Bežné chyby pri vstrekovacom lisovaní a ako ich odstrániť

Tokové čiary a neúplné plnenie: Príčiny a optimalizácia procesu

Pochopenie tokových čiar a ich príčin súvisiacich s materiálom, formou a procesom

Tokové čiary – viditeľné pruhy alebo vzory na vylisovaných dieloch – vznikajú v dôsledku nepravidelného toku materiálu počas proces vlití . Hlavné príčiny zahŕňajú:

• Nesúlad viskozity materiálu , najmä u polokryštalických polymérov, ktoré chladnú nerovnomerne
• Neoptimálny návrh formy , ako úzke brány alebo ostré rohy, ktoré rušia tok
• Výrobné odchýlky , vrátane kolísania rýchlosti vstrekovania alebo teplôt taveniny

Štúdia Inštitútu pre technológiu plastov z roku 2023 zistila, že 62 % chýb vo forme čiar pretokov má pôvod v nedostatočnej veľkosti brány kombinovanej s nekonzistentnými teplotami v fáze tavenia.

Hlavné príčiny nevyplnených dielov: tlak, odvzdušnenie a tokový odpor

Neúplné výplne vznikajú vtedy, keď roztavená plastová hmota nepreplní celú formu. Hlavné faktory zahŕňajú:

1. Nedostatočný vstrekovací tlak na prekonanie odporu v tenkostenných častiach
2. Nedostatočné odvzdušnenie , ktoré zachytáva vzduch a spôsobuje protitlak
3. Materiály s vysokou viskozitou potreba navigovať zložité geometrie

Nesprávne umiestnené vstupy tvoria 34 % prípadov skratov pri vysokopresných formách (Polymer Engineering Reports, 2022).

Optimalizácia parametrov vstrekovania na prevenciu chýb súvisiacich s tokom

Doladenie kľúčových parametrov môže výrazne znížiť chyby súvisiace s tokom:

*Rozsahy sa môžu meniť v závislosti od materiálu a geometrie dielu
**Teplota skelného prechodu

Zvýšenie držiaceho tlaku o 20 % s ochladzovacou pauzou 2 sekundy zníži závažnosť tokových čiar o 45 % u polypropylénových dielov, podľa simulačných údajov z nástrojov na analýzu toku v lialiach . Zmeny vždy overujte prostredníctvom systematických experimentálnych štúdií (DOE – Design of Experiments).

Stopy po dôlkoch a krčenia: Riadenie chladenia a zvyškového napätia

Ako hrúbka prierezov a tlak plnenia ovplyvňujú vznik stop po dôlkoch

Tieto otravné záznamy v dno sa objavujú ako malé prehĺbenia na povrchoch, keď majú diely hrubé časti, ktoré chladnú rôznymi rýchlosťami. Vnútorná hmota má tendenciu tuhnúť dlhšie ako vonkajšia, takže sa pri chladení nejako vtiahne dovnútra a zanecháva tieto duté miesta. Keď počas výroby nie je do formy dostatočne nahnaný tlak, tieto problémy sa ešte zhoršujú. Väčšina výrobcov zistí, že zníženie hĺbky záznakov medzi 25 % až 40 % zvyčajne znamená zvýšenie napínacieho tlaku približne o 10 % až 15 % plus predĺženie fázy podržania o niekoľko sekúnd. Samozrejme, presné množstvo závisí veľmi od druhu materiálu, s ktorým pracujú, pretože niektoré materiály lepšie prúbia ako iné.

Nerovnováha rýchlosti chladenia a nerovnomerné zmršťovanie vedúce k skresleniu

Súčiastky sa často krivia pri nerovnomernom chladení, ktoré ponecháva vnútorné napätia. Už malé rozdiely teplôt v rôznych oblastiach formy, napríklad okolo 15 až 20 stupňov Celzia, môžu spôsobiť odlišnosti zmrštenia medzi 0,5 a 1,2 percenta, čo vedie k skrúteniu alebo ohnutiu súčiastky. Niektoré plasty, ako polypropylén a nylon 6/6, sú obzvlášť problematické, pretože počas chladenia tvoria kryštály. Na riešenie tohto problému musia výrobcovia udržiavať teploty vo forme stabilné približne v rozmedzí plus alebo mínus 3 stupne. Toto sa dá dosiahnuť starostlivým navrhovaním chladiacich kanálov alebo použitím špeciálnych konformných chladiacich techník pre komplikované komponenty. Tieto metódy zvyčajne znížia problémy s krivením približne o 30 až 50 percent, čo ich robí hodnými dodatočného úsilia z hľadiska kontroly kvality.

Úpravy návrhu a procesu pre rozmernú stabilitu

• Modifikácie dizajnu : Nahraďte hrubé časti žebrovím alebo prepážkami, aby ste minimalizovali rozdiely hmotnosti
• Ladenie procesu : Nastavte teplotu formy 10–15 °C nad sklovitý prechod materiálu, aby sa spomalilo chladenie tam, kde je to potrebné
• Výber materiálu : Použite prísady s nízkym smršťovaním (napr. minerálne plnené stupne) na zníženie rozdielneho zmrštenia

Vyvážením veľkosti a umiestnenia vstrekovacej brány pomocou simulácie toku v forme sa predchádza asymetrickému plneniu, ktoré zvyšuje napätie. Senzory tlaku v reálnom čase umožňujú dynamické úpravy počas plnenia, čo znižuje rozmerné odchýlky o 18–22 % u automobilových komponentov.

Zvarové čiary a tryskanie: Výzvy týkajúce sa čelového toku vo vstrekovaných dieloch

Vznik a oslabenie zvarových čiar na konvergentných čelách toku

Zvarové čiary vznikajú, keď roztavený polymér obíde prekážky, ako sú vložky, a znovu sa spojí bez úplného zliatia. Tým sa zníži mechanická pevnosť až o 70 % oproti okolitému materiálu (IMS Tex). Na rozdiel od kozmetických čiar toku zhoršujú zvarové čiary štrukturálnu integritu v kritických aplikáciách, ako sú lekárne prístroje a automobilové uchytenia.

Stratégie umiestnenia vstreky a teploty taveniny pre silnejšie zvarové čiary

Strategické umiestnenie vstrekovacích hriezdoľ minimalizuje delenie toku taveniny, pričom ideálne umiestňuje hriezdoľa tak, aby sa prúdy spojili ešte pred výrazným ochladením. Zvýšenie teploty taveniny o 15–25°F (8–14°C) predlžuje čas fúzie na miestach spojenia. Nástroje, ako sa použili v štúdii zmesi materiálov Material Fusion Study 2024, simulujú fronty toku za účelom optimalizácie rozmiestnenia hriezdoľ a tepelných profilov.

Chyby typu striekanie: problémy s vysokou rýchlosťou toku a návrhom trysky

Pruhy sa objavujú ako vlnité čiary na povrchoch, keď roztavená plastová hmota nekontrolovane vstupuje do formy namiesto toho, aby vytvorila hladký front. Tento problém sa často vyskytuje pri bránach menších ako 0,04 palca alebo 1 milimeter, najmä keď rýchlosť vstrekovania presiahne približne 4 kubické palce za sekundu. Na vyriešenie tohto problému výrobcovia zvyčajne používajú zužujúce sa trysky alebo systémy horúcich kanálikov. Tieto riešenia pomáhajú vytvoriť hladký, vrstvený tok nazývaný laminárny tok, ktorý je veľmi dôležitý pri výrobe lesklých, priehľadných dielov, ktoré spotrebitelia očakávajú napríklad u obalov na telefóny a iné lesklé výrobky.

Preliv, dutiny a povrchové chyby: integrity formy a manipulácia s materiálom

Vznik prelivu spôsobený nesúosnosťou rozdelenia formy a upínacou silou

Flash vzniká, keď horúca plastová hmota uniká cez malé medzery vo forme, čo je zvyčajne spôsobené nesprávnym zarovnaním rozdeľovacích plôch alebo nedostatočnou upínacou silou, ktorá drží celé zariadenie pohromade. Podľa výskumu vykonaného minulý rok približne dve tretiny všetkých problémov s flashom sú spôsobené starým a opotrebovaným nástrojmi. Ak upínacia sila klesne pod hodnotu približne 3 až 5 ton na každý štvorcový centimeter, plastová hmota má tendenciu unikať von. Výrobcovia zistili, že opätovné zarovnanie foriem približne po každých päťdesiatich tisíco výrobných cykloch prinesie výrazný pokrok. Inštalácia senzorov tlaku na kontrolu skutočnej miery utiahnutia pomohla prevádzkam znížiť problémy s flashom takmer o deväťdesiat percent v praxi.

Vnútorné dutiny, bubliny a spálené škvrny spôsobené vlhkosťou alebo prehriatím

Hlavnými viníkmi vzniku dutín a bublín v našich materiáloch sú zvyčajne nadbytok vlhkosti, ktorá sa pri prekročení obsahu vody približne 0,02 % mení na paru, alebo príliš vysoké teploty počas spracovania, keď sú časti zahrievané nad ich medzu tepelnej odolnosti. Zistili sme, že prechod na skrutky s vysokým strihom zníži tieto otravné bubliny približne o 70–75 %, pretože roztavený materiál omiešajú oveľa lepšie. Čo sa týka tých otravných spálenín, ktoré sa tak často objavujú? Väčšinou vznikajú vtedy, keď materiál príliš dlho zostáva v horúcom rozvádzači. Na riešenie tohto problému musia výrobcovia pozorne sledovať dobu, počas ktorej materiál zostáva na mieste, a zabezpečiť, aby rýchlosť chladenia neprekročila 25 °C za sekundu u citlivých plastov. Správne nastavenie týchto parametrov robí obrovský rozdiel pri výrobe kvalitných dielov bez chýb.

Nedokonalosti povrchu: Vrypy, zmena farby a kontrola kontaminácie

Splay (strieky striebra) vzniká kontaminovanou živicou alebo prehriatím spôsobeným strihom pri rýchlostiach vstrekovania nad 120 mm/s. Zníženie teploty trysky o 8–12 °C a inštalácia filtra s veľkosťou častíc 10 µm do zásobníka zníži splay o 68 %. Pri zmene farby udržiavajú farebnú konzistenciu v tolerancii ĨE<1,5 čistené zmesi na báze polykarbonátu používané medzi výmenami materiálu.

Preventívne stratégie a simulačné nástroje pre bezchybné lisovanie

Využitie analýzy toku formou na predpovedanie a zabránenie chýb

Softvér na simuláciu toku vstrekovaného materiálu, ako napríklad Autodesk Mold Flow a SolidWorks Plastics, umožňuje inžinierom vidieť, čo sa deje vo vnútri počas procesu vstrekovania dlho predtým, než sú vyrobené akékoľvek skutočné diely. Podľa nedávneho prieskumu spoločnosti Modern Machine Tools z roku 2023 približne osem z desiatich výrobcov, ktorí začali používať tieto prediktívne nástroje, zaznamenalo pokles množstva odpadu približne o jednu tretinu v porovnaní s tradičnými prístupmi typu pokus-omyl. Programy sú tiež dosť dobré pri odhaľovaní problémov – zachytia veci ako tvorba spojových švov, nesprávne otváranie brán alebo tie otravné vzduchové bubliny, ktoré spôsobujú chyby. Robia to detekciou zmien teploty až do veľkosti 5 stupňov Celzia (čo je približne 180 stupňov Fahrenheita). Vezmime si napríklad tenkostenné elektronické skrinky. S vhodnou simuláciou môžu výrobcovia presne určiť, kde umiestniť odvzdušňovacie otvory, aby sa počas výroby neuväzli žiadne plyny, čím ušetria peniaze a znížia odpad.

Odporúčané postupy pri návrhu: rovnomerné steny, správne brány a odvzdušnenie

Udržiavanie konštantnej hrúbky steny (ideálna 1–3 mm pre ABS a PP) pomáha zabrániť skrúteniu spôsobenému nerovnomerným zmršťovaním. Podľa štúdií z roku 2022 o toku polymérov radiálne vstrekovacie otvory znižujú ťažný napätie o 40 % voči okrajovým vstrekovacím otvorom pri nylonu plnenom sklenenými vláknami. Odporúčania princípov návrhu z hľadiska výrobnosti sú:

• Výberové uhly ≥1°C na stranu pre hladké vysunutie
• Hĺbka vetacích kanálikov 0,015–0,03 mm, aby umožnili uniknutie vzduchu bez tvorby preplnu
• Pomer hrúbky rebra ku hrúbke steny pod 60 %, aby sa predišlo zásterám

Monitorovanie procesu a údržba pre konzistentnú kvalitu

Kombinácia senzorov reálneho tlaku spolu s týmito chytrými IoT regulátormi pomáha udržiavať rýchlosť vstrekovania veľmi blízko cieľových hodnôt, zvyčajne do odchýlky približne 2 %. To je veľmi dôležité pri prevencii nepríjemných nedoliatí pri formách s viacerými dutinami. Pri bežnej údržbe môžu mesačné kontroly pomocou profilometrov zistiť opotrebovanie povrchu formy nad hranicu 5 mikrometrov, čo je všeobecne moment, keď sa začínajú objavovať problémy s prelievaním. Údaje z nedávnej štúdie MMT z roku 2023 ukazujú tiež niečo zaujímavé. Zistili, že takmer 8 z každých 10 neočakávaných výrobných prerušení bolo spôsobených opotrebením skrutkových tesniacich krúžkov. To výrazne zdôrazňuje, prečo má zmysel tieto náchylnejšie diely vymieňať každé tri mesiace, aby bola zabezpečená bezproblémová prevádzka.

stvoly vytvárajú hladký, vrstvený tok nazývaný laminárny tok.