Dažni injekcinio formavimo defektai ir kaip juos pašalinti

Tekėjimo Linijos ir Nepilni Užpildymai: Priežastys ir Proceso Optimizavimas

Tekėjimo Linijų Supratimas bei Jų Medžiagos, Formos ir Proceso Sukeltos Priežastys

Tekėjimo linijos – matomos juostos ar raštai ant formuotų detalių – atsiranda dėl nenuolatinio medžiagos srauto formavimo metu injekcijos formavimo procesas . Pagrindinės priežastys yra:

• Medžiagos klampumo neatitikimai , ypač pusiau kristalinėms polimerinėms medžiagoms, kurios vėsta nevienodai
• Neoptimali formos konstrukcija , tokia kaip siauri įleidimai ar aštrūs kampai, trukdantys srautui
• Proceso pokyčiai , įskaitant kintamą injekcijos greitį arba lydalio temperatūrą

2023 metų Plastikų technologijų instituto tyrimas parodė, kad 62 % tekėjimo linijų defektų atsiranda dėl nepakankamo vartų dydžio, derinamo su temperatūros svyravimais lydymo fazėje.

Trūkstamų užpildymų priežastys: slėgis, ventiliacija ir tekėjimo pasipriešinimas

Trūkstamas užpildymas atsiranda tada, kai lydytas plastikas nepilnai užpildo formos ertmę. Pagrindiniai veiksniai yra:

1. Nepakankamas injekcijos slėgis , siekiant įveikti pasipriešinimą plonose sienelėse
2. Bloga ventiliacija , dėl kurios oras užstręsta ir sukuria atbulinį slėgį
3. Didesnės klampumo medžiagos sunku judėti sudėtingose geometrijose

Netinkamai įrengti ventiliacijos angos sudaro 34 % trūkčiojimo atvejų aukštos tikslumo formose (Polimerų inžinerijos ataskaitos, 2022 m.)

Įpurškimo parametrų optimizavimas, siekiant išvengti srauto susijusių defektų

Pagrindinių parametrų tobulinimas gali žymiai sumažinti srauto susijusius defektus:

*Diapazonai kinta priklausomai nuo medžiagos ir detalės geometrijos
**Stiklinimo temperatūra

Didinant laikomojo slėgio dydį 20 % su 2 sekundžių aušinimo pauze, polipropileno detalių tekėjimo linijų ryškumas sumažėja 45 %, pagal simuliacinius duomenis iš formos srauto analizės įrankių . Visada patikrinkite pokyčius atlikdami sistemingus DOE (eksperimentų planavimo) tyrimus.

Įspaudai ir išlinkimai: aušinimo ir liekaninio įtempimo valdymas

Kaip storosios dalys ir pildymo slėgis veikia įspaudų susidarymą

Šie erzinantys įdubimai atsiranda paviršiuose, kai detalės turi stambesnių zonų, kurios vėsta skirtingais greičiais. Vidinė medžiaga dažniausiai ilgiau užkietėja lyginant su išorine, todėl auštant ji traukiasi į vidų, palikdama tuščias vietas. Kai gamybos metu formoje nepakankamai didelis pripildymo slėgis, šios problemos dar labiau pablogėja. Dauguma gamintojų pastebi, kad sumažinus įdubimų gylį nuo 25% iki 40%, paprastai reikia padidinti pripildymo slėgį apie 10–15%, taip pat prailginti laikymo fazę keletu sekundžių. Žinoma, tikslūs kiekiai labai priklauso nuo naudojamos medžiagos, nes kai kurios medžiagos teka geriau nei kitos.

Aušimo greičio disbalansas ir nevienodas susitraukimas, sukeliantis išlinkimą

Daliniai dažnai iškraipomi, kai vyksta nevienodas aušinimas, paliekant vidinius įtempimus. Net nedidelis temperatūros skirtumas tarp skirtingų formos sričių, galbūt apie 15–20 laipsnių Celsijaus, gali sukelti susitraukimo pokyčius nuo 0,5 iki 1,2 procentų, dėl ko detalė susisuka arba išlinksta. Kai kurie plastikai, tokie kaip polipropilenas ir nylon 6/6, yra ypač problematiški, nes aušdami sudaro kristalus. Siekiant išspręsti šią problemą, gamintojams reikia palaikyti temperatūrą pastovią maždaug ±3 laipsnių ribose visoje formoje. Tai galima pasiekti atidžiai projektuojant aušinimo kanalus arba naudojant specialias konformines aušinimo technologijas sudėtingoms detalėms. Šios metodikos paprastai sumažina iškraipymo problemas apie 30–50 procentų, todėl papildomas darbas vertas to dėl kokybės kontrolės tikslų.

Konstrukcijos ir proceso koregavimai matmenų stabilumui užtikrinti

• Dizaino modifikacijos : Pakeiskite storus skyrius į rėmus arba įstrižainiais sustiprintas plokštes, kad būtų sumažintos masės skirtumai
• Proceso derinimas : Nustatykite formos temperatūrą 10–15 °C aukštesnę už medžiagos stiklo pereinamąją temperatūrą, kad sulėtintumėte aušimą ten, kur reikia
• Medžiagos pasirinkimas : Naudokite mažo susitraukimo priedus (pvz., mineralais pripildytas rūšis), kad sumažintumėte nevienodą susitraukimą

Subalansuojant įleidimo angos dydį ir vietą bei naudojant liejimo srauto modeliavimą galima išvengti asimetrinio užpildymo, kuris sustiprina įtempimus. Dabartiniai slėgio jutikliai leidžia dinamiškai koreguoti procesą tampant, automobilių dalių matmenų nuokrypius sumažinant 18–22 %.

Suvirinimo linijos ir čiurkšlės: liejimo detalių srauto fronto iššūkiai

Susikertančių srauto frontų suvirinimo linijų susidarymas ir silpnėjimas

Suvirinimo linijos atsiranda tada, kai lydytas polimeras skyla aplink kliūtis, tokius kaip įterpimai, ir vėl susijungia be pilno suvirimo. Dėl to mechaninė stipris sumažėja iki 70 % lyginant su aplinkine medžiaga (IMS Tex). Skirtingai nei estetinės srauto linijos, suvirinimo linijos pažeidžia konstrukcinį vientisumą kritinėse aplikacijose, pvz., medicinos prietaisuose ir automobilių tvirtinimo detalėse.

Įleidimo angos vietos ir lydalio temperatūros strategijos stipresnėms siūlėms

Strategiškai parinkta lietimo vartų padėtis sumažina tekėjimo kelių skaidymąsi, optimaliai išdėstant vartus taip, kad srautai susijungtų dar nespėjus jiems reikšmingai atvėsti. Padidinus lydalio temperatūrą 15–25 °F (8–14 °C) pailgėja suliejimosi trukmė susitikimo vietose. Tokios priemonės, kaip naudotos 2024 metų Medžiagų Suliejimo Tyrimo metu, imituoja tekėjimo frontus, kad optimizuotų lietimo vartų išdėstymą ir terminius profilius.

Sruvos defektai: didelio greičio tekėjimas ir liejimo antgalio konstrukcijos problemos

Strižai atsiranda kaip bangavimo linijos paviršiuose, kai į formas neribotai patenka lydymosi plastikas, o ne formuojasi tolygi sruoga. Ši problema dažnai pasitaiko su liejimo angomis, mažesnėmis nei 0,04 colio arba 1 milimetras, ypač kai įpurškimo greitis viršija apie 4 kubinius colius per sekundę. Norėdami išspręsti šią problemą, gamintojai paprastai naudoja siaurėjančias antgales arba karštųjų kanalų sistemas. Šios priemonės padeda sukurti tolygią sluoksniuotą tekėjimo schemą, vadinamą laminarinio tekėjimo režimu, kuri yra labai svarbi blizgančių, skaidrių detalių gamybai, kurias vartotojai pageidauja, pavyzdžiui, mobiliųjų telefonų dėkluose ir kituose blizgančiuose gaminuose.

Perpilimas, tuštumos ir paviršiaus defektai: formos vientisumas ir medžiagos tvarkymas

Perpilimo susidarymas dėl atskyrimo linijos nesutapimo ir spaustuvų jėgos

Šviesos efektas atsiranda tada, kai įkaitęs plastikas prasiveržia pro mažyčius formos tarpus, dažniausiai dėl netinkamai suderintų skiriamųjų linijų arba nepakankamos spaustuvės jėgos, laikančios viską kartu. Remiantis praėjusiais metais atliktais tyrimais, apie du trečdaliai visų šių šviesos efekto problemų kyla dėl senėjančios, nusidėvėjusios įrangos. Be to, jei spaustuvės jėga nukrenta žemiau nei 3–5 tonų kiekvienam kvadratiniam centimetrui, plastikas taip pat linkęs nutekėti. Gamytojai nustatė, kad formų perdavimas maždaug kas penkiasdešimt tūkstančių gamybos ciklų duoda didelį rezultatą. Slėgio jutiklių montavimas, siekiant patikrinti tikrąją suspaudimo būklę, praktikoje padėjo cechams sumažinti šviesos efekto problemas beveik devyniasdešimčia procentų.

Vidiniai tuštumai, burbuliukai ir degimo žymės dėl drėgmės ar perkaitimo

Pagrindiniai kaltininkai, dėl kurių atsiranda tuščiaviduriai ir burbuliukai mūsų medžiagose, paprastai yra perteklinis drėgnis, virstantis garais, kai vandens kiekis viršija apie 0,02 %, arba pernelyg aukšta temperatūra perdirbant dalis, viršijant jų lūžio tašką. Nustatėme, kad pereinant prie didelio sukimo momento sriegio konstrukcijų, nepageidaujami burbuliukai sumažėja apie 70–75 %, nes tokios konstrukcijos geriau sumaišo lydalį. O kas dėl erzinančių degimo žymių, kurios pasirodo taip dažnai? Jos paprastai atsiranda tada, kai medžiaga per ilgai užtrunka karštoje kanalizacijos sistemoje. Siekiant išspręsti šią problemą, gamintojams reikia atidžiai stebėti, kiek laiko medžiaga išlieka vietoje, ir užtikrinti, kad aušinimo sparta neviršytų 25 °C per sekundę jautrioms plastmasėms. Šių parametrų tinkamas nustatymas lemia esminį skirtumą gaminant kokybiškas, be defektų, dalis.

Paviršiaus defektai: Išsiliejimai, nuspalvinimas ir užterštumo kontrolė

Splay (sidabrinės juostos) atsiranda dėl užteršto polimero arba pernagrinėjimo, sukeltos per didelio šlyties greičio, viršijančio 120 mm/s. Sumažinus antgalio temperatūrą 8–12 °C ir įrengus 10 µm talpyklos filtrus, splay sumažėja 68 %. Siekiant išvengti nuspalvinimo, keičiant medžiagas, naudojant polikarbonato pagrindu pagamintas valymo kompozicijas, spalvų nuoseklumas išlaikomas ribose ΔE<1,5.

Profilaktiniai metodai ir modeliavimo įrankiai be defektų liejimui

Liejamumo analizės panaudojimas defektams numatyti ir išvengti

Įrankiai, skirti formavimo proceso modeliavimui, tokie kaip Autodesk Mold Flow ir SolidWorks Plastics, leidžia inžinieriams pamatyti, kas vyksta formos viduje, dar prieš pradedant gaminti tikrus detalių pavyzdžius. Pagal 2023 m. atliktą Modern Machine Tools apklausą, apie 8 iš 10 gamintojų, pradėjusių naudoti šiuos prognozuojančius įrankius, sumažino atliekų kiekį maždaug trečdaliu, lyginant su senaisiais bandymų ir klaidų metodais. Šios programos taip pat gerai aptinka problemas – nustato, kur susidaro suvirinimo linijos, kur vožtuvai neatsidaro tinkamai, bei tas erzinančias oro pančiukas, sukeliančias defektus. Jos tai daro fiksuodamos temperatūros pokyčius net mažus kaip 5 laipsniai Celsijaus (apie 180 Farenheito). Paimkime plonų sienelių elektronikos korpuso dalis. Tinkamai imituojant procesą, gamintojai gali tiksliai nustatyti, kur reikia įrengti ventiliacijos angas, kad gamybos metu nesusidarytų užstrigę dujiniai produktai, taip sutaupant lėšas ir mažinant atliekas.

Projektavimo geriausios praktikos: vientisos sienelės, tinkami lietai ir ventiliacija

Nuolatinė sienelės storio palaikymas (1–3 mm idealus ABS ir PP medžiagoms) padeda išvengti išlinkimo dėl nelygaus susitraukimo. Pagal 2022 metų polimerų tekėjimo tyrimus, stiklu pripildytame nylonui spinduliniai lietai sumažina šlyties įtampą 40 % lyginant su kraštiniais lietais. Gamybai pritaikyto dizaino principai rekomenduoja:

• Ištraukimo kampai ≥1°C kiekvienai pusei, kad būtų užtikrintas sklandus išstūmimas
• Ventiliacijos griovelių gylis 0,015–0,03 mm, kad leistų orui išeiti, bet neleistų atsirasti liejančioms buržomims
• Ribsnių ir sienelės storio santykis žemiau 60 %, kad būtų išvengta įdubimų

Proceso stebėjimas ir techninė priežiūra nuosekliai kokybei užtikrinti

Realinio laiko slėgio jutiklių ir tų išmaniųjų IoT valdiklių kombinacija padeda palaikyti įpurškimo greitį gan arti tikslinių verčių, paprastai ±2 %. Tai ypač svarbu bandant išvengti nemalonių nepilnai užpildytų atliekų formose su keliais ertmėmis. Reguliariai techninei priežiūrai atlikti kas mėnesį profilometrais galima nustatyti, kada formos paviršiai pradeda dėvėtis daugiau nei 5 mikrometrų ribą, kuri paprastai yra ta vieta, kur pradedama matyti liejimo perbėgimus. Duomenys iš neseniai 2023 m. MMT tyrimo parodo ir kažką įdomaus. Jie nustatė, kad beveik 8 iš 10 netikėtų gamybos sustojimų įvyko dėl susidėvėjusių sriegio atbulinio vožtuvo žiedų. Tai labai pabrėžia, kodėl šių pažeidžiamų detalių keitimas kas tris mėnesius yra protingas sprendimas, siekiant užtikrinti sklandų veikimą.

stiebai sukuria lygų, sluoksniuotą srauto modelį, vadinamą laminarinio tekėjimo režimu.