Các Dấu Hiệu Khuyết Tật Phổ Biến Trong Ép Phun Và Cách Khắc Phục

Vệt Chảy Và Bắn Thiếu: Nguyên Nhân Và Tối Ưu Hóa Quy Trình

Hiểu Về Vệt Chảy Cùng Các Yếu Tố Gây Ra Từ Vật Liệu, Khuôn Và Quy Trình

Các vệt chảy là những vạch hoặc hoa văn nhìn thấy được trên các chi tiết đúc, xuất hiện do dòng vật liệu không ổn định trong quá trình quy trình đúc phun . Các nguyên nhân chính bao gồm:

• Sự chênh lệch độ nhớt của vật liệu , đặc biệt ở các polymer bán tinh thể làm nguội không đồng đều
• Thiết kế khuôn chưa tối ưu , chẳng hạn như cổng phun hẹp hoặc góc cạnh sắc gây cản trở dòng chảy
• Biến thể quy trình , bao gồm tốc độ tiêm hoặc nhiệt độ nóng chảy dao động

Một nghiên cứu năm 2023 của Viện Công nghệ Nhựa cho thấy 62% các khuyết tật dòng chảy bắt nguồn từ kích thước cổng phun không đủ kết hợp với sự chênh lệch nhiệt độ trong giai đoạn nóng chảy.

Nguyên nhân gốc rễ của hiện tượng thiếu đầy: Áp suất, thoát khí và lực cản dòng chảy

Hiện tượng thiếu đầy xảy ra khi nhựa nóng chảy không điền đầy hoàn toàn buồng khuôn. Các yếu tố chính bao gồm:

1. Áp suất tiêm không đủ để vượt qua lực cản ở các phần thành mỏng
2. Thoát khí kém , dẫn đến không khí bị giữ lại và tạo ra áp suất ngược
3. Vật liệu có độ nhớt cao khó khăn trong việc xử lý các hình học phức tạp

Các lỗ thông hơi được đặt không đúng vị trí chiếm 34% các sự cố phun thiếu trong khuôn độ chính xác cao (Báo cáo Kỹ thuật Polyme, 2022).

Tối ưu hóa Các Thông số Phun để Ngăn ngừa Các Khuyết tật Liên quan đến Dòng chảy

Tinh chỉnh các thông số chính có thể giảm đáng kể các khuyết tật liên quan đến dòng chảy:

*Dải giá trị thay đổi tùy theo vật liệu và hình học chi tiết
**Nhiệt độ chuyển thủy tinh

Tăng áp lực giữ bằng 20% với thời gian chờ làm nguội 2 giây sẽ giảm mức độ nghiêm trọng của vết chảy thành 45% đối với các chi tiết bằng polypropylene, theo dữ liệu mô phỏng từ các công cụ phân tích dòng chảy khuôn . Luôn luôn xác nhận các thay đổi thông qua các thử nghiệm DOE (Thiết kế thí nghiệm) một cách hệ thống.

Vết lõm và cong vênh: Quản lý quá trình làm nguội và ứng suất dư

Cách mà các phần dày và áp lực ép ảnh hưởng đến sự hình thành vết lõm

Những vết lõm khó chịu này xuất hiện như những điểm trũng nhỏ trên bề mặt khi các bộ phận có những vùng dày nguội với tốc độ khác nhau. Phần bên trong thường mất nhiều thời gian hơn để đông đặc so với phần bên ngoài, do đó khi nguội sẽ bị kéo vào trong, để lại những điểm rỗng phía sau. Khi áp lực nén vào khuôn trong quá trình sản xuất không đủ, những vấn đề này sẽ trở nên nghiêm trọng hơn. Hầu hết các nhà sản xuất nhận thấy rằng việc giảm độ sâu của các vết lõm từ khoảng 25% đến 40% thường đòi hỏi phải tăng áp lực nén khoảng 10% đến 15%, đồng thời kéo dài thêm vài giây trong giai đoạn giữ áp. Tất nhiên, mức độ cụ thể phụ thuộc rất nhiều vào loại vật liệu đang được sử dụng vì một số loại vật liệu chảy tốt hơn những loại khác.

Sự Mất Cân Bằng Tốc Độ Làm Nguội và Co Ngót Không Đều Gây Cong Vênh

Các bộ phận thường bị cong vênh khi làm nguội không đều, để lại các ứng suất nội tại. Ngay cả sự chênh lệch nhiệt độ nhỏ giữa các khu vực khác nhau của khuôn, có thể khoảng 15 đến 20 độ Celsius, cũng có thể dẫn đến sự co ngót khác biệt từ 0,5 đến 1,2 phần trăm, gây ra hiện tượng xoắn hoặc cong bộ phận. Một số loại nhựa nhất định như polypropylene và nylon 6/6 thường đặc biệt khó xử lý do chúng tạo thành tinh thể trong quá trình làm nguội. Để khắc phục vấn đề này, các nhà sản xuất cần duy trì nhiệt độ ổn định trong phạm vi khoảng cộng trừ 3 độ suốt khuôn. Điều này có thể đạt được bằng cách thiết kế cẩn thận các kênh làm mát hoặc áp dụng các kỹ thuật làm nguội đồng dạng đặc biệt cho các chi tiết phức tạp. Những phương pháp này thường giảm các vấn đề cong vênh khoảng 30 đến 50 phần trăm, khiến chúng xứng đáng với nỗ lực bổ sung nhằm kiểm soát chất lượng.

Điều chỉnh Thiết kế và Quy trình để Đảm bảo Độ Ổn Định Kích Thước

• Sửa đổi thiết kế : Thay thế các phần dày bằng các gân hoặc tấm gia cường để giảm thiểu sự chênh lệch khối lượng
• Hiệu chỉnh quy trình : Đặt nhiệt độ khuôn cao hơn 10–15°C so với điểm chuyển thủy tinh của vật liệu để làm chậm quá trình làm nguội tại những vị trí cần thiết
• Lựa chọn vật liệu : Sử dụng phụ gia ít co ngót (ví dụ: cấp độ có độn khoáng) để giảm sự co rút không đồng đều

Cân bằng kích thước và vị trí cổng phun bằng mô phỏng dòng chảy khuôn sẽ ngăn ngừa hiện tượng điền đầy bất đối xứng làm tăng ứng suất. Cảm biến áp suất thời gian thực hiện nay cho phép điều chỉnh động trong quá trình ép, giảm độ sai lệch kích thước từ 18–22% ở các bộ phận ô tô.

Đường hàn và hiện tượng phun tia: Thách thức về mặt trước dòng chảy trong các chi tiết đúc

Sự hình thành và điểm yếu của đường hàn tại các mặt trước dòng chảy hội tụ

Các đường hàn hình thành khi polymer nóng chảy tách nhánh quanh các chướng ngại như chi tiết chèn và kết hợp lại mà không hòa trộn hoàn toàn. Điều này làm giảm độ bền cơ học tới 70% so với vật liệu xung quanh (IMS Tex). Khác với các vệt dòng mang tính thẩm mỹ, đường hàn làm suy giảm độ bền cấu trúc trong các ứng dụng quan trọng như thiết bị y tế và giá đỡ ô tô.

Chiến lược bố trí cổng phun và nhiệt độ nhựa nóng chảy nhằm tạo ra các đường nối chắc chắn hơn

Việc định vị cổng chiến lược làm giảm thiểu sự tách dòng chảy, lý tưởng nhất là đặt các cổng sao cho các dòng chảy hội tụ trước khi quá trình làm nguội đáng kể xảy ra. Tăng nhiệt độ nóng chảy lên 15–25°F (8–14°C) sẽ kéo dài thời gian hòa trộn tại các điểm gặp nhau. Các công cụ như những công cụ được sử dụng trong Nghiên cứu Hòa trộn Vật liệu 2024 mô phỏng các mặt sóng chảy để tối ưu hóa bố trí cổng và hồ sơ nhiệt.

Các khuyết tật do phun: Vấn đề về tốc độ dòng chảy cao và thiết kế vòi phun

Hiện tượng phun trào xuất hiện dưới dạng những đường sóng trên bề mặt khi nhựa nóng chảy ào vào buồng khuôn một cách mất kiểm soát thay vì tạo thành một mặt trước trơn đều. Vấn đề này thường xảy ra khá phổ biến với các cổng phun nhỏ hơn 0,04 inch hoặc 1 milimét, đặc biệt khi tốc độ tiêm vượt quá khoảng 4 inch khối mỗi giây. Để khắc phục vấn đề này, các nhà sản xuất thường sử dụng vòi phun hình côn hoặc hệ thống runner nóng. Những giải pháp này giúp tạo ra kiểu dòng chảy trơn, từng lớp gọi là dòng chảy tầng, điều này rất quan trọng để sản xuất các chi tiết bóng, trong suốt mà người tiêu dùng mong muốn, ví dụ như vỏ điện thoại và các sản phẩm bóng khác.

Ba via, rỗ khí và khuyết tật bề mặt: Độ kín khít của khuôn và xử lý vật liệu

Sự hình thành ba via do lệch đường chia khuôn và lực kẹp

Hiện tượng flash xảy ra khi nhựa nóng chảy tràn ra qua những khe hở nhỏ trong khuôn, thường là do các đường phân khuôn không được căn chỉnh chính xác hoặc lực kẹp không đủ mạnh để giữ các bộ phận khuôn chặt với nhau. Theo một nghiên cứu thực hiện năm ngoái, khoảng hai phần ba các sự cố flash này là do dụng cụ sản xuất cũ và bị mài mòn. Và nếu lực kẹp giảm xuống dưới mức khoảng 3 đến 5 tấn trên mỗi centimet vuông, nhựa cũng dễ bị rò rỉ ra ngoài. Các nhà sản xuất đã phát hiện rằng việc căn chỉnh lại khuôn khoảng cứ sau mỗi năm mươi nghìn lần chạy sản xuất sẽ tạo ra sự khác biệt lớn. Việc bổ sung cảm biến áp lực để kiểm tra mức độ siết chặt thực tế đã giúp các xưởng giảm tới gần chín mươi phần trăm các vấn đề về flash trong thực tế.

Rỗ bên trong, bong bóng và vết cháy do ẩm hoặc quá nhiệt

Nguyên nhân chính gây ra các vết rỗ và bong bóng trong vật liệu của chúng tôi thường là độ ẩm dư thừa chuyển thành hơi khi hàm lượng nước vượt quá khoảng 0,02%, hoặc khi các bộ phận bị quá nóng trong quá trình gia công vượt quá điểm chịu nhiệt. Chúng tôi nhận thấy rằng việc chuyển sang thiết kế trục vít cắt suất cao có thể giảm các bong bóng đáng ghét này khoảng 70-75% vì chúng trộn đều vật liệu nóng chảy tốt hơn nhiều. Còn những vệt cháy khó chịu thường xuất hiện? Chúng thường bắt nguồn từ việc vật liệu tồn tại quá lâu trong hệ thống kênh nóng. Để khắc phục vấn đề này, các nhà sản xuất cần theo dõi cẩn thận thời gian vật liệu lưu lại và đảm bảo tốc độ làm mát không vượt quá 25 độ C mỗi giây đối với các loại nhựa nhạy cảm. Việc thiết lập đúng các thông số này tạo nên sự khác biệt lớn trong việc sản xuất các chi tiết chất lượng mà không có khuyết tật.

Khuyết tật bề mặt: Vết xước, đổi màu và kiểm soát nhiễm bẩn

Hiện tượng sọc bạc (splay) xuất phát từ nhựa bị nhiễm bẩn hoặc quá nhiệt do cắt khi tốc độ phun trên 120 mm/s. Việc giảm nhiệt độ đầu phun từ 8–12°C và lắp bộ lọc phễu 10µm có thể giảm hiện tượng sọc bạc đến 68%. Đối với hiện tượng đổi màu, các hợp chất làm sạch gốc polycarbonate được sử dụng giữa các lần thay đổi vật liệu sẽ duy trì độ nhất quán về màu sắc trong phạm vi dung sai ĨE<1,5.

Các Chiến Lược Phòng Ngừa và Công Cụ Mô Phỏng Để Đúc Không Lỗi

Tận Dụng Phân Tích Dòng Chảy Khuôn Để Dự Đoán và Tránh Các Lỗi

Phần mềm mô phỏng dòng chảy khuôn như Autodesk Mold Flow và SolidWorks Plastics cho phép các kỹ sư quan sát những gì xảy ra bên trong quá trình đúc trước rất lâu khi bất kỳ chi tiết thực tế nào được sản xuất. Theo một khảo sát gần đây từ Modern Machine Tools năm 2023, khoảng 8 trong số 10 nhà sản xuất bắt đầu sử dụng các công cụ dự báo này đã giảm tỷ lệ phế phẩm xuống khoảng một phần ba so với phương pháp thử sai truyền thống. Các chương trình này cũng khá hiệu quả trong việc phát hiện sự cố – chúng phát hiện các vấn đề như đường hàn hình thành, cổng rót không mở đúng cách, và những túi khí khó chịu gây ra khuyết tật. Chúng làm điều này bằng cách phát hiện những thay đổi nhiệt độ nhỏ tới mức 5 độ C (tương đương khoảng 180 độ F). Lấy ví dụ các bộ phận vỏ thiết bị điện tử thành mỏng. Với mô phỏng chính xác, các nhà sản xuất có thể xác định chính xác vị trí đặt lỗ thông hơi để không khí không bị mắc kẹt trong quá trình sản xuất, từ đó tiết kiệm chi phí và giảm lãng phí.

Thực hành thiết kế tốt nhất: Thành đồng đều, Cổng phù hợp và Thông hơi

Duy trì độ dày thành đồng đều (1–3mm lý tưởng cho ABS và PP) giúp ngăn ngừa cong vênh do co ngót không đều. Theo các nghiên cứu dòng chảy polymer năm 2022, cổng hướng tâm giảm ứng suất cắt 40% so với cổng cạnh trong nylon có độn sợi thủy tinh. Các nguyên tắc thiết kế nhằm thuận tiện sản xuất đề xuất:

• Góc thoát ≥1°C mỗi bên để đẩy sản phẩm ra dễ dàng
• Độ sâu rãnh thông hơi từ 0,015–0,03mm để cho phép khí thoát ra mà không gây ba via
• Tỷ lệ độ dày gân trên thành dưới 60% để tránh hiện tượng lõm

Giám sát quá trình và bảo trì để đảm bảo chất lượng ổn định

Sự kết hợp giữa các cảm biến áp suất thời gian thực cùng với các bộ điều khiển thông minh IoT giúp duy trì tốc độ tiêm gần sát với giá trị mục tiêu, thường chỉ chênh lệch khoảng 2% về cả hai phía. Điều này rất quan trọng khi cố gắng tránh hiện tượng thiếu đầy trong khuôn có nhiều lòng khuôn. Đối với bảo trì định kỳ, việc kiểm tra hàng tháng bằng thiết bị đo profilometer có thể phát hiện khi bề mặt khuôn bắt đầu mài mòn vượt quá ngưỡng 5 micromet, thường là lúc các vấn đề về ba via bắt đầu xuất hiện. Dữ liệu từ một nghiên cứu MMT năm 2023 gần đây cũng cho thấy điều thú vị: họ phát hiện gần 8 trong số 10 lần ngừng sản xuất bất ngờ xảy ra do vòng đệm kiểm tra trục vít đã bị mài mòn. Điều đó càng nhấn mạnh lý do vì sao việc thay thế những bộ phận dễ hư hỏng này cứ sau ba tháng là rất cần thiết để đảm bảo hoạt động sản xuất diễn ra trơn tru.

tạo thành dòng chảy trơn tru, từng lớp gọi là dòng chảy tầng.