Deformasi produk cetakan injeksi
Deformasi adalah salah satu cacat umum dalam cetakan injeksi bagian plastik cangkang tipis, karena melibatkan prediksi deformasi warpage yang akurat, dan hukum deformasi warpage bagian cetakan injeksi dari berbagai bahan dan bentuk sangat bervariasi. Ketika jumlah kelengkungan melebihi kesalahan yang diperbolehkan, itu menjadi cacat pembentuk, yang pada gilirannya mempengaruhi perakitan produk.
Prediksi akurat deformasi warpage dari sejumlah besar bagian berdinding tipis (ketebalan dinding kurang dari 2mm) merupakan prasyarat untuk pengendalian cacat warpage yang efektif. Analisis deformasi warpage sebagian besar mengadopsi analisis kualitatif, dan langkah-langkah diambil dari desain produk, desain cetakan dan kondisi proses pencetakan injeksi untuk menghindari deformasi warpage sebanyak mungkin.
Analisis Penyebab
Cetakan
Posisi, bentuk, dan jumlah gerbang cetakan injeksi akan mempengaruhi keadaan pengisian plastik di dalam rongga cetakan, yang mengakibatkan deformasi bagian plastik.
Semakin jauh jarak aliran, semakin besar tekanan internal yang disebabkan oleh aliran dan makan antara lapisan beku dan lapisan aliran tengah; sebaliknya, semakin pendek jarak aliran, semakin pendek waktu aliran dari gerbang ke ujung aliran bagian, dan cetakan akan membeku saat mengisi. Ketebalan lapisan menipis, tegangan internal berkurang, dan bengkok deformasi juga sangat berkurang. Jika hanya satu gerbang tengah atau satu gerbang samping yang digunakan, bagian plastik yang dicetak akan terdistorsi karena tingkat penyusutan pada arah diameter lebih besar daripada arah keliling; jika beberapa gerbang titik digunakan sebagai gantinya, itu dapat secara efektif Mencegah lengkungan dan deformasi.
Ketika pengecoran spot digunakan untuk pencetakan, juga karena anisotropi penyusutan plastik, posisi dan jumlah gerbang memiliki pengaruh besar pada tingkat deformasi bagian plastik. Karena menggunakan 30 persen serat kaca yang diperkuat PA6, diperoleh bagian cetakan injeksi besar dengan berat 4,95kg, sehingga ada banyak rusuk penguat di sepanjang arah aliran dinding sekitarnya, sehingga setiap gerbang dapat sepenuhnya seimbang.
Selain itu, penggunaan multiple gate juga dapat memperpendek rasio aliran plastik (L/t), sehingga kerapatan material dalam rongga cetakan lebih seragam dan susut lebih seragam. Pada saat yang sama, seluruh bagian plastik dapat diisi dengan tekanan injeksi kecil. Tekanan injeksi yang lebih rendah dapat mengurangi kecenderungan orientasi molekul plastik dan mengurangi tekanan internalnya, sehingga mengurangi deformasi bagian plastik.
gambar
Suhu cetakan: Suhu cetakan memiliki pengaruh besar pada kinerja internal dan kualitas produk yang tampak. Suhu cetakan tergantung pada ada tidaknya kristalinitas plastik, ukuran dan struktur produk, persyaratan kinerja, dan kondisi proses lainnya (suhu leleh, kecepatan injeksi dan tekanan injeksi, siklus pencetakan, dll.)
Kontrol tekanan: Tekanan dalam proses pencetakan injeksi termasuk tekanan plastisisasi dan tekanan injeksi, dan secara langsung mempengaruhi plastisisasi plastik dan kualitas produk
Penggunaan metode eksperimental untuk mempelajari kelengkungan produk plastik terutama tercermin dalam studi tentang efek sifat material, geometri dan ukuran produk, dan kondisi proses pencetakan injeksi pada kelengkungan produk. Sejumlah besar percobaan dirancang untuk mendapatkan pengaruh geometri gerbang, parameter pengepakan (tekanan penahanan dan waktu penahanan) dan elastisitas cetakan pada ukuran akhir produk.
PET digunakan sebagai dasar polimer, dan karakteristik warpage dari bahan yang berbeda dan panel ketebalan dinding yang berbeda dipelajari. Hubungan antara rasio penguatan 33 persen disk cetakan injeksi PA66 yang diperkuat kaca, anisotropi koefisien ekspansi termal linier, ketebalan produk dan kelengkungan dipelajari secara eksperimental, dan konsep indeks kelengkungan diusulkan untuk pertama kalinya. . Karakteristik kelengkungan, dan hubungan antara indeks kelengkungan, keadaan orientasi kelengkungan dan serat, dan hubungan antara hasil dan indeks kelengkungan dipelajari.
Metode eksperimental untuk mempelajari deformasi warpage seringkali terbatas pada bentuk geometris tertentu, bahan tertentu dan kondisi proses, dan tidak dapat sepenuhnya mempertimbangkan pengaruh banyak faktor pada deformasi warpage, dan tidak dapat memprediksi kemungkinan warpage selama tahap desain produk. Ukuran deformasi. Dalam penggunaan sebenarnya, batasan rumus empiris juga jelas, tidak hanya dipengaruhi oleh kondisi percobaan, tetapi juga terkait dengan banyak faktor seperti metode pengolahan data percobaan dan kondisi penerapan rumus empiris, dan rumus empiris. hanya cocok untuk kondisi percobaan. dekat dengan proses produksi.
gambar
menyusut/melengkung
Karena deformasi bengkok terkait dengan penyusutan yang tidak merata, hubungan antara penyusutan dan kelengkungan produk dianalisis dengan mempelajari perilaku penyusutan plastik yang berbeda dalam kondisi proses yang berbeda. Atas dasar aliran cetakan injeksi, menahan tekanan dan simulasi pendinginan, melalui eksperimen dan metode regresi linier, sebuah model untuk memprediksi penyusutan produk cetakan injeksi diusulkan. Berdasarkan prediksi penyusutan, deformasi produk dihitung melalui program simulasi analisis struktural.
Sulit untuk mendapatkan produk dengan akurasi dimensi yang tinggi dengan bahan dengan tingkat penyusutan yang tinggi. Untuk mengupayakan presisi tinggi, resin amorf dan resin dengan penyusutan yang konsisten ke segala arah harus digunakan sebanyak mungkin. Untuk banyak bahan, penyusutan produk diukur pada kondisi perubahan laju aliran, tekanan penahanan, waktu penahanan, suhu cetakan, waktu pengisian, ketebalan produk dan parameter lainnya.
Menurut hasil pengujian, penyusutan produk dibagi menjadi tiga bagian: penyusutan volume, penyusutan tidak rata yang disebabkan oleh orientasi molekul, dan penyusutan yang tidak merata yang disebabkan oleh pendinginan yang tidak seimbang. Metode prediksi penyusutan untuk penyusutan volumetrik, kandungan kristal, pengekangan cetakan, orientasi plastis, dll., menggunakan hasil analisis aliran dan pendinginan untuk memprediksi regangan penyusutan.
Desain Sistem Pendingin
Selama proses injeksi, laju pendinginan bagian plastik yang tidak merata juga akan menyebabkan penyusutan bagian plastik yang tidak merata. Perbedaan penyusutan ini akan menyebabkan timbulnya momen lentur dan warp pada bagian plastik.
Jika perbedaan suhu antara rongga cetakan dan inti yang digunakan dalam cetakan injeksi bagian plastik datar terlalu besar, lelehan yang dekat dengan permukaan rongga cetakan dingin akan mendingin dengan cepat, sedangkan lapisan material yang dekat dengan permukaan rongga cetakan panas akan terus menyusut, penyusutan yang tidak rata akan melengkungkan bagian plastik. Oleh karena itu, pendinginan cetakan injeksi harus memperhatikan keseimbangan suhu rongga dan inti, dan perbedaan suhu antara keduanya tidak boleh terlalu besar.
Selain mempertimbangkan bahwa suhu permukaan bagian dalam dan luar bagian plastik cenderung seimbang, suhu pada setiap sisi bagian plastik juga harus diperhatikan agar konsisten, yaitu pada saat cetakan didinginkan, usahakan untuk jaga agar suhu rongga dan inti tetap seragam, sehingga kecepatan pendinginan bagian plastik seimbang, sehingga penyusutan lebih seragam di mana-mana, efektif mencegah deformasi. Oleh karena itu, pengaturan lubang air pendingin pada cetakan sangat penting. Setelah jarak dari dinding pipa ke permukaan rongga ditentukan, jarak antara lubang air pendingin harus sekecil mungkin untuk memastikan suhu dinding rongga seragam.
Pada saat yang sama, karena suhu media pendingin meningkat dengan bertambahnya panjang saluran air pendingin, rongga dan inti cetakan akan memiliki perbedaan suhu di sepanjang saluran air. Oleh karena itu, panjang saluran air dari setiap rangkaian pendingin harus kurang dari 2m. Beberapa sirkuit pendingin harus dipasang dalam cetakan besar, dan saluran masuk dari satu sirkuit terletak di dekat saluran keluar dari sirkuit lainnya. Untuk bagian plastik yang panjang, sirkuit pendingin harus digunakan untuk mengurangi panjang sirkuit pendingin, yaitu untuk mengurangi perbedaan suhu cetakan, untuk memastikan pendinginan seragam pada bagian plastik.
Desain sistem ejeksi juga secara langsung mempengaruhi deformasi bagian plastik. Jika tata letak sistem ejeksi tidak seimbang, akan menyebabkan ketidakseimbangan gaya ejeksi dan merusak bagian plastik. Oleh karena itu, saat mendesain sistem ejeksi, harus diusahakan untuk menyeimbangkan dengan resistensi demoulding.
Selain itu, luas penampang batang ejector tidak boleh terlalu kecil untuk mencegah deformasi bagian plastik akibat gaya yang berlebihan per satuan luas (terutama bila suhu demoulding terlalu tinggi). Pin ejector harus diatur sedekat mungkin dengan bagian dengan resistensi demoulding terbesar. Dengan alasan tidak mempengaruhi kualitas komponen plastik (termasuk persyaratan penggunaan, akurasi dimensi dan tampilan, dll.), sebanyak mungkin pin ejektor harus dipasang untuk mengurangi deformasi keseluruhan komponen plastik.
gambar
Ketika plastik lunak digunakan untuk menghasilkan rongga dalam yang besar dan bagian plastik berdinding tipis, karena ketahanan cetakan yang tinggi dan bahan lunak, jika metode pelepasan mekanis tunggal diadopsi sepenuhnya, bagian plastik akan berubah bentuk atau bahkan didorong masuk. Atau bagian plastik akan terkelupas karena terlipat. Akan lebih baik menggunakan kombinasi multi komponen atau kombinasi tekanan gas (hidraulik) dan pengeluaran mekanis.
Pengaruh Stres Termal Sisa pada Warping dan Deformasi Produk
Dalam proses pencetakan injeksi, tegangan termal sisa merupakan faktor penting yang menyebabkan bengkok dan deformasi, dan berdampak lebih besar pada kualitas produk cetakan injeksi. Karena pengaruh tegangan termal sisa pada kelengkungan produk sangat kompleks, perancang cetakan dapat menganalisis dan memprediksinya dengan bantuan perangkat lunak CAE cetakan injeksi.
Selama proses pencetakan lelehan plastik, karena orientasi dan penyusutan yang tidak rata, tekanan internal tidak merata, jadi setelah produk dilepaskan dari cetakan, produk akan melengkung dan berubah bentuk di bawah aksi tekanan internal yang tidak rata. Oleh karena itu, banyak sarjana menganalisis dan menghitung tekanan internal dan kelengkungan produk dari perspektif mekanika. Dalam beberapa literatur asing, kelengkungan dianggap disebabkan oleh tegangan sisa yang dihasilkan oleh penyusutan yang tidak merata.
Pada tahap pendinginan cetakan injeksi, ketika suhu lebih tinggi dari suhu transisi kaca, plastik adalah cairan viskoelastik, disertai dengan relaksasi tegangan: ketika suhu lebih rendah dari suhu transisi kaca, plastik menjadi padat. Transisi fase cair-padat dan relaksasi tegangan plastik selama pendinginan ini memiliki pengaruh besar pada prediksi akurat tegangan sisa dan deformasi sisa produk.
Transisi fase dan perilaku relaksasi tegangan plastik dari cair ke padat selama fase pendinginan. Untuk area yang tidak diawetkan, plastik memperlihatkan perilaku kental, yang dijelaskan oleh model cairan kental; untuk area yang disembuhkan, plastik menunjukkan perilaku viskoelastik, yang dijelaskan oleh model padat linier standar, menggunakan model transisi fase visko-elastis dan metode elemen hingga dua dimensi untuk memprediksi tegangan sisa termal dan deformasi warpage yang sesuai.
gambar
Pengaruh tahap plasticizing pada deformasi warping produk
Pada tahap plastisisasi, partikel kaca diubah menjadi cairan kental untuk menghasilkan lelehan yang dibutuhkan untuk mengisi cetakan. Dalam proses ini, perbedaan suhu polimer dalam arah aksial dan arah radial (relatif terhadap sekrup) akan menyebabkan tegangan pada plastik; selain itu, tekanan injeksi, kecepatan, dan parameter lain dari mesin injeksi akan sangat mempengaruhi tingkat orientasi molekuler selama pengisian. , menyebabkan deformasi warping.
Gunakan kecepatan rendah di awal injeksi, kecepatan tinggi saat mengisi rongga cetakan, dan injeksi kecepatan rendah saat pengisian mendekati akhir. Melalui kontrol dan penyesuaian kecepatan injeksi, berbagai fenomena yang tidak diinginkan seperti gerinda, bekas semprotan, batangan perak atau bekas terbakar dapat dicegah dan diperbaiki.
Program kontrol injeksi multi-tahap dapat secara wajar mengatur tekanan injeksi multi-tahap, kecepatan injeksi, tekanan penahan dan metode peleburan sesuai dengan struktur pelari, bentuk gerbang dan struktur bagian cetakan injeksi, yang kondusif untuk meningkatkan efek plastisisasi dan meningkatkan kualitas Produk, mengurangi tingkat cacat dan memperpanjang usia cetakan/mesin.
Dengan mengontrol tekanan oli, posisi sekrup, dan kecepatan sekrup mesin cetak injeksi melalui program multi-level, ia dapat berupaya memperbaiki tampilan bagian yang dicetak, meningkatkan tindakan yang sesuai untuk penyusutan, bengkok, dan duri, serta mengurangi ketidakrataan ukuran setiap bagian cetakan injeksi dari setiap cetakan. .
Dengan mengontrol tekanan oli, posisi sekrup, dan kecepatan sekrup mesin cetak injeksi melalui program multi-level, mesin ini dapat berupaya memperbaiki tampilan bagian yang dicetak, meningkatkan ukuran yang sesuai untuk penyusutan, bengkok, dan duri, serta mengurangi ketidakrataan. dari ukuran setiap bagian cetakan injeksi dari setiap cetakan. .
Pengaruh tahap pengisian dan pendinginan cetakan pada kelengkungan produk
Di bawah aksi tekanan injeksi, plastik cair diisi ke dalam rongga cetakan, didinginkan dan dipadatkan di dalam rongga, yang merupakan penghubung utama cetakan injeksi. Dalam proses ini, suhu, tekanan, dan kecepatan digabungkan satu sama lain, yang berdampak besar pada kualitas dan efisiensi produksi komponen plastik.
Tekanan dan kecepatan aliran yang lebih tinggi menghasilkan laju geser yang tinggi, yang menyebabkan perbedaan orientasi molekul sejajar dan tegak lurus dengan arah aliran, menciptakan "efek pembekuan". "Efek beku" akan menghasilkan tegangan beku dan membentuk tegangan internal bagian plastik. Pengaruh suhu pada deformasi warping tercermin dalam aspek-aspek berikut.
A. Perbedaan suhu antara permukaan atas dan bawah bagian plastik akan menyebabkan tekanan termal dan deformasi termal;
B. Perbedaan suhu antara bagian plastik yang berbeda akan menyebabkan penyusutan yang tidak merata antara area yang berbeda;
C. Keadaan suhu yang berbeda akan mempengaruhi penyusutan komponen plastik.
Pengaruh tahap demoulding pada deformasi warping produk
Bagian plastik sebagian besar adalah polimer kaca selama proses meninggalkan rongga dan mendingin ke suhu kamar. Gaya demoulding yang tidak seimbang, gerakan mekanisme ejeksi yang tidak stabil, atau area ejeksi demoulding yang tidak tepat dapat dengan mudah mengubah bentuk produk. Pada saat yang sama, tegangan yang membeku pada bagian plastik selama tahap pengisian dan pendinginan akan dilepaskan dalam bentuk deformasi akibat hilangnya kendala eksternal, yang mengakibatkan deformasi bengkok.
Pendekatan 3D sejati untuk menghitung tegangan sisa dan bentuk akhir (penyusutan dan kelengkungan). Mereka mempertimbangkan pengaruh tahap pengepakan, membagi produk menjadi tiga lapisan, dan menganalisis tegangan sisa dan deformasi dengan jaring tiga dimensi. , model simulasi numerik untuk tegangan sisa yang diinduksi dan deformasi setelah fase pengepakan diusulkan.
Saat menghitung tegangan sisa, model termoviskoelastik (termasuk relaksasi volume) digunakan. Metode elemen hingga yang diadopsi didasarkan pada teori cangkang yang terdiri dari elemen planar, yang cocok untuk produk cetakan injeksi berdinding tipis dengan bentuk kompleks.
gambar
Solusi untuk efek penyusutan produk cetakan injeksi pada deformasi warping
Penyebab langsung kelengkungan produk cetakan injeksi adalah penyusutan komponen plastik yang tidak merata. Jika dampak penyusutan selama proses pengisian tidak dipertimbangkan pada tahap desain cetakan, bentuk geometris produk akan sangat berbeda dari persyaratan desain, dan deformasi yang parah akan menyebabkan produk tergores. Selain deformasi yang disebabkan oleh tahap pengisian, perbedaan suhu antara dinding atas dan bawah cetakan juga akan menyebabkan perbedaan penyusutan antara permukaan atas dan bawah bagian plastik, yang mengakibatkan deformasi bengkok.
Untuk analisis kelengkungan, penyusutan itu sendiri tidak penting, tetapi perbedaan penyusutan itu penting. Dalam proses pencetakan injeksi, laju penyusutan plastik dalam arah aliran lebih besar daripada dalam arah vertikal karena susunan molekul polimer sepanjang arah aliran selama tahap pencetakan injeksi dari plastik cair, menghasilkan deformasi melengkung. bagian cetakan injeksi. Umumnya, penyusutan yang seragam hanya menyebabkan perubahan volume bagian plastik, dan hanya penyusutan yang tidak rata yang dapat menyebabkan deformasi bengkok.
Perbedaan antara laju penyusutan plastik kristal dalam arah aliran dan arah vertikal lebih besar daripada plastik amorf, dan laju penyusutannya juga lebih besar daripada plastik amorf. Superposisi dari tingkat penyusutan yang besar dari plastik kristal dan anisotropi penyusutan menyebabkan plastik Kristal memiliki kecenderungan lebih besar untuk melengkung daripada plastik amorf.
Proses pencetakan injeksi multi-tahap dipilih berdasarkan analisis bentuk geometris produk: karena rongga produk dalam dan dindingnya tipis, rongga cetakan membentuk saluran aliran yang panjang dan sempit, dan lelehan harus mengalir melalui bagian ini dengan sangat cepat Jika tidak, mudah untuk mendinginkan dan mengeras, yang akan menyebabkan bahaya mengisi rongga cetakan, jadi injeksi kecepatan tinggi harus diatur di sini.
Namun, injeksi berkecepatan tinggi akan membawa banyak energi kinetik ke dalam lelehan. Ketika lelehan mengalir ke bawah, itu akan menghasilkan dampak inersia yang besar, yang mengakibatkan hilangnya energi dan meluap. Pada saat ini, pencairan harus diperlambat dan tekanan pengisian harus dikurangi. Pertahankan apa yang disebut tekanan penahan (tekanan sekunder, tekanan lanjutan) untuk membuat lelehan menambah penyusutan lelehan ke dalam rongga cetakan sebelum gerbang mengeras, yang mengedepankan persyaratan untuk kecepatan injeksi multi-tahap dan tekanan pada injeksi proses cetakan.
Solusi untuk bengkok dan deformasi produk karena tegangan termal sisa
Kecepatan permukaan fluida harus konstan. Injeksi cepat harus digunakan untuk mencegah lelehan membeku selama proses injeksi. Pengaturan kecepatan bidikan harus memungkinkan pengisian cepat di area kritis (seperti pelari) sambil melambat di saluran masuk air. Kecepatan injeksi harus memastikan bahwa rongga cetakan terisi dan segera berhenti untuk mencegah pengisian berlebih, flash, dan tegangan sisa.
