Etap napełniania
Napełnianie jest pierwszym krokiem w całym cyklu formowania wtryskowego. Rozpoczyna się w momencie zamknięcia formy i rozpoczęcia wtrysku, a kończy w momencie wypełnienia około 95% wnęki formy. Teoretycznie krótszy czas napełniania prowadzi do wyższej wydajności formowania. Jednak w praktyce czas formowania lub prędkość wtrysku jest ograniczona wieloma warunkami, co jest szczególnie widoczne w przypadku-produktów grubościennych.
Wypełnianie z dużą-szybkością:Podczas napełniania-z dużą prędkością szybkość ścinania jest duża. Z powodu efektu rozrzedzania-ścinaniem lepkość tworzywa sztucznego spada, zmniejszając ogólny opór przepływu. Lokalne ogrzewanie lepkie również rozrzedza zestaloną warstwę. Dlatego na etapie kontroli przepływu metoda napełniania często zależy od objętości, która ma zostać napełniona. Na tym etapie efekt-rozrzedzania stopu przy ścinaniu jest zwykle znaczny, podczas gdy efekt chłodzenia cienkich ścianek jest mniej zauważalny. Dlatego dominuje efekt prędkości, dzięki czemu metoda ta jest odpowiednia w przypadku produktów o cienkich-ściennych ścianach.
Niska-szybkość napełniania:W przypadku napełniania-kontrolowanego przewodzeniem ciepła z małą-prędkością, szybkość ścinania jest mniejsza, lepkość lokalna jest wyższa i opór przepływu jest większy. Ponieważ stopień uzupełniania gorącego tworzywa sztucznego jest wolniejszy, przepływ jest bardziej stopniowy, co sprawia, że efekt przewodzenia ciepła jest bardziej wyraźny. Ciepło jest szybko odprowadzane przez zimne ścianki formy. W połączeniu z minimalnym ogrzewaniem lepkim, zestalona warstwa staje się grubsza, co dodatkowo zwiększa opór przepływu w cieńszych obszarach ścian. Dlatego ta metoda napełniania jest odpowiednia dla produktów-o grubych ściankach i może być również stosowana, gdy temperatura formy jest stosunkowo wysoka.
(2) Etap pakowania
Rolą etapu pakowania jest ciągłe wywieranie nacisku w celu zagęszczenia stopu i zwiększenia gęstości plastycznej, kompensując zachowanie skurczu plastycznego.
Podczas pakowania, ponieważ wnęka formy jest już wypełniona tworzywem sztucznym, przeciwciśnienie ze strony stopu jest wysokie. Podczas zagęszczania szczeliwa śruba wtryskarki może poruszać się do przodu powoli, w niewielkich odstępach, a natężenie przepływu tworzywa sztucznego jest również stosunkowo wolne. Przepływ ten nazywany jest przepływem upakowania. Na etapie pakowania, gdy tworzywo sztuczne stygnie i twardnieje szybciej na ściankach formy, lepkość stopu szybko wzrasta, co powoduje znaczny opór we wnęce formy. W późniejszych etapach pakowania gęstość materiału nadal rośnie, a część z tworzywa sztucznego stopniowo nabiera kształtu. Stan opakowania należy utrzymać do czasu stwardnienia i uszczelnienia bramy. W tym momencie ciśnienie we wnęce osiąga najwyższą wartość na etapie pakowania.
Podczas pakowania, ze względu na stosunkowo wysokie ciśnienie, tworzywo wykazuje właściwości ściśliwe. W obszarach o wyższym ciśnieniu tworzywo sztuczne jest bardziej zwarte i gęstsze; w obszarach o niższym ciśnieniu tworzywo sztuczne jest luźniejsze i mniej gęste. Dlatego rozkład gęstości zmienia się w zależności od lokalizacji i czasu. Podczas pakowania prędkość przepływu tworzywa sztucznego jest wyjątkowo niska i przepływ nie odgrywa już dominującej roli; Głównym czynnikiem wpływającym na proces pakowania jest ciśnienie. Ponieważ wnęka formy jest już wypełniona tworzywem sztucznym podczas pakowania, stopniowo krzepnący stop pełni rolę ośrodka przenoszenia ciśnienia. Ciśnienie we wnęce formy jest przenoszone przez tworzywo sztuczne na powierzchnię ścianki formy, co może pomóc poprawić połysk powierzchni produktu.
(3) Etap chłodzenia (plastyfikowanie)
W formach wtryskowych kluczowa jest konstrukcja układu chłodzenia. Dzieje się tak dlatego, że formowany produkt z tworzywa sztucznego musi mieć cząsteczki tworzywa sztucznego skrystalizowane i zestalone do określonej sztywności, aby uniknąć odkształcenia spowodowanego siłami zewnętrznymi podczas wyrzucania. Ponieważ czas chłodzenia stanowi od 70% do 80% całego cyklu formowania, dobrze-zaprojektowany system chłodzenia może znacznie skrócić czas formowania i poprawić wydajność formowania wtryskowego.
W formie ciepło z tworzywa sztucznego znajdującego się we wnęce jest przenoszone poprzez przewodzenie ciepła przez ramę formy do kanałów wody chłodzącej, a następnie usuwane w drodze konwekcji ciepła przez płyn chłodzący. Niewielka ilość ciepła, która nie jest odprowadzana przez wodę chłodzącą, nadal przewodzi wewnątrz formy i ostatecznie rozprasza się w powietrzu w kontakcie ze środowiskiem zewnętrznym.
Cykl formowania wtryskowego obejmuje czas zamykania formy, czas napełniania, czas pakowania, czas chłodzenia (poniżej czasu temperatury topnienia) i czas wyrzucania. Wśród nich czas chłodzenia zajmuje największą część i wynosi od 70% do 80%. Dlatego czas chłodzenia bezpośrednio wpływa na długość cyklu formowania produktu z tworzywa sztucznego i wydajność produkcji.
Czynniki wpływające na szybkość chłodzenia produktu obejmują:
Projekt produktu z tworzywa sztucznego.
Grubość ścianki produktu z tworzywa sztucznego; grubsze ścianki powodują dłuższy czas chłodzenia.
Czynniki wpływające na chłodzenie formy:
Materiał formy:W tym materiał rdzenia formy, wnęki i podstawy formy, który ma duży wpływ na szybkość chłodzenia. Im wyższa przewodność cieplna materiału formy, tym skuteczniej odprowadza ona ciepło z tworzywa sztucznego w jednostce czasu, co skutkuje krótszym czasem chłodzenia.
Konfiguracja kanału wody chłodzącej:Im bliżej wnęki znajdują się kanały chłodzące, tym większa jest ich średnica i im większa jest ich liczba, tym lepszy efekt chłodzenia i krótszy czas chłodzenia.
Natężenie przepływu chłodziwa:Większe natężenie przepływu chłodziwa (zazwyczaj idealne jest osiągnięcie przepływu turbulentnego) poprawia odprowadzanie ciepła poprzez konwekcję ciepła.
Właściwości chłodziwa:Lepkość i przewodność cieplna chłodziwa również wpływają na wydajność wymiany ciepła przez formę. Niższa lepkość płynu chłodzącego, wyższa przewodność cieplna i niższa temperatura skutkują lepszą wydajnością chłodzenia.
Chłodzenie form może wykorzystywać-wymiarowe-komponenty drukowane z metalu w celu tworzenia złożonych-wymiarowych struktur kanałów chłodzących w celu uzyskania lepszych efektów chłodzenia.
(4) Stopień wyrzutu
Wyrzucanie jest ostatnim krokiem w cyklu formowania wtryskowego. Chociaż produkt stwardniał i uformował się, wyrzucenie nadal znacząco wpływa na jakość produktu. Niewłaściwe metody wyrzucania mogą powodować wady, takie jak deformacja produktu z powodu nierównomiernej siły podczas wyrzucania.
Główne metody wyrzucania to dwie: wyrzucanie kołka wypychającego i wyrzucanie płyty zgarniającej. Projektując formę, należy wybrać odpowiednią metodę wyrzucania w oparciu o cechy strukturalne produktu, aby zapewnić jakość produktu.
W przypadku form wykorzystujących wypychacz kołków, kołki powinny być rozmieszczone możliwie równomiernie i umiejscowione tam, gdzie opór wypychania jest największy i gdzie część z tworzywa sztucznego ma maksymalną wytrzymałość i sztywność, aby uniknąć odkształcenia lub uszkodzenia.
Płytki zdzierające są zwykle używane do pojemników z głęboką-wnęką, cienkościennych-pojemników i produktów przezroczystych, gdzie niedozwolone są ślady trzpienia wypychacza. Metoda ta charakteryzuje się dużą, równomierną siłą wyrzutu, płynnym ruchem i brakiem znaczących widocznych śladów.
II. Parametry procesu
Pięć kluczowych elementów formowania wtryskowego to: ciśnienie, czas, prędkość, temperatura i wielkość wtrysku.
(1) Ciśnienie wtrysku
Ciśnienie wtrysku to ciśnienie w cylindrze hydraulicznym przenoszone przez śrubę wtryskarki na stopione tworzywo sztuczne. Pod wpływem tego ciśnienia stopione tworzywo sztuczne wchodzi do formy przez dyszę wtryskarki, przechodzi przez wlew i wlewy i wchodzi do gniazda formy. Proces ten jest etapem napełniania wtryskowego. Istnieje ciśnienie, które pokonuje opór podczas płynięcia stopu, zapewniając płynny przebieg procesu napełniania.
Podczas wtryskiwania ciśnienie jest najwyższe na dyszy wtryskarki, a najniższe na czole materiału roztopionego. Ciśnienie stopniowo maleje na drodze od czoła stopu z powrotem do dyszy.
Na ciśnienie napełniania stopionego materiału wpływa wiele czynników:
A. Czynniki materiałowe, takie jak rodzaj i lepkość tworzywa sztucznego.
B. Czynniki strukturalne, takie jak systemy kanałów zimnych/gorących, ich liczba i lokalizacja, kształt gniazda formy i grubość ścianki produktu.
C. Elementy parametrów procesu.
Odzwierciedla to fakt, że ciśnienie wtrysku nie powinno odgrywać dominującej roli w-formowaniu produktów cienkościennych, ale ma kluczowe znaczenie w przypadku formowania wtryskowego produktów-grubościennych. Może również odgrywać decydującą rolę w usuwaniu wad produktu, takich jak skurcz, linie spawów i pęcherzyki powietrza. Rozsądne ustawienie ciśnienia zależy od koordynacji prędkości i czasu napełniania. Podczas wtryskiwania bardzo istotne jest także ustawienie ciśnienia uszczelnienia. Pod koniec wtrysku dysza maszyny kontynuuje podawanie materiału do wnęki, aby wypełnić objętość pozostałą po skurczu produktu. Jeśli po wypełnieniu ubytku nie zostanie zastosowany żaden nacisk, produkt skurczy się o około 25%, szczególnie w obszarach o grubych-ścianach, gdzie nadmierny skurcz może spowodować powstawanie zapadnięć. Ciśnienie pakowania wynosi zazwyczaj około 85% maksymalnego ciśnienia napełniania, chociaż należy je określić na podstawie rzeczywistych warunków.
(2) Czas wtrysku
Czas wtryskiwania, o którym tu mowa, to czas wymagany do wypełnienia wnęki przez stopione tworzywo sztuczne, do uplastycznienia się stopu i do ochłodzenia. Nie obejmuje czasów pomocniczych, takich jak otwieranie i zamykanie formy. Rozsądne ustawienie tego czasu ma ogromny wpływ na jakość produktu. Chociaż czas wtrysku nie stanowi największej części cyklu formowania, dostosowanie czasu wtrysku odgrywa znaczącą rolę w kontrolowaniu ciśnienia na bramie, wlewu i wnęce. Rozsądny czas wtrysku ułatwia idealne wypełnienie stopu i ma decydujące znaczenie dla poprawy jakości powierzchni produktu i zmniejszenia tolerancji wymiarowych. Czas wtrysku jest znacznie krótszy niż czas chłodzenia i wynosi około 1/10 czasu chłodzenia. Współczynnik wzrasta wraz z grubszymi ściankami produktu. Wzór ten może służyć jako podstawa do oszacowania całkowitego czasu formowania części z tworzywa sztucznego.
(3) Prędkość wtrysku
Ścisły związek pomiędzy szybkością wtrysku a jakością produktu sprawia, że jest to kluczowy parametr przy formowaniu wtryskowym. Określając punkty początkowe, środkowe i końcowe segmentów prędkości napełniania oraz osiągając płynne przejścia między wartościami zadanymi, można zapewnić stabilną prędkość powierzchni stopu. Daje to pożądaną orientację molekularną i minimalizuje naprężenia wewnętrzne. Dlatego podczas ustawiania parametrów prędkości podczas debugowania procesu produktu zaleca się następujące podejście:
Prędkość powierzchniowa płynu powinna być stała.
Aby zapobiec krystalizacji stopu, należy zastosować szybki wtrysk.
Ustawienia prędkości wtrysku powinny uwzględniać obszary krytyczne (np. biegacze), zwalnianie przy bramce i szybkie napełnianie gdzie indziej.
Prędkość wtryskiwania powinna zatrzymać się natychmiast po wypełnieniu ubytku, aby zapobiec-przepełnieniu, wypływowi i naprężeniom szczątkowym.
Na podstawie struktury produktu w połączeniu z rzeczywistym stopniem krystalizacji należy dostosować parametry dużej i niskiej prędkości wtrysku dla obszarów o cienkich/grubych ściankach oraz tam, gdzie zmienia się kierunek przepływu stopu.
Bardzo ważna jest ścisła koordynacja z innymi elementami warunków formowania.
(4) Temperatura wtrysku
Temperatura wtrysku jest ważnym czynnikiem wpływającym na ciśnienie i prędkość wtrysku. Beczki wtryskarki mają zazwyczaj 5-6 stref grzewczych. Każdy surowiec ma swoją odpowiednią temperaturę przetwarzania. Oprócz parametrów temperaturowych poznanych na podstawie praktycznego doświadczenia, ustawienia można również opierać na danych dostarczonych przez dostawców surowców w połączeniu z rzeczywistymi warunkami pracy maszyny.
Temperatura wtrysku musi być kontrolowana w określonym zakresie. Jeśli temperatura jest zbyt niska, stop słabo uplastycznia się, co wpływa na jakość wypraski i zwiększa trudność procesu. Jeśli temperatura jest zbyt wysoka, surowiec jest podatny na rozkład. W rzeczywistym formowaniu wtryskowym temperatura stopu jest często wyższa niż temperatura beczki. Różnica zależy od szybkości wtrysku i właściwości materiału. Jest to spowodowane wysokim ciepłem wytwarzanym przez ścinanie, gdy stop przechodzi przez dyszę wtryskową.
(5) Rozmiar strzału
W procesie formowania wtryskowego rozsądna wielkość wtrysku reguluje ustawienie innych elementów parametrów procesu. Podczas debugowania procesu produktu poduszkę stopioną (pozostały rozmiar wtrysku) należy ustawić w taki sposób, aby po zakończeniu napełniania produktem pozycja śruby pozostawiała poduszkę około 15-20 mm. Jeśli jest zbyt blisko zera, końcówka pierścienia kontrolnego śruby ulegnie zbyt szybkiemu zużyciu i nie można zagwarantować stabilności wymiarowej produktu. Jeśli poduszka jest zbyt duża, nadmiar pozostałości stopu pozostający w beczce przez zbyt długi czas może spowodować zmianę koloru w następnym strzale i zwiększyć prawdopodobieństwo wytworzenia gazu w wyniku rozkładu stopu w wyniku przedłużonego czasu przebywania.
Podczas plastyfikacji ciśnienie wsteczne bezpośrednio wpływa na wielkość wtrysku. Przeciwciśnienie odnosi się do ciśnienia, które należy pokonać, gdy ślimak cofa się podczas przygotowywania stopu. Stosowanie wysokiego przeciwciśnienia jest korzystne dla dyspersji kolorów i topienia tworzywa sztucznego, zwiększając gęstość stopu w beczce. Wydłuża jednak również czas cofania ślimaka (w przypadku przekroczenia czasu chłodzenia wydłuża cykl wtrysku produktu). Jeśli prędkość obrotowa ślimaka zostanie zwiększona, ślimak może uwięzić powietrze ze szczelin pomiędzy granulkami tworzywa sztucznego sprasowanymi do stopionego materiału wewnątrz cylindra, które jest następnie wtryskiwane do gniazda formy. W przypadku grubszych produktów zwiększa to odpowiednio prawdopodobieństwo tworzenia się pęcherzyków powietrza wewnątrz ścianek i zwiększa obciążenie mocy wtryskarki. Dlatego przy uplastycznianiu zwykłych materiałów ciśnienie wsteczne powinno być niższe, na ogół nie przekraczające 20% ciśnienia wtrysku, przy czym idealnym rozwiązaniem jest niewielka ślina stopionego materiału na dyszy.
Podsumowując, aby ulepszyć technologię wtrysku, należy najpierw zrozumieć zasady i proces formowania wtryskowego. Po drugie, podczas debugowania procesu należy umiejętnie koordynować pięć kluczowych elementów:-ciśnienie, czas, prędkość, temperaturę i wielkość wtrysku-. Tylko wtedy te elementy mogą się wzajemnie uzupełniać w procesie, prowadząc do uzyskania optymalnych parametrów procesu dla produktu.