Кривая многоэтапного процесса литья под давлением отражает взаимосвязь между ходом подачи шнека идавление впрыскаи скорость впрыска, обеспечиваемая литьевой машиной. Поэтому при проектировании многоэтапного процесса литья под давлением необходимо определить два ключевых фактора: во-первых, ход подачи шнека и его сегментация, а во-вторых, давление впрыска и скорость впрыска.
На рисунке показано типичное изделие (разделенное на 4 секции) и соответствующее ему соотношение с сегментами термопластавтомата. Как правило, правила сегментации могут быть определены на основе этого соответствия, а конкретные параметры процесса для каждого сегмента могут быть определены в соответствии с характеристиками вентильной системы.
В реальном производстве можно использовать программы управления многоступенчатым впрыском, чтобы рационально устанавливать давление впрыска, скорость впрыска, давление выдержки и метод заполнения расплавом для каждого этапа в зависимости от конструкции направляющей системы, типа литника и структуры пластиковой детали. Это помогает повысить эффективность пластификации, улучшить качество продукции, снизить уровень брака и продлить срок службы форм и оборудования.
Градуированные настройки
При разработке многоэтапных процессов литья под давлением сначала необходимо проанализировать продукт, чтобы определить области для каждого этапа впрыска. Обычно его делят на 3–5 зон в зависимости от характеристик формы изделия, изменений толщины стенок и характеристик течения расплава. Области с постоянной или минимальной разницей толщины стенок обозначаются как одна зона; точки перехода между зонами много-этапного впрыска определяются точками, в которых поток материала меняет направление или существенно изменяется толщина стенки; воротную систему можно выделить в отдельную зону. На рисунке выше изделие разделено на зоны в зависимости от его внешних особенностей: точка, где поток материала меняет направление, служит одной точкой перехода (между зоной 2 и зоной 3), а точка, где изменяется толщина стенки, служит другой точкой перехода (между зоной 3 и зоной 4). Поэтому данная пластиковая деталь разделена на 4 зоны много-этапного впрыска: 3 зоны для самого изделия и 1 зона для литниковой системы.
На практическом производстве обычно считается более рациональным устанавливать как минимум три или четыре этапа впрыска при формовании пластиковых деталей. Бегунок — это первый этап, ворота — второй этап, третий этап — когда продукт заполнен примерно до 90%, а оставшаяся часть — четвертый этап (также называемый заключительным этапом).
Для пластиковых деталей с простой структурой и низкими требованиями к качеству поверхности можно использовать трехэтапный-процесс впрыска. Однако для пластиковых деталей сложной структуры, с многочисленными дефектами поверхности и высокими требованиями к качеству необходима программа контроля впрыска, состоящая из четырех и более стадий.
В реальном производстве необходимое количество стадий впрыска должно определяться посредством научного анализа и рациональной настройки на основе таких факторов, как конструкция желоба, тип литника, расположение, количество и размер, структура детали, требования к продукту и эффективность вентиляции пресс-формы.
- 1) Для изделий с прямым литником можно использовать как одно-, так и много-методы впрыска. Для небольших пластиковых деталей с простой конструкцией и низкими требованиями к точности можно использовать метод контроля с менее чем тремя этапами впрыска.
- 2) Для крупных пластиковых изделий со сложной структурой и высокими требованиями к точности в принципе следует выбирать многоэтапный процесс впрыска с четырьмя или более этапами.
Настройка процесса инъекции
Изделие, изображенное на рисунке, инженеры делят на секции, исходя из особенностей формы. Это разделение затем отражается на различных секциях шнека термопластавтомата. Затем длину каждого сегмента винта можно оценить на основе разделения продукта на сечения. Сначала оценивается необходимый объем впрыска (объем) для каждой секции после разделения продукта. Используя соответствующий метод, можно рассчитать положение винта в каждом сегменте. Например, если объем сечения n равен Ω, то ход n-го сегмента винта составит:
В многоэтапной производственной практике литья под давлением метод определения процесса шнекового впрыска следующий:
- Объем впрыска на первой стадии (т.е. конечное положение впрыска на первой стадии) является конечной точкой литника в системе литья под давлением. За исключением прямых ворот, почти все остальные используют среднее давление и среднюю скорость или среднее давление и низкую скорость. Конечное положение впрыска второй ступени находится от конечной точки литника до 1/2–2/3 всего пространства полости.
- На втором этапе впрыска следует использовать высокое давление и высокую скорость, высокое давление и среднюю скорость или среднее давление и среднюю скорость; конкретные значения зависят от структуры изделия и используемого пластика.
- Уровень впрыска третьей стадии предпочтительно должен использовать среднее давление и среднюю скорость или среднее давление и низкую скорость, и это положение должно быть именно там, где заполнено оставшееся пространство полости. Все три описанные выше стадии относятся к процессу заливки расплавом.
- Последняя стадия впрыска относится к фазе повышения давления и поддержания давления. Точка переключения удержания давления находится между конечными положениями этой стадии впрыска. Существует два метода выбора точки переключения: по времени и положению.
Когда начинается впрыск, запускается таймер впрыска и рассчитываются положения завершения для каждого этапа впрыска. Если параметры впрыска остаются неизменными, в зависимости от текучести материала, для материалов с более высокой текучестью конечное положение завершения этапа достигнет точки переключения давления удержания до истечения таймера. На этом этапе процессы наполнения и повышения давления завершаются, и впрыск переходит в фазу поддержания давления. Если время таймера еще не истекло, он прекращает отсчет и сразу переходит в фазу удержания давления. Аналогично, для материалов с более низкой текучестью, если таймер завершается до того, как положение окончания впрыска на последней стадии достигнет точки переключения, нет необходимости ждать достижения положения; процесс непосредственно переходит в фазу выдерживания давления.
Таким образом, при настройке многоэтапного процесса внедрения необходимо учитывать следующие моменты:
При литье под давлением пластиковых материалов средней-текучести после определения точки удерживания добавьте ко времени несколько секунд в качестве компенсации.
01
При литье под давлением пластиковых материалов с плохой-текучестью, таких как пластмассы, смешанные с переработанными материалами, или пластмассы с низкой-вязкостью, из-за нестабильного процесса впрыска лучше использовать контроль времени. Уменьшите точку переключения давления удержания (обычно устанавливайте конечное положение на ноль) и используйте время для управления автоматическим переключением на давление удержания.
02
При литье под давлением пластиковых материалов с хорошей-текучестью лучше контролировать точку переключения давления удержания по положению. Увеличьте время и после достижения заданной точки переключения войдите в фазу удержания давления.
03
Точка переключения давления удержания — это положение, в котором полость формы полностью заполнена, и положение впрыска больше не может продвигаться вперед. Цифровые изменения происходят очень медленно. В этот момент давление необходимо переключить, чтобы обеспечить полное формование изделия. Это положение можно наблюдать на рабочем экране термопластавтомата (язык компьютера).
04
Кроме того, что касается использования много-выдерживающего давления, его можно определить с помощью следующих методов: для изделий с небольшим количеством ребер жесткости и низкими требованиями к точности размеров, а также изделий, изготовленных из материалов с высокой-вязкостью, используйте одно-выдерживающее давление. Давление выдержки выше, чем давление во время процесса наддува, а время выдержки короткое; в то время как для изделий с большим количеством ребер жесткости и низкими требованиями к точности размеров обычно требуется многоступенчатое удерживающее давление.
Настройка давления впрыска и скорости впрыска
① Давление впрыска и скорость впрыска литниковой системы. Как правило, литниковые системы имеют небольшие бегунки, поэтому для быстрого заполнения желобов и литников используются более высокие скорости впрыска и давление (обычно от 60% до 70% от максимального), что увеличивает давление расплава в желобах и создает определенный потенциал заполнения формы. Для форм с большим поперечным сечением направляющих-можно установить более низкое давление и скорость впрыска; и наоборот, для форм с меньшим поперечным сечением направляющих-потребуются более высокие настройки.
② Скорость и давление впрыска на втором этапе. Когда расплав заполняет желоба и литники, преодолевая сопротивление литника (малая площадь поперечного сечения) и начинает заполнять полость формы, необходима более низкая скорость впрыска для преодоления нежелательных режимов течения и улучшения характеристик течения. На этом этапе скорость впрыска можно уменьшить, а снижение давления будет меньшим; для больших поперечных сечений затвора-возможно, не потребуется снижать давление впрыска.
③ Скорость и давление впрыска на третьем этапе. Как показано на рисунке z, третий этап соответствует зоне впрыска 3, которая является основной частью отливаемой детали. В этот момент расплав полностью заполнил полость формы. Для достижения идеального состояния диффузии требуется ускоренное заполнение формы, поэтому термопластавтомат должен обеспечивать более высокое давление и скорость впрыска на этом этапе. Этот участок также является переломным моментом в течении расплава, где сопротивление потоку возрастает и потери давления значительны, требуя компенсации. Как правило, при многоэтапном впрыске на этом участке используется высокая скорость и высокое давление.
④ Скорость и давление впрыска на четвертом этапе. Судя по соответствующему соотношению на рисунке, когда расплав достигает зоны 4, толщина стенки детали может изменяться или оставаться постоянной. Расплав практически заполнил полость формы. Поскольку расплав приобретает высокое давление и скорость в зоне 3, на этом этапе можно выполнить буферизацию для достижения примерно одинаковой линейной скорости потока расплава во всех частях полости формы. Общий принцип конструкции заключается в том, что при входе в зону 4, если толщина стенки увеличивается, скорость и давление можно уменьшить; если толщина стенки уменьшается, скорость можно уменьшить без снижения давления или скорость может оставаться неизменной, пока давление соответствующим образом снижается или не снижается. Короче говоря, на четвертом этапе процесс впрыска должен иметь многоступенчатые характеристики управления, а давление в полости должно быстро увеличиваться.
На рисунке показан пример многоэтапного процесса литья под давлением, выбранного на основе геометрического анализа изделия. За счет глубокой полости и тонких стенок изделия полость формы образует длинный и узкий проточный канал. Расплавленный материал должен быстро проходить через эту область; в противном случае он легко остынет и затвердеет, что приведет к риску неполного заполнения формы. Поэтому следует использовать высокоскоростной-впрыск.
Однако высокая-скорость впрыска придает расплавленному материалу значительную кинетическую энергию. Когда расплав достигнет конца полости, он создаст сильный инерционный удар, потенциально приводящий к потере энергии и вспыхиванию. Поэтому скорость течения расплава следует замедлить, чтобы снизить давление формования. Однако давление все равно должно достигать уровня, обычно называемого давлением выдержки (вторичное давление, последующее-давление), чтобы гарантировать, что пустоты, вызванные усадкой расплава в полости формы, будут заполнены до затвердевания литника. Это требует различных скоростей и давлений впрыска в процессе литья под давлением. Ход дозирования шнека, показанный на рисунке, устанавливается в зависимости от количества материала, используемого для продукта, и количества буфера. Шнек впрыска перемещается из положения «97» в положение «20», чтобы заполнить тонкостенную часть продукта. На этом этапе устанавливается высокая скорость 10, чтобы предотвратить охлаждение и затвердевание расплавленного материала из-за длительного времени течения. Когда шнек перемещается из положения «20» → «15» → «2», устанавливается соответствующая низкая скорость 5, чтобы уменьшить скорость течения расплава и его кинетическую энергию, воздействующую на форму. Более высокое первичное давление впрыска устанавливается, когда винт находится в положениях «97», «20» и «5», чтобы преодолеть сопротивление заполнению формы, а более низкое вторичное давление впрыска устанавливается от «5» до «2», чтобы уменьшить воздействие кинетической энергии.
На изображении показан еще один пример многоступенчатого переключения (перехода) скорости инжекторного шнека на основе различных скоростей, установленных в зависимости от условий процесса.
Многоэтапное-литье под давлением — одна из самых передовых технологий литья под давлением, доступных в настоящее время. При исследовании многоэтапных процессов литья под давлением определение сегментов хода шнека во время впрыска является относительно точным, тогда как выбор давления впрыска и скорости впрыска в каждом сегменте во многом основан на опыте. Общий эмпирический метод позволяет определить только соответствующую взаимосвязь между давлением впрыска и скоростью впрыска, используемую в каждом сегменте. Обычной практикой является определение этой зависимости на основе соотношения площадей поперечного сечения каждой части формованного изделия. После разработки многоэтапного процесса литья под давлением требуется неоднократная корректировка посредством нескольких испытаний для достижения оптимальных значений выбранного давления впрыска и скорости впрыска.