Распространенные дефекты при литье под давлением и способы их устранения

Следы потока и недоливы: причины и оптимизация процесса

Понимание следов потока и вызывающих их факторов, связанных с материалом, формой и процессом

Видимые полосы или узоры на отлитых деталях, возникающие из-за неравномерного потока материала во время процесс литья под давлением . Основные причины включают:

• Несоответствие вязкости материала , особенно в случае полукристаллических полимеров, которые охлаждаются неравномерно
• Неоптимальная конструкция формы , например, узкие ворота или резкие углы, нарушающие поток
• Вариации процесса , включая колебания скоростей впрыска или температуры расплава

Исследование Института технологий пластмасс за 2023 год показало, что 62% дефектов потоковых линий вызваны недостаточным размером литников в сочетании с температурными несоответствиями на стадии расплава.

Основные причины неполного заполнения: давление, вентиляция и сопротивление потоку

Неполное заполнение возникает, когда расплавленный пластик не полностью заполняет полость формы. Основные факторы включают:

1. Недостаточное давление впрыска для преодоления сопротивления в тонкостенных участках
2. Плохая вентиляция , которая удерживает воздух и создает обратное давление
3. Материалы с высокой вязкостью испытывают трудности при работе со сложными геометрическими формами

Неправильно размещённые вентиляционные отверстия являются причиной 34% случаев коротких внедрений в высокоточных пресс-формах (Отчёты по полимерной инженерии, 2022).

Оптимизация параметров впрыска для предотвращения дефектов, связанных с течением

Точная настройка ключевых параметров может значительно снизить количество дефектов, связанных с течением:

*Диапазоны варьируются в зависимости от материала и геометрии детали
**Температура стеклования

Увеличение давления выдержки на 20% с двухсекундной паузой охлаждения снижает выраженность потоковых линий на 45% в деталях из полипропилена, согласно данным моделирования из инструментов анализа литья под давлением . Всегда проверяйте изменения с помощью систематических испытаний DOE (планирование экспериментов).

Усадочные раковины и коробление: управление охлаждением и остаточными напряжениями

Как толстые участки и давление уплотнения влияют на образование усадочных раковин

Эти раздражающие усадочные раковины появляются в виде небольших впадин на поверхностях, когда участки детали имеют значительную толщину и охлаждаются с разной скоростью. Внутренние слои, как правило, затвердевают дольше, чем внешние, поэтому при остывании они как бы затягиваются внутрь, оставляя после себя полые участки. Когда в процессе производства в пресс-форме недостаточное давление уплотнения, эти проблемы только усугубляются. Большинство производителей отмечают, что снижение глубины усадочных раковин на 25–40 % обычно требует повышения давления уплотнения примерно на 10–15 %, а также увеличения времени выдержки на несколько дополнительных секунд. Разумеется, точные значения во многом зависят от типа используемого материала, поскольку одни материалы лучше текут, чем другие.

Неравномерная скорость охлаждения и неоднородная усадка, приводящие к короблению

Детали часто деформируются при неравномерном охлаждении, которое приводит к возникновению внутренних напряжений. Даже незначительные перепады температуры в разных областях формы, например, около 15–20 градусов Цельсия, могут вызвать различия в усадке от 0,5 до 1,2 процента, что приводит к скручиванию или изгибу детали. Некоторые пластики, такие как полипропилен и нейлон 6/6, особенно склонны к таким проблемам, поскольку образуют кристаллы в процессе охлаждения. Чтобы решить эту проблему, производителям необходимо поддерживать температуру с отклонением не более чем на ±3 градуса по всей форме. Этого можно достичь за счёт тщательного проектирования каналов для охлаждающей жидкости или применения специальных методов конформного охлаждения для сложных компонентов. Эти методы обычно снижают вероятность коробления примерно на 30–50 процентов, что делает их оправданными дополнительными усилиями в целях контроля качества.

Конструкторские и технологические корректировки для обеспечения размерной стабильности

• Изменения дизайна : Замените толстые участки рёбрами жёсткости или накладками, чтобы минимизировать разницу в массе
• Настройка технологического процесса : Установите температуру пресс-формы на 10–15 °C выше точки стеклования материала, чтобы замедлить охлаждение в необходимых местах
• Выбор материала : Используйте добавки с низкой усадкой (например, минеральнонаполненные марки), чтобы уменьшить дифференциальную усадку

Сбалансированное расположение и размеры литниковых каналов с применением моделирования потока в пресс-форме предотвращают асимметричное заполнение, усиливающее напряжения. Датчики давления в реальном времени позволяют осуществлять динамическую корректировку во время уплотнения, что снижает размерные отклонения на 18–22% в автомобильных компонентах.

Сварочные линии и струйный дефект: проблемы фронта потока в формованных деталях

Образование и слабость сварочных линий на сходящихся фронтах потока

Сварочные линии образуются, когда расплавленный полимер разделяется вокруг препятствий, таких как вставки, и соединяется снова без полного слияния. Это снижает механическую прочность до 70% по сравнению с окружающим материалом (IMS Tex). В отличие от косметических следов потока, сварочные линии нарушают целостность конструкции в критически важных применениях, таких как медицинские устройства и автомобильные крепления.

Стратегии размещения литниковых каналов и температуры расплава для повышения прочности стыковых швов

Стратегическое размещение ворот минимизирует разделение потока, идеально располагая ворота так, чтобы потоки сходились до значительного охлаждения. Повышение температуры расплава на 15–25°F (8–14°C) продлевает время слияния в точках встречи. Инструменты, подобные использованным в Исследовании слияния материалов 2024 года, моделируют фронты потока для оптимизации расположения ворот и тепловых профилей.

Дефекты струйного течения: проблемы высокоскоростного потока и конструкции сопла

Дефект «следы струйного впрыска» проявляется в виде волнистых линий на поверхности, когда расплавленный пластик неконтролируемо устремляется в полость формы, вместо того чтобы формировать плавный фронт потока. Эта проблема часто возникает при использовании впускных отверстий размером менее 0,04 дюйма или 1 миллиметра, особенно при скорости впрыска свыше примерно 4 кубических дюймов в секунду. Для устранения этой проблемы производители обычно используют сужающиеся сопла или системы горячего канала. Эти решения способствуют созданию плавного, слоистого режима течения, называемого ламинарным потоком, который крайне важен для получения глянцевых прозрачных деталей, востребованных потребителями, например, чехлов для телефонов и других изделий с блестящей поверхностью.

Заусенцы, пустоты и поверхностные дефекты: целостность формы и обращение с материалом

Образование заусенцев из-за несоосности разъемной линии и усилия зажима

Флэш возникает, когда расплавленный пластик выходит через микроскопические зазоры в форме, обычно из-за неправильного совмещения разъёмных линий или недостаточного усилия зажима, удерживающего всё вместе. Согласно исследованиям, проведённым в прошлом году, примерно две трети всех проблем с флэшем связаны со старым и изношенным инструментом. И если усилие зажима падает ниже примерно 3–5 тонн на каждый квадратный сантиметр, пластик также начинает вытекать. Производители выяснили, что повторная центровка форм примерно каждые пятьдесят тысяч производственных циклов даёт существенное улучшение. Установка датчиков давления для контроля степени затяжки позволила предприятиям сократить проблемы с флэшем почти на девяносто процентов на практике.

Внутренние пустоты, пузырьки и следы обгорания из-за влаги или перегрева

Основными причинами пустот и пузырьков в наших материалах обычно является избыточная влажность, которая превращается в пар при содержании воды свыше примерно 0,02%, либо перегрев деталей в процессе обработки выше их предельной температуры. Мы выяснили, что переход на шнеки с высоким сдвиговым усилием снижает количество этих надоедливых пузырьков примерно на 70–75%, поскольку они обеспечивают значительно лучшее перемешивание расплавленного материала. Что касается раздражающих следов обугливания, которые появляются так часто? Обычно они возникают из-за того, что материал слишком долго находится в системе горячего канала. Чтобы решить эту проблему, производителям необходимо тщательно контролировать время пребывания материала и обеспечивать, чтобы скорость охлаждения не превышала 25 градусов Цельсия в секунду для чувствительных пластиков. Правильная настройка этих параметров имеет решающее значение для производства качественных деталей без дефектов.

Поверхностные дефекты: следы разбрызгивания, изменение цвета и контроль загрязнений

Полосы (серебряные прожилки) возникают из-за загрязнённой смолы или перегрева, вызванного сдвиговыми нагрузками при скоростях впрыска свыше 120 мм/с. Снижение температуры сопла на 8–12 °C и установка фильтров воронки подачи 10 мкм снижают появление полос на 68 %. Для предотвращения изменения цвета использование очищающих составов на основе поликарбоната при смене материалов обеспечивает стабильность цвета в пределах допуска ΔE<1,5.

Превентивные стратегии и инструменты моделирования для литья без дефектов

Использование анализа потока расплава для прогнозирования и предотвращения дефектов

Программное обеспечение для моделирования литья под давлением, такое как Autodesk Mold Flow и SolidWorks Plastics, позволяет инженерам увидеть, что происходит внутри формы в процессе литья, ещё до изготовления реальных деталей. Согласно недавнему опросу Modern Machine Tools за 2023 год, примерно у 8 из 10 производителей, начавших использовать эти прогнозирующие инструменты, уровень брака снизился примерно на треть по сравнению с традиционными методами проб и ошибок. Эти программы также неплохо справляются с выявлением проблем — они обнаруживают такие дефекты, как образование следов спайки, неправильная работа литниковых ворот и надоедливые воздушные пузыри, вызывающие дефекты. Программы способны фиксировать изменения температуры всего в 5 градусов Цельсия (что составляет около 180 градусов по Фаренгейту). Например, тонкостенные корпусные детали для электроники. Благодаря правильному моделированию производители могут точно определить, где следует размещать вентиляционные отверстия, чтобы газы не задерживались в процессе производства, что позволяет экономить деньги и снижать количество отходов.

Рекомендации по проектированию: одинаковая толщина стенок, правильное размещение ворот и вентиляция

Поддержание постоянной толщины стенки (оптимально 1–3 мм для АБС и полипропилена) помогает предотвратить коробление из-за неравномерной усадки. Радиальные впуска снижают напряжение сдвига на 40% по сравнению с краевыми впусками в стеклонаполненном нейлоне, согласно исследованиям полимерных потоков 2022 года. Принципы проектирования с учётом технологичности рекомендуют:

• Углы выталкивания ≥1° на сторону для лёгкого извлечения
• Глубина вентиляционных каналов 0,015–0,03 мм для выхода воздуха без образования заусенцев
• Соотношение толщины рёбер к толщине стенки менее 60% для предотвращения усадочных раковин

Мониторинг процесса и техническое обслуживание для обеспечения стабильного качества

Сочетание датчиков давления в реальном времени с умными контроллерами IoT помогает поддерживать скорость впрыска достаточно близкой к целевым значениям, обычно в пределах ±2%. Это особенно важно при работе с многополостными формами, чтобы избежать таких неприятных коротких впрысков. Для регулярного технического обслуживания ежемесячные проверки с помощью профилометров позволяют выявить начало износа поверхностей формы сверх 5 микрометров — именно на этом этапе обычно начинают появляться проблемы с облоем. Данные недавнего исследования MMT за 2023 год также показывают интересную закономерность: почти 8 из 10 неожиданных остановок производства происходили из-за износа обратных клапанов шнека. Это ещё раз подчёркивает важность замены этих уязвимых деталей каждые три месяца для бесперебойной работы оборудования.

створки для создания плавного слоистого потока, называемого ламинарным течением.