Deformación de productos moldeados por inyección.
La deformación es uno de los defectos comunes en el moldeo por inyección de piezas de plástico de cubierta delgada, porque implica una predicción precisa de la deformación por alabeo, y las leyes de deformación por alabeo de las piezas moldeadas por inyección de diferentes materiales y formas varían mucho. Cuando la cantidad de deformación excede el error permitido, se convierte en un defecto de formación, que a su vez afecta el ensamblaje del producto.
La predicción precisa de la deformación por alabeo de un gran número de piezas de paredes cada vez más delgadas (espesor de pared inferior a 2 mm) es un requisito previo para el control eficaz de los defectos de alabeo. El análisis de deformación por alabeo adopta principalmente un análisis cualitativo, y las medidas se toman del diseño del producto, el diseño del molde y las condiciones del proceso de moldeo por inyección para evitar una gran deformación por alabeo tanto como sea posible.
Análisis de causa
Moho
La posición, la forma y el número de compuertas de la compuerta del molde de inyección afectarán el estado de llenado del plástico en la cavidad del molde, lo que provocará la deformación de la pieza de plástico.
Cuanto mayor sea la distancia de flujo, mayor será la tensión interna causada por el flujo y la alimentación entre la capa congelada y la capa de flujo central; por el contrario, cuanto menor sea la distancia de flujo, menor será el tiempo de flujo desde la puerta hasta el extremo de flujo de la pieza, y el molde se congelará cuando se llene. El espesor de la capa se adelgaza, la tensión interna se reduce y la deformación la deformación también se reduce considerablemente. Si solo se usa una compuerta central o una compuerta lateral, la pieza de plástico moldeado se distorsionará porque la tasa de contracción en la dirección del diámetro es mayor que en la dirección circunferencial; si se utilizan puertas de múltiples puntos en su lugar, se puede prevenir eficazmente la deformación y la deformación.
Cuando se utiliza fundición por puntos para el moldeo, también debido a la anisotropía de la contracción plástica, la posición y el número de compuertas tienen una gran influencia en el grado de deformación de las piezas de plástico. Debido a que se utiliza PA6 reforzado con fibra de vidrio al 30 por ciento, se obtiene una gran pieza moldeada por inyección con un peso de 4,95 kg, por lo que hay muchas nervaduras de refuerzo a lo largo de la dirección del flujo de las paredes circundantes, de modo que cada puerta se puede equilibrar por completo.
Además, el uso de múltiples puertas también puede acortar la relación de flujo de plástico (L/t), de modo que la densidad del material en la cavidad del molde sea más uniforme y la contracción sea más uniforme. Al mismo tiempo, toda la pieza de plástico se puede llenar con una pequeña presión de inyección. La presión de inyección más baja puede reducir la tendencia de orientación molecular de los plásticos y reducir su tensión interna, reduciendo así la deformación de las piezas de plástico.
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Temperatura del molde: La temperatura del molde tiene una gran influencia en el desempeño interno y la calidad aparente del producto. La temperatura del molde depende de la presencia o ausencia de cristalinidad plástica, el tamaño y la estructura del producto, los requisitos de rendimiento y otras condiciones del proceso (temperatura de fusión, velocidad y presión de inyección, ciclo de moldeo, etc.)
Control de presión: la presión en el proceso de moldeo por inyección incluye la presión de plastificación y la presión de inyección, y afecta directamente la plastificación de los plásticos y la calidad del producto.
El uso de métodos experimentales para estudiar la deformación de los productos plásticos se refleja principalmente en el estudio de los efectos de las propiedades del material, la geometría y el tamaño del producto y las condiciones del proceso de moldeo por inyección en la deformación del producto. Se diseñó una gran cantidad de experimentos para obtener la influencia de la geometría de la puerta, los parámetros de empaque (presión de retención y tiempo de retención) y la elasticidad del molde en el tamaño final del producto.
Se utilizó PET como base de polímero y se estudiaron las características de alabeo de diferentes materiales y paneles de diferentes espesores de pared. Se estudió experimentalmente la relación entre la relación de refuerzo del disco moldeado por inyección PA66 con fibra de vidrio reforzada con un 33 %, la anisotropía del coeficiente de expansión térmica lineal, el espesor del producto y la deformación, y se propuso por primera vez el concepto de índice de deformación . Se estudiaron las características de alabeo y la relación entre el índice de alabeo, el alabeo y el estado de orientación de la fibra, y la relación entre el rendimiento y el índice de alabeo.
El método experimental para estudiar la deformación por alabeo a menudo se limita a una forma geométrica específica, material específico y condiciones de proceso, y no puede considerar completamente la influencia de muchos factores en la deformación por alabeo, y no puede predecir la posible deformación durante la etapa de diseño del producto. El tamaño de la deformación. En el uso real, las limitaciones de la fórmula empírica también son obvias, no solo afectadas por las condiciones experimentales, sino también relacionadas con muchos factores, como el método de procesamiento de los datos experimentales y las condiciones de aplicación de la fórmula empírica, y una fórmula empírica. sólo es adecuado para las condiciones experimentales. cerca del proceso de producción.
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encoger/deformar
Dado que la deformación por alabeo está relacionada con la contracción desigual, la relación entre la contracción y la deformación del producto se analiza estudiando el comportamiento de contracción de diferentes plásticos en diferentes condiciones de proceso. Sobre la base del flujo de moldeo por inyección, la presión de retención y la simulación de enfriamiento, a través de experimentos y métodos de regresión lineal, se propone un modelo para predecir la contracción de los productos moldeados por inyección. Sobre la base de la predicción de contracción, la deformación de los productos se calcula a través de programas de simulación de análisis estructural.
Es difícil obtener productos con alta precisión dimensional con materiales con alta tasa de contracción. Para luchar por una alta precisión, se deben usar tanto como sea posible resinas amorfas y resinas con contracción consistente en todas las direcciones. Para muchos materiales, la contracción del producto se mide bajo las condiciones de cambio de caudal, presión de retención, tiempo de retención, temperatura del molde, tiempo de llenado, espesor del producto y otros parámetros.
De acuerdo con los resultados de la prueba, la contracción del producto se divide en tres partes: contracción del volumen, contracción desigual causada por la orientación molecular y contracción desigual causada por un enfriamiento desequilibrado. Los métodos de predicción de contracción para la contracción volumétrica, el contenido cristalino, el confinamiento del molde, la orientación plástica, etc., utilizan los resultados del análisis de flujo y enfriamiento para predecir la deformación por contracción.
Diseño del sistema de refrigeración
Durante el proceso de inyección, la velocidad de enfriamiento desigual de la pieza de plástico también provocará la contracción desigual de la pieza de plástico. Esta diferencia en la contracción dará lugar a la generación de un momento de flexión y deformación de la pieza de plástico.
Si la diferencia de temperatura entre la cavidad del molde y el núcleo utilizado en el moldeo por inyección de piezas planas de plástico es demasiado grande, la masa fundida cerca de la superficie de la cavidad del molde frío se enfriará rápidamente, mientras que la capa de material cerca de la superficie de la cavidad del molde caliente continuará encogiéndose, la contracción desigual deformará la pieza de plástico. Por lo tanto, el enfriamiento del molde de inyección debe prestar atención al equilibrio de temperatura de la cavidad y el núcleo, y la diferencia de temperatura entre los dos no debe ser demasiado grande.
Además de considerar que la temperatura en las superficies interior y exterior de la pieza de plástico tiende a equilibrarse, también se debe considerar que la temperatura en cada lado de la pieza de plástico sea constante, es decir, cuando el molde se enfríe, trate de mantenga la temperatura de la cavidad y el núcleo uniformes en todo momento, de modo que la velocidad de enfriamiento de la pieza de plástico sea equilibrada, de modo que la contracción sea más uniforme en todas partes, evitando efectivamente la deformación. Por lo tanto, la disposición de los orificios de agua de refrigeración en el molde es muy importante. Después de determinar la distancia desde la pared de la tubería hasta la superficie de la cavidad, la distancia entre los orificios de agua de refrigeración debe ser lo más pequeña posible para garantizar que la temperatura de la pared de la cavidad sea uniforme.
Al mismo tiempo, dado que la temperatura del medio de enfriamiento aumenta con el aumento de la longitud del canal de agua de enfriamiento, la cavidad y el núcleo del molde tendrán una diferencia de temperatura a lo largo del canal de agua. Por lo tanto, se requiere que la longitud del canal de agua de cada circuito de refrigeración sea inferior a 2 m. Se deben configurar varios circuitos de enfriamiento en moldes grandes, y la entrada de un circuito se ubica cerca de la salida del otro circuito. Para piezas de plástico largas, se debe usar un circuito de enfriamiento para reducir la longitud del circuito de enfriamiento, es decir, para reducir la diferencia de temperatura del molde, a fin de garantizar un enfriamiento uniforme de las piezas de plástico.
El diseño del sistema de eyección también afecta directamente a la deformación de la pieza de plástico. Si el diseño del sistema de eyección está desequilibrado, provocará un desequilibrio en la fuerza de eyección y deformará la pieza de plástico. Por lo tanto, al diseñar el sistema de eyección, debe esforzarse por equilibrarlo con la resistencia al desmoldeo.
Además, el área de la sección transversal de la varilla eyectora no debe ser demasiado pequeña para evitar que la pieza de plástico se deforme debido a una fuerza excesiva por unidad de área (especialmente cuando la temperatura de desmoldeo es demasiado alta). El expulsor debe colocarse lo más cerca posible de la pieza con mayor resistencia al desmoldeo. Bajo la premisa de no afectar la calidad de las piezas de plástico (incluidos los requisitos de uso, la precisión dimensional y la apariencia, etc.), se deben instalar tantos expulsores como sea posible para reducir la deformación general de las piezas de plástico.
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Cuando se utiliza plástico blando para producir piezas de plástico de paredes delgadas y cavidades grandes y profundas, debido a la alta resistencia al desmoldeo y al material blando, si se adopta por completo un único método de expulsión mecánica, las piezas de plástico se deformarán o incluso se empujarán. O la parte de plástico se desechará debido al plegado. Será mejor utilizar una combinación de varios componentes o una combinación de presión de gas (hidráulica) y eyección mecánica.
Influencia de la tensión térmica residual en el alabeo y la deformación de los productos
En el proceso de moldeo por inyección, la tensión térmica residual es un factor importante que provoca deformaciones y deformaciones, y tiene un mayor impacto en la calidad de los productos moldeados por inyección. Dado que la influencia de la tensión térmica residual en la deformación del producto es muy compleja, los diseñadores de moldes pueden analizarla y predecirla con la ayuda del software CAE de moldeo por inyección.
Durante el proceso de moldeo del plástico fundido, debido a la orientación y contracción desiguales, la tensión interna es desigual, por lo que una vez que el producto se libera del molde, se deformará y deformará bajo la acción de la tensión interna desigual. Por lo tanto, muchos estudiosos analizan y calculan la tensión interna y la deformación de los productos desde la perspectiva de la mecánica. En algunas literaturas extranjeras, se considera que la deformación es causada por la tensión residual generada por la contracción desigual.
En la etapa de enfriamiento del moldeo por inyección, cuando la temperatura es superior a la temperatura de transición vítrea, el plástico es un fluido viscoelástico, acompañado de relajación de tensiones: cuando la temperatura es inferior a la temperatura de transición vítrea, el plástico se solidifica. Esta transición de fase líquido-sólido y relajación de la tensión de los plásticos durante el enfriamiento tiene una gran influencia en la predicción precisa de la tensión residual y la deformación residual de los productos.
La transición de fase y el comportamiento de relajación de tensión de los plásticos de líquido a sólido durante la fase de enfriamiento. Para el área sin curar, el plástico exhibe un comportamiento viscoso, que se describe mediante un modelo de fluido viscoso; para el área curada, el plástico exhibe un comportamiento viscoelástico, que se describe mediante un modelo sólido lineal estándar, utilizando un modelo de transición de fase viscoelástica y un método de elemento finito bidimensional para predecir las tensiones residuales térmicas y las deformaciones de alabeo correspondientes.
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Influencia de la etapa de plastificación en la deformación por alabeo del producto
En la etapa de plastificación, las partículas de vidrio se transforman en un estado fluido viscoso para proporcionar la masa fundida necesaria para llenar el molde. En este proceso, la diferencia de temperatura del polímero en la dirección axial y la dirección radial (en relación con el tornillo) provocará tensión en el plástico; además, la presión de inyección, la velocidad y otros parámetros de la máquina de inyección afectarán en gran medida el grado de orientación molecular durante el llenado. , causando deformación por alabeo.
Use baja velocidad al comienzo de la inyección, alta velocidad cuando llene la cavidad del molde e inyección de baja velocidad cuando el llenado esté cerca del final. A través del control y ajuste de la velocidad de inyección, se pueden prevenir y mejorar varios fenómenos indeseables como rebabas, marcas de rociado, barras de plata o marcas de quemado.
El programa de control de inyección multietapa puede establecer razonablemente la presión de inyección multietapa, la velocidad de inyección, la presión de retención y el método de fusión de acuerdo con la estructura del corredor, la forma de la compuerta y la estructura de la pieza moldeada por inyección, lo cual es propicio para mejorar el efecto de plastificación y mejorar la calidad del producto, reducir la tasa de defectos y prolongar la vida útil del molde/máquina.
Al controlar la presión del aceite, la posición del tornillo y la velocidad del tornillo de la máquina de moldeo por inyección a través de un programa de varios niveles, puede tratar de mejorar la apariencia de las piezas moldeadas, mejorar las medidas correspondientes de contracción, deformación y rebabas, y reducir el desigualdad de tamaño de cada parte moldeada por inyección de cada molde. .
Al controlar la presión del aceite, la posición del tornillo y la velocidad del tornillo de la máquina de moldeo por inyección a través de un programa de niveles múltiples, puede tratar de mejorar la apariencia de las piezas moldeadas, mejorar las medidas correspondientes de contracción, deformación y rebabas, y reducir las irregularidades. del tamaño de cada pieza moldeada por inyección de cada molde. .
Influencia de las etapas de llenado y enfriamiento del molde en la deformación del producto
Bajo la acción de la presión de inyección, el plástico fundido se llena en la cavidad del molde, se enfría y se solidifica en la cavidad, que es el enlace clave del moldeo por inyección. En este proceso, la temperatura, la presión y la velocidad se combinan entre sí, lo que tiene un gran impacto en la calidad y la eficiencia de producción de las piezas de plástico.
Presiones y velocidades de flujo más altas generan altas tasas de cizallamiento, lo que causa diferencias en la orientación de las moléculas paralelas y perpendiculares a la dirección del flujo, creando un "efecto de congelación". El "efecto de congelación" generará tensión de congelación y formará la tensión interna de la pieza de plástico. La influencia de la temperatura en la deformación por alabeo se refleja en los siguientes aspectos.
A. La diferencia de temperatura entre las superficies superior e inferior de las piezas de plástico causará estrés térmico y deformación térmica;
B. La diferencia de temperatura entre las diferentes áreas de la pieza de plástico provocará una contracción desigual entre las diferentes áreas;
C. Los diferentes estados de temperatura afectarán la contracción de las piezas de plástico.
Influencia de la etapa de desmoldeo en la deformación por alabeo del producto
Las piezas de plástico son en su mayoría polímeros vítreos durante el proceso de salida de la cavidad y enfriamiento a temperatura ambiente. La fuerza de desmoldeo desequilibrada, el movimiento inestable del mecanismo de eyección o el área de eyección incorrecta del desmoldeo pueden deformar fácilmente el producto. Al mismo tiempo, la tensión congelada en la pieza de plástico durante las etapas de llenado y enfriamiento se liberará en forma de deformación debido a la pérdida de restricciones externas, lo que resultará en una deformación por alabeo.
Verdadero enfoque 3D para calcular las tensiones residuales y la forma final (contracción y deformación). Consideraron la influencia de la etapa de empaque, dividieron el producto en tres capas y analizaron la tensión residual y la deformación mediante una malla tridimensional. , se propone un modelo de simulación numérica para la tensión residual inducida y la deformación después de la fase de empaquetamiento.
Al calcular la tensión residual, se utiliza un modelo termoviscoelástico (que incluye relajación de volumen). El método de elementos finitos que adopta se basa en la teoría de la cubierta compuesta por elementos planos, que es adecuada para productos moldeados por inyección de paredes delgadas con formas complejas.
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La solución al efecto de la contracción de los productos moldeados por inyección en la deformación por alabeo
La causa directa de la deformación de los productos moldeados por inyección es la contracción desigual de las piezas de plástico. Si el impacto de la contracción durante el proceso de llenado no se considera en la etapa de diseño del molde, la forma geométrica del producto diferirá mucho de los requisitos de diseño y la deformación severa hará que el producto se deseche. Además de la deformación provocada por la etapa de llenado, la diferencia de temperatura entre las paredes superior e inferior del molde también provocará la diferencia de contracción entre las superficies superior e inferior de la pieza de plástico, lo que provocará una deformación por alabeo.
Para el análisis de alabeo, la contracción en sí misma no es importante, pero la diferencia en la contracción es importante. En el proceso de moldeo por inyección, la tasa de contracción del plástico en la dirección del flujo es mayor que en la dirección vertical debido a la disposición de las moléculas de polímero a lo largo de la dirección del flujo durante la etapa de moldeo por inyección del plástico fundido, lo que da como resultado una deformación por alabeo. de la pieza moldeada por inyección. En general, la contracción uniforme solo provoca cambios en el volumen de las piezas de plástico, y solo la contracción desigual puede causar deformación por deformación.
La diferencia entre la tasa de contracción de los plásticos cristalinos en la dirección del flujo y la dirección vertical es mayor que la de los plásticos amorfos, y su tasa de contracción también es mayor que la de los plásticos amorfos. La superposición de la gran tasa de contracción de los plásticos cristalinos y la anisotropía de la contracción conduce a que los plásticos cristalinos tengan una tendencia mucho mayor a deformarse que los plásticos amorfos.
El proceso de moldeo por inyección de múltiples etapas seleccionado en función del análisis de la forma geométrica del producto: debido a que la cavidad del producto es profunda y la pared es delgada, la cavidad del molde forma un canal de flujo largo y estrecho, y la masa fundida debe fluir a través de esta parte muy rápidamente De lo contrario, es fácil de enfriar y solidificar, lo que conducirá al peligro de llenar la cavidad del molde, por lo que la inyección de alta velocidad debe configurarse aquí.
Sin embargo, la inyección a alta velocidad traerá mucha energía cinética al fundido. Cuando el derretimiento fluya hacia el fondo, producirá un gran impacto de inercia, lo que provocará una pérdida de energía y un desbordamiento. En este momento, la fusión debe ralentizarse y la presión de llenado debe reducirse. Mantenga la llamada presión de retención (presión secundaria, presión de seguimiento) para hacer que la masa fundida complemente la contracción de la masa fundida en la cavidad del molde antes de que se solidifique la compuerta, lo que presenta requisitos para la velocidad de inyección multietapa y la presión en la inyección. proceso de moldeo
Solución al alabeo y deformación del producto por estrés térmico residual
La velocidad de la superficie del fluido debe ser constante. Se debe utilizar una inyección rápida para evitar que la masa fundida se congele durante el proceso de inyección. La configuración de la velocidad de disparo debe permitir un llenado rápido en áreas críticas (como corredores) mientras se reduce la velocidad en la entrada de agua. La velocidad de inyección debe garantizar que la cavidad del molde se llene y se detenga de inmediato para evitar el sobrellenado, el flash y la tensión residual.
