Verformung von Spritzgussprodukten
Die Verformung ist einer der häufigsten Mängel beim Spritzgießen von dünnwandigen Kunststoffteilen, da sie eine genaue Vorhersage der Verzugsverformung beinhaltet und die Verzugsverformungsgesetze von Spritzgussteilen aus verschiedenen Materialien und Formen stark variieren. Wenn das Ausmaß des Verzugs den zulässigen Fehler überschreitet, wird es zu einem Formfehler, der wiederum die Produktmontage beeinträchtigt.
Die genaue Vorhersage der Verzugsverformung einer großen Anzahl von immer dünnwandigeren Teilen (Wandstärke weniger als 2 mm) ist eine Voraussetzung für eine effektive Kontrolle von Verzugsfehlern. Die Verzugsverformungsanalyse verwendet hauptsächlich eine qualitative Analyse, und es werden Maßnahmen aus dem Produktdesign, dem Formdesign und den Spritzgießprozessbedingungen ergriffen, um eine große Verzugsverformung so weit wie möglich zu vermeiden.
Ursachenanalyse
Schimmel
Position, Form und Anzahl der Anschnitte des Spritzgießwerkzeug-Angusses beeinflussen den Füllzustand des Kunststoffs in der Formkavität, was zu einer Verformung des Kunststoffteils führt.
Je länger die Fließstrecke, desto größer die durch Strömung und Speisung verursachten Eigenspannungen zwischen der gefrorenen Schicht und der mittleren Fließschicht; im Gegenteil, je kürzer die Fließstrecke, desto kürzer die Fließzeit vom Anschnitt bis zum Fließende des Teils, und die Form friert beim Füllen ein. Die Dicke der Schicht wird dünner, die Eigenspannung wird reduziert und das Verziehen Auch Verformungen werden stark reduziert. Wird nur ein Mittelanguss oder ein Seitenanschnitt verwendet, wird das Kunststoffformteil verzogen, da die Schrumpfungsrate in Durchmesserrichtung größer ist als in Umfangsrichtung; Wenn stattdessen mehrere Punktanschnitte verwendet werden, kann ein Verziehen und Verformen effektiv verhindert werden.
Beim Punktgießen zum Formen haben, auch aufgrund der Anisotropie der Kunststoffschrumpfung, die Position und Anzahl der Anschnitte einen großen Einfluss auf den Verformungsgrad von Kunststoffteilen. Da 30 Prozent glasfaserverstärktes PA6 verwendet wird, ist das Ergebnis ein großes Spritzgussteil mit einem Gewicht von 4,95 kg, daher gibt es viele Verstärkungsrippen entlang der Fließrichtung der umgebenden Wände, so dass jeder Anguss vollständig ausbalanciert werden kann.
Darüber hinaus kann die Verwendung mehrerer Anschnitte auch das plastische Fließverhältnis (L/t) verkürzen, so dass die Materialdichte im Formhohlraum gleichmäßiger und die Schrumpfung gleichmäßiger ist. Gleichzeitig kann das gesamte Kunststoffteil unter geringem Spritzdruck gefüllt werden. Der niedrigere Einspritzdruck kann die molekulare Orientierungsneigung von Kunststoffen verringern und seine Eigenspannungen reduzieren, wodurch die Verformung von Kunststoffteilen verringert wird.
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Werkzeugtemperatur: Die Werkzeugtemperatur hat einen großen Einfluss auf die innere Leistung und die sichtbare Qualität des Produkts. Die Temperatur der Form hängt von der Anwesenheit oder Abwesenheit von Kunststoffkristallinität, der Größe und Struktur des Produkts, den Leistungsanforderungen und anderen Prozessbedingungen (Schmelztemperatur, Einspritzgeschwindigkeit und Einspritzdruck, Formzyklus usw.)
Druckregelung: Der Druck im Spritzgießprozess umfasst den Plastifizierdruck und den Einspritzdruck und wirkt sich direkt auf die Plastifizierung von Kunststoffen und die Produktqualität aus
Der Einsatz experimenteller Methoden zur Untersuchung des Verzugs von Kunststoffprodukten spiegelt sich hauptsächlich in der Untersuchung der Auswirkungen von Materialeigenschaften, Produktgeometrie und -größe sowie Spritzgießprozessbedingungen auf den Produktverzug wider. Eine Vielzahl von Versuchen wurde entwickelt, um den Einfluss von Anschnittgeometrie, Packungsparametern (Nachdruck und Haltezeit) und Formelastizität auf die Endgröße des Produkts zu ermitteln.
Als Polymerbasis wurde PET verwendet, und es wurden die Verzugseigenschaften verschiedener Materialien und Platten mit unterschiedlichen Wandstärken untersucht. Die Beziehung zwischen dem Verstärkungsverhältnis einer spritzgegossenen Scheibe aus 33 Prozent glasfaserverstärktem PA66, der Anisotropie des linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der Dicke des Produkts und der Verwerfung wurde experimentell untersucht, und das Konzept des Verzugsindex wurde zum ersten Mal vorgeschlagen . Wölbungseigenschaften und die Beziehung zwischen Wölbungsindex, Wölbung und Faserorientierungszustand und die Beziehung zwischen Ertrag und Wölbungsindex wurden untersucht.
Die experimentelle Methode zur Untersuchung der Verzugsverformung ist oft auf eine bestimmte geometrische Form, bestimmte Materialien und Prozessbedingungen beschränkt und kann den Einfluss vieler Faktoren auf die Verzugsverformung nicht vollständig berücksichtigen und einen möglichen Verzug während der Produktdesignphase nicht vorhersagen. Die Größe der Verformung. Bei der tatsächlichen Verwendung sind auch die Beschränkungen der empirischen Formel offensichtlich, die nicht nur durch die experimentellen Bedingungen beeinflusst werden, sondern auch mit vielen Faktoren zusammenhängen, wie beispielsweise dem Verarbeitungsverfahren der experimentellen Daten und den Anwendungsbedingungen der empirischen Formel und einer empirischen Formel ist nur für die experimentellen Bedingungen geeignet. nah am Produktionsprozess.
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schrumpfen/verziehen
Da Verzugsverformung mit ungleichmäßiger Schrumpfung zusammenhängt, wird die Beziehung zwischen Schrumpfung und Produktverzug analysiert, indem das Schrumpfungsverhalten verschiedener Kunststoffe unter verschiedenen Prozessbedingungen untersucht wird. Auf der Grundlage von Fließ-, Nachdruck- und Abkühlungssimulation beim Spritzgießen wird durch Experimente und lineare Regressionsmethoden ein Modell zur Vorhersage der Schwindung von Spritzgussprodukten vorgeschlagen. Auf der Grundlage der Schwindungsvorhersage wird die Verformung von Produkten durch Strukturanalyse-Simulationsprogramme berechnet.
Bei Materialien mit hoher Schrumpfrate ist es schwierig, Produkte mit hoher Maßgenauigkeit zu erhalten. Um eine hohe Präzision anzustreben, sollten so weit wie möglich amorphe Harze und Harze mit gleichmäßiger Schrumpfung in alle Richtungen verwendet werden. Bei vielen Materialien wird die Schrumpfung des Produkts unter den Bedingungen der Änderung der Durchflussrate, des Haltedrucks, der Haltezeit, der Formtemperatur, der Füllzeit, der Produktdicke und anderer Parameter gemessen.
Gemäß den Testergebnissen wird die Schrumpfung des Produkts in drei Teile unterteilt: Volumenschrumpfung, ungleichmäßige Schrumpfung, die durch molekulare Orientierung verursacht wird, und ungleichmäßige Schrumpfung, die durch unausgeglichene Kühlung verursacht wird. Schwindungsvorhersagemethoden für volumetrische Schwindung, kristallinen Inhalt, Formeinschluss, plastische Orientierung usw. verwenden Strömungs- und Abkühlungsanalyseergebnisse, um die Schwindungsdehnung vorherzusagen.
Design des Kühlsystems
Während des Einspritzvorgangs verursacht die ungleichmäßige Abkühlgeschwindigkeit des Kunststoffteils auch eine ungleichmäßige Schrumpfung des Kunststoffteils. Dieser Unterschied in der Schrumpfung führt zur Erzeugung eines Biegemoments und einer Verwerfung des Kunststoffteils.
Wenn beim Spritzgießen von flachen Kunststoffteilen der Temperaturunterschied zwischen Formnest und Kern zu groß ist, kühlt die Schmelze nahe der Oberfläche des kalten Formnests schnell ab, während die Materialschicht nahe der Oberfläche des heißen Formnests schrumpft weiter, die ungleichmäßige Schrumpfung verzieht das Kunststoffteil. Daher sollte bei der Kühlung des Spritzgießwerkzeuges auf den Temperaturausgleich von Kavität und Kern geachtet werden und die Temperaturdifferenz zwischen beiden nicht zu groß sein.
Zusätzlich zu der Tatsache, dass die Temperatur auf den Innen- und Außenflächen des Kunststoffteils tendenziell ausgeglichen ist, sollte auch die Temperatur auf jeder Seite des Kunststoffteils als konstant angesehen werden, d. h. wenn die Form abgekühlt ist, versuchen Sie es Halten Sie die Temperatur des Hohlraums und des Kerns durchgehend gleichmäßig, damit die Abkühlgeschwindigkeit des Kunststoffteils ausgeglichen ist, sodass die Schrumpfung überall gleichmäßiger ist und Verformungen wirksam verhindert werden. Daher ist die Anordnung der Kühlwasserlöcher an der Form sehr wichtig. Nachdem der Abstand von der Rohrwand zur Oberfläche des Hohlraums bestimmt wurde, sollte der Abstand zwischen den Kühlwasserlöchern so gering wie möglich sein, um sicherzustellen, dass die Temperatur der Hohlraumwand gleichmäßig ist.
Da gleichzeitig die Temperatur des Kühlmediums mit zunehmender Länge des Kühlwasserkanals ansteigt, weisen der Hohlraum und der Kern der Form entlang des Wasserkanals eine Temperaturdifferenz auf. Daher muss die Wasserkanallänge jedes Kühlkreislaufs weniger als 2 m betragen. Bei großen Werkzeugen sollten mehrere Kühlkreisläufe aufgebaut werden, wobei der Einlass des einen Kreislaufs in der Nähe des Auslasses des anderen Kreislaufs angeordnet ist. Bei langen Kunststoffteilen sollte ein Kühlkreislauf verwendet werden, um die Länge des Kühlkreislaufs zu reduzieren, dh um die Temperaturdifferenz des Werkzeugs zu verringern, um eine gleichmäßige Kühlung der Kunststoffteile zu gewährleisten.
Auch die Konstruktion des Auswerfersystems wirkt sich direkt auf die Verformung des Kunststoffteils aus. Eine unausgeglichene Anordnung des Auswurfsystems führt zu einem Ungleichgewicht in der Auswurfkraft und verformt das Kunststoffteil. Daher sollte bei der Auslegung des Auswurfsystems ein Ausgleich zum Entformungswiderstand angestrebt werden.
Außerdem sollte die Querschnittsfläche der Auswerferstange nicht zu klein sein, um eine Verformung des Kunststoffteils durch zu hohe Flächenkräfte (insbesondere bei zu hoher Entformungstemperatur) zu vermeiden. Der Auswerferstift sollte möglichst nahe an dem Teil mit dem größten Entformungswiderstand angeordnet werden. Unter der Prämisse, die Qualität von Kunststoffteilen (einschließlich Gebrauchsanforderungen, Maßgenauigkeit und Aussehen usw.) nicht zu beeinträchtigen, sollten so viele Auswerferstifte wie möglich installiert werden, um die Gesamtverformung von Kunststoffteilen zu reduzieren.
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Wenn weicher Kunststoff verwendet wird, um große tiefe Hohlräume und dünnwandige Kunststoffteile herzustellen, werden die Kunststoffteile aufgrund der hohen Entformungsbeständigkeit und des weichen Materials verformt oder sogar durchgedrückt, wenn ein einziges mechanisches Auswurfverfahren vollständig angewendet wird. Oder das Kunststoffteil wird wegen Faltung verschrottet. Es ist besser, eine Mehrkomponentenkombination oder eine Kombination aus Gasdruck (hydraulisch) und mechanischem Ausstoß zu verwenden.
Einfluss der thermischen Restspannung auf Verzug und Verformung von Produkten
Im Spritzgießprozess ist thermische Restspannung ein wichtiger Faktor, der Verzug und Verformung verursacht und einen größeren Einfluss auf die Qualität von Spritzgussprodukten hat. Da der Einfluss thermischer Eigenspannungen auf den Produktverzug sehr komplex ist, können Werkzeugkonstrukteure ihn mit Hilfe der Spritzguss-CAE-Software analysieren und vorhersagen.
Während des Formprozesses der Kunststoffschmelze ist die innere Spannung aufgrund der ungleichmäßigen Orientierung und Schrumpfung ungleichmäßig, so dass sich das Produkt nach dem Lösen aus der Form unter der Wirkung der ungleichmäßigen inneren Spannung verzieht und verformt. Daher analysieren und berechnen viele Wissenschaftler die Eigenspannung und den Verzug von Produkten aus der Sicht der Mechanik. In einigen ausländischen Literaturen wird angenommen, dass Verzug durch Restspannung verursacht wird, die durch ungleichmäßiges Schrumpfen erzeugt wird.
In der Kühlphase des Spritzgießens, wenn die Temperatur höher als die Glasübergangstemperatur ist, ist der Kunststoff eine viskoelastische Flüssigkeit, begleitet von Spannungsrelaxation: Wenn die Temperatur niedriger als die Glasübergangstemperatur ist, wird der Kunststoff fest. Dieser Flüssig-Fest-Phasenübergang und die Spannungsrelaxation von Kunststoffen während des Abkühlens hat einen großen Einfluss auf die genaue Vorhersage der Restspannung und Restverformung von Produkten.
Der Phasenübergang und das Spannungsrelaxationsverhalten von Kunststoffen von flüssig nach fest während der Abkühlphase. Für den ungehärteten Bereich zeigt der Kunststoff ein viskoses Verhalten, das durch ein viskoses Flüssigkeitsmodell beschrieben wird; für den ausgehärteten Bereich zeigt der Kunststoff ein viskoelastisches Verhalten, das durch ein lineares Standard-Festkörpermodell unter Verwendung eines viskoelastischen Phasenübergangsmodells und einer zweidimensionalen Finite-Elemente-Methode zur Vorhersage thermischer Eigenspannungen und entsprechender Verzugsverformungen beschrieben wird.
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Einfluss der Plastifizierstufe auf die Produktverzugsdeformation
In der Plastifizierungsphase werden die Glaspartikel in einen zähflüssigen Zustand überführt, um die zum Füllen der Form erforderliche Schmelze bereitzustellen. Dabei führt der Temperaturunterschied des Polymers in axialer und radialer Richtung (bezogen auf die Schnecke) zu Spannungen im Kunststoff; Darüber hinaus werden der Einspritzdruck, die Geschwindigkeit und andere Parameter der Einspritzmaschine den Grad der molekularen Orientierung während des Füllens stark beeinflussen. , was zu einer verziehenden Verformung führt.
Verwenden Sie zu Beginn des Einspritzvorgangs eine niedrige Geschwindigkeit, beim Füllen des Formhohlraums eine hohe Geschwindigkeit und am Ende des Füllvorgangs eine niedrige Geschwindigkeit. Durch die Steuerung und Anpassung der Einspritzgeschwindigkeit können verschiedene unerwünschte Phänomene wie Grate, Spritzer, Silberstreifen oder Brandflecken verhindert und verbessert werden.
Das mehrstufige Einspritzsteuerprogramm kann den mehrstufigen Einspritzdruck, die Einspritzgeschwindigkeit, den Haltedruck und das Schmelzverfahren entsprechend der Struktur des Angusskanals, der Form des Anschnitts und der Struktur des Spritzgussteils angemessen einstellen, was förderlich ist um den Plastifizierungseffekt zu verbessern und die Produktqualität zu verbessern, die Fehlerrate zu reduzieren und die Lebensdauer der Form / Maschine zu verlängern.
Durch die Steuerung von Öldruck, Schneckenposition und Schneckendrehzahl der Spritzgießmaschine über ein mehrstufiges Programm kann versucht werden, das Aussehen der Formteile zu verbessern, die entsprechenden Maßnahmen für Schwindung, Verzug und Grat zu verbessern und zu reduzieren Größenungleichmäßigkeit jedes spritzgegossenen Teils jeder Form. .
Durch die Steuerung von Öldruck, Schneckenposition und Schneckendrehzahl der Spritzgießmaschine über ein mehrstufiges Programm kann versucht werden, das Aussehen der Formteile zu verbessern, die entsprechenden Maßnahmen für Schwindung, Verzug und Grat zu verbessern und die Unebenheiten zu reduzieren der Größe jedes spritzgegossenen Teils jeder Form. .
Einfluss von Formfüll- und Kühlstufen auf den Produktverzug
Unter Einwirkung des Spritzdrucks wird der geschmolzene Kunststoff in die Formkavität gefüllt, abgekühlt und in der Kavität erstarrt, was das Herzstück des Spritzgießens ist. Dabei werden Temperatur, Druck und Geschwindigkeit miteinander gekoppelt, was einen großen Einfluss auf die Qualität und Produktionseffizienz von Kunststoffteilen hat.
Höhere Drücke und Strömungsgeschwindigkeiten erzeugen hohe Schergeschwindigkeiten, die Unterschiede in der Orientierung von Molekülen parallel und senkrecht zur Strömungsrichtung verursachen und einen "Gefriereffekt" erzeugen. Der „Gefriereffekt“ erzeugt Gefrierspannungen und bildet die Eigenspannung des Kunststoffteils. Der Einfluss der Temperatur auf die Verzugsverformung spiegelt sich in den folgenden Aspekten wider.
A. Der Temperaturunterschied zwischen der Ober- und Unterseite von Kunststoffteilen führt zu thermischer Spannung und thermischer Verformung;
B. Der Temperaturunterschied zwischen verschiedenen Bereichen des Kunststoffteils verursacht eine ungleichmäßige Schrumpfung zwischen verschiedenen Bereichen;
C. Unterschiedliche Temperaturzustände beeinflussen die Schrumpfung von Kunststoffteilen.
Einfluss der Entformungsstufe auf die Verzugsverformung des Produktes
Kunststoffteile sind beim Verlassen der Kavität und Abkühlen auf Raumtemperatur meist glasartige Polymere. Eine unausgeglichene Entformungskraft, eine instabile Bewegung des Auswurfmechanismus oder ein ungeeigneter Auswurfbereich der Entformung können das Produkt leicht verformen. Gleichzeitig wird die im Kunststoffteil während der Füll- und Abkühlphase eingefrorene Spannung in Form von Verformung aufgrund des Verlusts äußerer Zwänge freigesetzt, was zu einer Verzugsverformung führt.
Echter 3D-Ansatz zur Berechnung von Restspannungen und endgültiger Form (Schrumpfung und Verzug). Sie berücksichtigten den Einfluss der Verpackungsphase, teilten das Produkt in drei Schichten auf und analysierten die Eigenspannung und Verformung durch ein dreidimensionales Netz. wird ein numerisches Simulationsmodell für die induzierte Restspannung und Verformung nach der Packphase vorgeschlagen.
Bei der Berechnung der Eigenspannung wird ein thermoviskoelastisches Modell (einschließlich Volumenrelaxation) verwendet. Die angewendete Finite-Elemente-Methode basiert auf der Schalentheorie aus planaren Elementen, die für dünnwandige Spritzgussprodukte mit komplexen Formen geeignet ist.
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Die Lösung für den Einfluss der Schrumpfung von Spritzgussprodukten auf die Verzugsverformung
Die direkte Ursache für den Verzug von Spritzgussprodukten ist die ungleichmäßige Schwindung von Kunststoffteilen. Wenn der Einfluss der Schrumpfung während des Füllvorgangs nicht in der Formkonstruktionsphase berücksichtigt wird, weicht die geometrische Form des Produkts stark von den Konstruktionsanforderungen ab, und starke Verformungen führen zum Ausschuss des Produkts. Zusätzlich zu der durch die Füllphase verursachten Verformung verursacht der Temperaturunterschied zwischen der oberen und unteren Wand der Form auch die unterschiedliche Schrumpfung zwischen der oberen und unteren Oberfläche des Kunststoffteils, was zu einer Verwerfungsverformung führt.
Für die Verzugsanalyse ist die Schrumpfung selbst nicht wichtig, aber der Unterschied in der Schrumpfung ist wichtig. Beim Spritzgussverfahren ist die Schrumpfrate des Kunststoffs in Fließrichtung aufgrund der Anordnung der Polymermoleküle entlang der Fließrichtung während des Spritzgießens des geschmolzenen Kunststoffs größer als in vertikaler Richtung, was zu einer Verzugsverformung führt des Spritzgussteils. Im Allgemeinen führt eine gleichmäßige Schrumpfung nur zu Volumenänderungen von Kunststoffteilen, und nur eine ungleichmäßige Schrumpfung kann zu einer Verzugsverformung führen.
Der Unterschied zwischen der Schrumpfrate von kristallinen Kunststoffen in Fließrichtung und der vertikalen Richtung ist größer als die von amorphen Kunststoffen, und ihre Schrumpfrate ist auch größer als die von amorphen Kunststoffen. Die Überlagerung der großen Schrumpfrate kristalliner Kunststoffe und der Anisotropie der Schwindung führt dazu, dass kristalline Kunststoffe eine wesentlich stärkere Neigung zum Verzug haben als amorphe Kunststoffe.
Das mehrstufige Spritzgussverfahren wurde aufgrund der Analyse der geometrischen Form des Produkts ausgewählt: Da der Hohlraum des Produkts tief und die Wand dünn ist, bildet der Formhohlraum einen langen und schmalen Fließkanal, und die Schmelze muss fließen sehr schnell durch diesen Teil spritzen Andernfalls kühlt und verfestigt es sich leicht, wodurch die Gefahr des Füllens des Formhohlraums besteht, daher sollte hier auf Hochgeschwindigkeitseinspritzung eingestellt werden.
Das Einspritzen mit hoher Geschwindigkeit bringt jedoch viel kinetische Energie in die Schmelze ein. Wenn die Schmelze nach unten fließt, erzeugt sie einen großen Trägheitsstoß, was zu Energieverlust und Überlaufen führt. Zu diesem Zeitpunkt muss die Schmelze verlangsamt und der Fülldruck reduziert werden. Halten Sie den sogenannten Nachdruck (Sekundärdruck, Nachdruck) aufrecht, damit die Schmelze die Schwindung der Schmelze in den Formhohlraum ergänzt, bevor der Anguss erstarrt, was Anforderungen an eine mehrstufige Einspritzgeschwindigkeit und einen Druck auf die Einspritzung stellt Formprozess.
Lösung für Produktverzug und -verformung aufgrund von thermischer Restspannung
Die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsoberfläche sollte konstant sein. Um ein Einfrieren der Schmelze während des Einspritzvorgangs zu verhindern, sollte die Schnellinjektion verwendet werden. Die Einstellung der Schussgeschwindigkeit sollte ein schnelles Füllen in kritischen Bereichen (z. B. Läufer) ermöglichen, während am Wassereinlass verlangsamt wird. Die Einspritzgeschwindigkeit sollte sicherstellen, dass der Formhohlraum gefüllt wird und sofort stoppt, um Überfüllung, Grat und Eigenspannungen zu vermeiden.
