Sprøytestøping i flere-trinn

★Implementering av fler-sprøytestøpingsprosess

Teorien om fler-sprøytestøping

 

Under injeksjonenav smeltet plast inn i formhulen, blir smelten utsatt for komplekse termodynamiske og fluiddynamiske krefter. Som vist i figuren beskriver smeltestrømningsegenskapene ved fire forskjellige injeksjonshastigheter. Figur (a) viser serpentinstrømningsmønstrene eller "jetting"-fenomenet som oppstår under høy-sprøytestøping; Figur (b) viser strømningstilstanden ved en middels-høy ​​injeksjonshastighet, hvor "jetting"-fenomenet ved porten er redusert, og nærmer seg i hovedsak en "spredningsflyt"-tilstand; Figur (c) viser strømningstilstanden ved en middels-lav injeksjonshastighet, der smelten generelt ikke produserer et "jetting"-fenomen, og smelten kan fylle formen med en lav-hastighet, stabil "spredningsstrøm"; Figur (d) viser sprøytestøping med lav-hastighet, noe som kan føre til vanskeligheter eller til og med svikt i formfyllingen på grunn av den for langsomme fyllingshastigheten.

Typisk forløper ekstensjonsstrømmen av polymer under ekstensjonsstrømningsmodellen også i tre trinn: det innledende stadiet hvor smeltefronten viser radiell strømning når den passerer gjennom porten; mellomstadiet der smeltefronten er bueformet- under påvirkning av injeksjonstrykk; og det siste trinnet med jevn strømning med den viskoelastiske smelten som fungerer som forkant.

Strømningsegenskapene til smelten i det innledende stadiet er at smelten som strømmer ut av porten har en viss kinetisk energi under påvirkning av injeksjonstrykk og injeksjonshastighet. Størrelsen på denne kinetiske energien (på dette tidspunktet har den nettopp kommet inn i formhulen og er ikke påvirket av noen strømningsmotstand) påvirker de radielle strømningskarakteristikkene og diffusjonsvolumet til smeltefronten. Når denne kraften er spesielt sterk, kan et "jetting"-fenomen oppstå; når den kinetiske energien til denne kraften er passende, flyter smelten jevnt i alle retninger fra kilden, noe som resulterer i en bedre diffusjonstilstand.

Etter hvert som det innledende stadiet skrider frem, vil smelten raskt spre seg, og to fenomener vil oppstå når den kommer i kontakt med formhulveggen: a) strømningsretningen endres på grunn av kreftene som utøves av formhulveggen; b) strømningsmotstand genereres på grunn av kjøle- og friksjonseffektene til formhuleveggen, noe som resulterer i hastighetsforskjeller i smeltestrømmen på forskjellige punkter. Denne strømningskarakteristikken viser seg som ulik strømningshastighet ved forskjellige punkter av smelten, med den høyeste strømningshastigheten i kjernen av smelten, og strømmen av forkantmaterialet viser en bueform; samtidig skaper strømningen ved hvert punkt ulik luftmotstand og begrensning, og strømningsmotstanden har en tendens til å øke med økningen i strømningsavstand.

 

I det tredje trinnet strømmer det smeltede materialet raskt inn i formhulen, med den viskoelastiske smelten som fungerer som strømningsfronten. I det andre og tredje stadiet av sprøytestøping er den kinetiske energien generert av injeksjonstrykket og injeksjonshastigheten hovedfaktoren som påvirker formfyllingsegenskapene. Figuren viser ekspansjonsstrømningsprosessen og hastighetsfordelingen. Sprøytestøpte deler kommer i en rekke former, og kun én modell er vist på figuren. Strømningsegenskaper, energitap under formfyllingsprosessen og formen på produktet er nært beslektet, og forskjellige plaster har forskjellige flytegenskaper.

1. Mugg med lav-temperatur; 2. Kaldt-størknet lag av plast; 3. Strømningsretning for smelten; 4. Hastighetsfordeling ved lav-temperaturformen.

Den ideelle strømningstilstanden til det smeltede materialet i formhulen

Som nevnt ovenfor, bør ikke egenskapene til jevn ekspanderende strømning og de innledende stadiene av plastisk smeltestrøm fra porten vise fenomener som ligner "jetting" eller stråleegenskaper. Dette krever at smelten ikke har for høy kinetisk energi i de innledende stadiene av strømning til porten (overdreven kinetisk energi kan føre til jetting og serpentinmønstre); i midten- av formfyllingen bør den ekspanderende strømmen ha tilstrekkelig kinetisk energi til å overvinne strømningsmotstanden og oppnå en jevn ekspansjonstilstand; i det siste stadiet av formfylling, kreves den viskoelastiske smelten for å fylle formen raskt, overvinne den økende strømningsmotstanden med økende strømningsavstand, og oppnå en forhåndsbestemt jevn og jevn strømningshastighet. Basert på reologiske prinsipper kan denne ideelle strømningstilstanden resultere i sprøytestøpte-produkter med overlegne fysiske og mekaniske egenskaper, eliminere indre stress og orientering i produktet, eliminere synkemerker og overflatestrømningslinjer, og øke jevnheten til produktets overflateglans.

Implementering av en fler-injeksjonsprosess

Flertrinns sprøytestøping innebærer i hovedsak å kontrollere forskjellige injeksjonshastigheter i det øyeblikket plastsmelten fyller formhulen, slik at plastsmelten kan nå en nesten-ideell tilstand under fyllingsprosessen. Denne ideelle fyllingsprosessen introduserer ikke kvalitetsdefekter til plastproduktet, og genererer heller ikke spennings- eller orienteringskrefter. Vanligvis fullføres sprøytestøpeprosessen i løpet av noen få sekunder til titalls sekunder, og flertrinns sprøytestøpingsprosessen krever transformering av fyllingsprosessen til en kontinuerlig sekvens av forskjellige fyllingstilstander kontrollert av varierende injeksjonshastigheter innenfor denne korte tidsrammen.

 

I henhold til de fem-trinnskravene til den faktiske fler-injeksjonsprosessen, implementeres forskjellige injeksjonsvolumer, og den kinetiske energien til smelten må leveres av sprøytestøpemaskinen. Nåværende sprøytestøpemaskiner kan allerede oppnå segmentert, eller til og med multi-segment, injeksjonskontroll, som vist i figuren.

Som vist i figuren ovenfor kan injeksjonskontroll med fem-segmenter oppnås, der hvert segment har et annet injeksjonsvolum. Injeksjonsvolumet kontrollert av slaget er:

• Hvor Ω_Lner injeksjonsvolumet;
• L_ner injeksjonsslaget;
• D er diameteren på sprøytestøpemaskinskruen;
• p er tettheten til plasten.

Derfor kan forskjellige injeksjonshastigheter og trykk brukes i hvert segment for å oppnå ønsket kinetisk energi til det smeltede materialet i løpet av dette stadiet. Hvert segment tilsvarer en bestemt sone (n-sone) i formhulen. Selv om den kinetiske energien til strømmen endres på grunn av innflytelsen fra portsystemet, bør variasjonen i volumetrisk strømningshastighet være minimal.

 

I faktisk produksjon kontrolleres injeksjonshastigheten til sprøytestøpemaskiner som oppnår fler-injeksjon i flere trinn. Vanligvis kan injeksjonsprosessen deles inn i tre eller fire soner, som vist i diagrammet, og hver sone kan stilles inn med sin egen passende injeksjonshastighet for å oppnå fler-sprøytestøping. For tiden har noen sprøytestøpemaskiner også fler-trinns for-for-plastifiserings- og fler-holdetrykkfunksjoner.

Fler-trinns sprøytestøpingsprosesskurve

 

Selv om fler-sprøytestøping beskriver tilstanden til det smeltede materialet under formfylling, implementeres kontrollen av sprøytestøpemaskinen. Fra perspektivet til sprøytestøpemaskinens kontrollprinsipp kan forholdet mellom injeksjonshastighet (injeksjonstrykk) og skrumateslag utnyttes. Figuren viser en typisk kurve for en flertrinns sprøytestøpeprosess, der ulike injeksjonstrykk og hastigheter påføres ulike mengder materiale under injeksjonsprosessen.

1–5 - 5 forskjellige injeksjonshastigheter

Fordeler med fler-sprøytestøping

Innen sprøytestøping har høy-hastighet og lav-hastighet injeksjon hver sine fordeler og ulemper. Erfaring viser at høy-injeksjon generelt har følgende fordeler: kortere injeksjonstid; økt strømningsavstand; forbedret overflatefinish på produktet; økt styrke av sveiselinjer; og forebygging av kjøledeformasjon. Lav-injeksjon har på den annen side generelt følgende fordeler: effektiv forebygging av blits; forebygging av flytemerker; forebygging av muggventilasjonsproblemer; forebygging av luftinnfanging; og forebygging av molekylær orienteringsdeformasjon.

Sprøytestøping i flere-trinn kombinerer fordelene med høy-hastighet og lav-hastighets injeksjon for å møte kravene til stadig mer komplekse geometrier av plastprodukter og drastiske endringer i tverrsnittene til formløpere og hulrom. Det kan også effektivt eliminere defekter som injeksjonsmerker, krymping, bobler, sveiselinjer og brennemerker under støpeprosessen.

 

Flertrinns sprøytestøpingsprosessen bryter gjennom den tradisjonelle sprøyte- og holdetrykkmetoden, og kombinerer organisk fordelene med høy-hastighet og lav-injeksjonsbehandling. Ved å implementere fler-kontroll under injeksjonsprosessen kan mange defekter i sprøytestøpte deler overvinnes. For eksempel viser figuren en metode som bruker lav-injeksjon ved begynnelsen av injeksjonsprosessen, høy-injeksjon under fylling av formhulrom og deretter lav-injeksjon igjen nær slutten av fyllingen. Gjennom kontroll og justering av injeksjonshastigheten kan ulike uønskede fenomener som grader, sprøytemerker, sølvstriper eller brennemerker forhindres og forbedres.

a-d: fire forskjellige injeksjonshastigheter

Praktisk erfaring viser at kontroll av oljetrykket, injeksjonshastigheten, skruposisjonen og skruhastigheten til sprøytestøpemaskinen gjennom fler-programkontroll kan i stor grad forbedre defekter i utseendet til injeksjonsstøpte-produkter, som krymping, vridning og blinking.