Běžné vady při vstřikování a jejich odstranění

Tokové čáry a nedolití: Příčiny a optimalizace procesu

Porozumění tokovým čárám a jejich příčinám souvisejícím s materiálem, formou a procesem

Tokové čáry jsou viditelné pruhy nebo vzory na vstřikovaných dílech, které vznikají nepravidelným tokem materiálu během proces vlití . Hlavní příčiny zahrnují:

• Nesoulad viskozity materiálu , zejména u polokrystalických polymerů, které se chladí nerovnoměrně
• Neoptimální návrh formy , například úzká hrdla nebo ostré rohy, které narušují tok
• Výrobní variace , včetně kolísavých rychlostí vstřikování nebo teplot taveniny

Studie Plastics Technology Institute z roku 2023 zjistila, že 62 % vad způsobených tokem materiálu má původ v nedostatečné velikosti vtoků kombinované s nekonzistentními teplotami ve fázi tavení.

Hlavní příčiny neúplného plnění: tlak, odvzdušnění a odpor proti toku

Neúplné plnění nastává, když roztavená plastová hmota neproplní dutinu formy zcela. Mezi hlavní faktory patří:

1. Nedostatečný vstřikovací tlak , který nestačí překonat odpor v tenkostěnných částech
2. Špatné odvzdušnění , které uzavírá vzduch a vytváří protitlak
3. Materiály s vysokou viskozitou potíže s navigací složitých geometrií

Nesprávně umístěné vývody způsobují 34 % případů neúplného plnění u vysoce přesných forem (Polymer Engineering Reports, 2022).

Optimalizace parametrů vstřikování za účelem prevence vad souvisejících s tokem taveniny

Doladění klíčových parametrů může výrazně snížit vady související s tokem:

*Rozsahy se liší podle materiálu a geometrie dílu
**Sklotvorná teplota

Zvýšení tlaku po držení o 20 % s chladicí pauzou 2 sekundy snižuje závažnost tokových čar o 45 % u dílů z polypropylenu, jak vyplývá ze simulačních dat z nástrojů pro analýzu toku taveniny ve formě . Změny vždy ověřujte pomocí systematických experimentálních pokusů (DOE – Design of Experiments).

Stopy po dochlazení a deformace: Řízení ochlazování a zbytkového napětí

Jak tlusté stěny a tlak při plnění ovlivňují vznik stop po dochlazení

Ty otravné stopy po smrštění se na povrchu objevují jako malé prohlubně, když mají díly silnější části, které chladnou různou rychlostí. Vnitřní část obvykle potrvá déle, než ztuhne ve srovnání s vnějškem, takže se při chlazení jakoby vtahuje dovnitř a zanechává tyto duté místa. Když během výroby není do formy dostatečně nahromaděno tlaku, tyto problémy se jen zhoršují. Většina výrobců zjistila, že snížení hloubky těchto stop o 25 % až 40 % obvykle znamená zvýšení tlaku plnění o přibližně 10 % až 15 %, plus prodloužení fáze udržování o několik sekund. Samozřejmě přesná hodnota závisí velmi silně na druhu materiálu, se kterým se pracuje, protože některé materiály lépe protekají než jiné.

Nerovnoměrná rychlost chlazení a nepravidelné smrštění vedoucí ke zkreslení

Díly často zkreslují, když dochází k nerovnoměrnému chlazení, které zanechává vnitřní pnutí. I malé rozdíly teplot v různých oblastech formy, například kolem 15 až 20 stupňů Celsia, mohou vést k odchylkám smrštění mezi 0,5 a 1,2 procenta, což způsobuje zkroucení nebo ohnutí dílu. Některé plasty, jako polypropylen a nylon 6/6, bývají obzvlášť problematické, protože se při chlazení tvoří krystaly. Aby se tento problém řešil, musí výrobci udržovat teplotu v celé formě konzistentní s tolerancí přibližně ±3 stupně. Toho lze dosáhnout pečlivým návrhem chladicích kanálků nebo použitím speciálních technik konformního chlazení u složitých komponent. Tyto metody obvykle snižují problémy se zkreslováním o přibližně 30 až 50 procent, což je za dodatečné úsilí stojí z hlediska kontroly kvality.

Úpravy návrhu a procesu pro rozměrovou stabilitu

• Úpravy návrhu : Nahraďte silné sekce žebry nebo žebrami pro minimalizaci rozdílů hmotnosti
• Ladění procesu : Nastavte teplotu formy 10–15 °C nad sklovitým přechodem materiálu, aby se zpomalilo chlazení tam, kde je to potřeba
• Výběr materiálu : Použijte přísady s nízkou smrštěností (např. minerálně plněné třídy) ke snížení rozdílné kontrakce

Vyvážením velikosti a umístění vstupu pomocí simulace toku v lité forma se předejde asymetrickému plnění, které zesiluje napětí. Senzory tlaku v reálném čase nyní umožňují dynamické úpravy během lisování, čímž se snižují rozměrové odchylky o 18–22 % u automobilových dílů.

Stykové čáry a tryskání: Výzvy toku přední hrany u lisovaných dílů

Vznik a oslabení stykových čar na sbíhajících se předních hranách toku

Stykové čáry vznikají, když roztavený polymer obchází překážky, jako jsou vložky, a znovu se spojuje bez úplného splynutí. To oslabuje mechanickou pevnost až o 70 % ve srovnání s okolním materiálem (IMS Tex). Na rozdíl od estetických čar toku stykové čáry narušují strukturální integritu u kritických aplikací, jako jsou lékařské přístroje a automobilové upevnění.

Strategie umístění vstupu a teploty taveniny pro pevnější spojovací čáry

Strategické umístění vtoků minimalizuje rozdělování toku, přičemž vtoky jsou ideálně umístěny tak, aby se proudy spojily ještě před významným ochlazením. Zvýšení teploty taveniny o 15–25 °F (8–14 °C) prodlužuje dobu fúze v místech spojení. Nástroje, jako jsou použity ve studii Material Fusion Study z roku 2024, simulují fronty toku za účelem optimalizace uspořádání vtoků a tepelných profilů.

Defekty stříkání: Vysokorychlostní tok a problémy s návrhem trysky

Jetting se projevuje jako vlnité čáry na povrchu, když roztavená plastová hmota nekontrolovaně vstříkne do dutiny formy, místo aby vytvořila hladký front. K tomuto problému dochází často u vtoků menších než 0,04 palce nebo 1 milimetr, zejména při rychlostech plnění vyšších než přibližně 4 kubické palce za sekundu. Výrobci obvykle řeší tento problém použitím zužujících se trysnek nebo horkých běžců. Tyto řešení pomáhají vytvořit hladký, vrstvený tok nazývaný laminární proudění, který je velmi důležitý pro výrobu lesklých, průhledných dílů, které spotřebitelé očekávají například u pouzder na telefony a jiné lesklé výrobky.

Bubliny, dutiny a povrchové vady: Těsnost formy a manipulace s materiálem

Vznik běžců kvůli nesouososti rozdělovací roviny a upínací síle

Prolití nastává, když horká tavenina uniká skrz malé mezery ve formě, což je obvykle způsobeno nesprávným seřízením dělících ploch nebo nedostatečnou upínací silou udržující celou formu pohromadě. Podle výzkumu provedeného minulý rok asi dvě třetiny všech problémů s prolitím souvisí se starými, opotřebovanými nástroji. Pokud upínací síla klesne pod přibližně 3 až 5 tun na každý čtvereční centimetr, tavenina má tendenci prosakovat. Výrobci zjistili, že opakované seřízení forem zhruba po každých padesáti tisících výrobních cyklech značně pomáhá. Přidání senzorů tlaku pro kontrolu skutečné úrovně utažení pomohlo provozům snížit výskyt prolití až o devadesát procent.

Vnitřní dutiny, bubliny a spálené stopy způsobené vlhkostí nebo přehřátím

Hlavními viníky vzniku dutin a bublin v našich materiálech jsou obvykle přebytečná vlhkost, která se přeměňuje na páru, když obsah vody překročí přibližně 0,02 %, nebo přehřátí dílů během zpracování nad jejich mez pevnosti. Zjistili jsme, že přechod na šrouby s vysokým smykovým účinkem snižuje tyto obtížné bubliny přibližně o 70–75 %, protože lépe promíchají taveninu. Co se týče těch otravných spálenin, které se tak často objevují? Ty vznikají typicky z toho, že materiál příliš dlouho setrvává v horkém rozváděči. Aby tento problém vyřešili, musí výrobci pečlivě sledovat dobu zdržení materiálu a zajistit, aby rychlost chlazení u citlivých plastů nepřekročila 25 stupňů Celsia za sekundu. Správné nastavení těchto parametrů je rozhodující pro výrobu kvalitních dílů bez vad.

Nedokonalosti povrchu: Vadné místa, změna barvy a kontrola kontaminace

Proužkování (stříbrné pruhy) vzniká kontaminací pryskyřice nebo přehřátím způsobeným smykem při rychlostech vstřikování nad 120 mm/s. Snížení teploty trysky o 8–12 °C a instalace filtrů na zásobníku s velikostí 10 µm snižují proužkování o 68 %. Pro zabránění změnám barvy udržují při výměně materiálů čistící přísady na bázi polycarbonátu barevnou konzistenci v tolerancích ΔE<1,5.

Preventivní strategie a simulační nástroje pro bezchybné lisování

Využití analýzy toku taveniny k předpovídání a eliminaci vad

Software pro simulaci toku tvarovací hmoty, jako je Autodesk Mold Flow a SolidWorks Plastics, umožňuje inženýrům vidět, co se uvnitř děje během procesu vstřikování, dlouho než jsou vyrobeny jakékoli skutečné díly. Podle nedávného průzkumu časopisu Modern Machine Tools z roku 2023 zhruba 8 z 10 výrobců, kteří začali tyto prediktivní nástroje používat, zaznamenalo snížení podílu třísek přibližně o jednu třetinu ve srovnání s tradičními metodami pokusů a omylů. Programy jsou také docela dobré v odhalování problémů – detekují například vznik spojových švů, nesprávné otevírání vtoků a ty otravné vzduchové bubliny, které způsobují vadné výrobky. Dělají to tím, že dokážou zachytit změny teploty až do 5 stupňů Celsia (což je přibližně 180 stupňů Fahrenheita). Vezměme si například tenkostěnné skříně elektronických komponent. S vhodnou simulací mohou výrobci přesně určit, kde umístit odvzdušňovací otvory, aby se během výroby neuzavřely plyny, což šetří peníze a snižuje odpad.

Doporučené postupy při návrhu: rovnoměrné stěny, správné vtoky a odvzdušnění

Udržování konzistentní tloušťky stěny (ideální 1–3 mm pro ABS a PP) pomáhá předcházet deformacím způsobeným nerovnoměrným smrštěním. Radiální vstřiky snižují smykové napětí o 40 % ve srovnání s okrajovými vstřiky u skleněným vláknem plněného nylonu, jak uvádějí studie toku polymerů z roku 2022. Zásady návrhu pro výrobní realizovatelnost doporučují:

• Vybočení ≥1°C na stranu pro hladké vyhazování
• Hloubka ventilačních kanálků 0,015–0,03 mm, aby umožňovala uniknutí vzduchu bez vzniku přetlaku
• Poměr tloušťky žebrování ke stěně pod 60 %, aby se předešlo propadům

Sledování procesu a údržba pro konzistentní kvalitu

Kombinace senzorů reálného tlaku spolu s chytrými řídicími jednotkami IoT pomáhá udržovat rychlost vstřikování velmi blízko cílových hodnot, obvykle v odchylce zhruba ±2 %. To je velmi důležité při prevenci nepříjemných nedolití u forem s více dutinami. Pro běžnou údržbu mohou měsíční kontroly pomocí profilometrů odhalit opotřebení povrchu formy, když překročí hranici 5 mikrometrů, což je obecně moment, kdy začínají vznikat problémy s přetlaky. Z dat nedávné studie MMT z roku 2023 vyplývá také zajímavý poznatek. Zjistili, že téměř u 8 z 10 neočekávaných výrobních zastavení byly vinou opotřebované zpětné kroužky šroubu. To jasně zdůrazňuje, proč má dobrý smysl tyto náchylné části vyměňovat každé tři měsíce, aby provoz nadále bezproblémově fungoval.

prvky, které vytvářejí hladký, vrstvený tok nazývaný laminární proudění.