Управление процессом литья под давлением и выбор скорости впрыска.

Контроль процесса литья под давлением оказывает прямое влияние на качество конечной детали и экономическую эффективность производства. Для достижения максимальной выгоды и оптимального качества продукции необходимо тщательно изучить параметры процесса. В связи с непрерывным обновлением бытовой техники, конструкции изделий становятся все более сложными, а требования к внутреннему и внешнему качеству деталей, изготовленных методом литья под давлением, постоянно растут. Это предъявляет более высокие требования к производству пресс-форм, а также к настройке и контролю процесса на предприятиях, занимающихся литьем под давлением.

Благодаря постоянному совершенствованию технологий обработки пресс-форм и повышению точности, стало возможным создание сложных конструкций изделий. В то же время, непрерывное совершенствование систем электрического управления в машинах для литья под давлением обеспечивает стабильное производство высококачественных деталей с использованием сложных пресс-форм. Однако одного лишь современного оборудования и высококачественных пресс-форм недостаточно — для достижения идеальной интеграции машины, пресс-формы и изделия необходим эффективный контроль процесса.

Наиболее критичными условиями процесса литья под давлением являются температура, давление, скорость и соответствующие временные факторы, влияющие на пластификацию, текучесть и охлаждение. Эти параметры взаимосвязаны и взаимно ограничивают друг друга. Например, повышение температуры расплава и формы может снизить требуемое давление и скорость впрыска, и наоборот. Среди всех условий процесса ключевым фактором является изменение вязкости материала, которое играет решающую роль в определении выбора параметров и их взаимодействия во время впрыска.

В результате более глубоких исследований поведения расплавов полимеров при течении и деформации в процессе литья под давлением стало все более очевидно, что выбор скорости впрыска имеет решающее значение для повышения качества продукции.

Характеристики высоких и низких скоростей впрыска

Преимущества высокой скорости впрыска:

1. Сокращает время впрыска и цикл формования.
2. Улучшает длину потока, что полезно для тонкостенных деталей.
3. Усиливает блеск поверхности изделия.
4. Улучшает прочность сварных швов и снижает их видимость.
5. Предотвращает деформацию при охлаждении.

Преимущества низкой скорости впрыска:

1. Предотвращает образование вспышки
2. Уменьшает подтекание топлива и следы от форсунки.
3. Предотвращает появление следов ожога
4. Минимизирует задержку воздуха.
5. Предотвращает деформацию ориентации молекул.

Преимущества высокой скорости соответствуют недостаткам низкой скорости, и наоборот. Поэтому сочетание высокой и низкой скорости впрыска позволяет использовать преимущества обеих, избегая при этом их недостатков. Это обычно называют многоступенчатая технология инъекций который широко используется в современных машинах для литья под давлением.

В настоящее время большинство средних и крупных термопластавтоматов оснащены 5–6 ступенями регулирования давления и скорости впрыска, а также 3–4 ступенями регулирования давления выдержки. (На стадии выдержки полость уже заполнена, и влияние скорости выдержки минимально.)

Принципы выбора скорости впрыска

Из-за сложной геометрии пластмассовых изделий течение и деформация расплава через литник, канал, литниковую систему и полость являются чрезвычайно сложными процессами. На основе реологических исследований и анализа CAE был сделан вывод, что для получения высококачественных деталей с низким внутренним напряжением важнейшим условием является поддержание равномерного и стабильного поля течения расплава.

Иными словами, скорость фронта расплава должна оставаться постоянной при прохождении через различные поперечные сечения в разное время в процессе впрыска — то есть, Линейная скорость должна оставаться постоянной (V = constant). .

Это обеспечивает:

• Высокое качество продукции
• Снижен риск образования провалов и неполных выстрелов.
• Равномерное поле потока в полости
• Правильная молекулярная ориентация
• Улучшенная обработка поверхности

Однако из-за изменяющейся площади поперечного сечения и сопротивления потоку в форме скорость потока $Q = V × S$ (где S — площадь поперечного сечения) становится переменной. В результате расход и давление впрыска становятся функциями, зависящими от времени.

Для достижения баланса между качеством продукции и экономической эффективностью (сокращением времени цикла), многоступенчатая инъекция необходимо.

Рациональное распределение скорости впрыска

Скорость впрыска обычно делится на пять этапов:

1. Этап литников и сборочных узлов
   Для сокращения времени цикла рекомендуется использовать высокую скорость, при условии избежания дефектов поверхности.
2. Ворота и территория ворот
   Обычно используется низкая скорость, особенно для высоковязких смол, таких как поликарбонат (ПК), полиметилметакрилат (ПММА) и АБС-пластик, чтобы предотвратить разбрызгивание и образование пятен в литниковом канале.
   Для материалов с низкой вязкостью (ПП, ПА, ПБТ) и менее критичными поверхностями может использоваться высокая скорость.
3. Основной этап наполнения (≈70–80%)
   Высокая скорость используется для:
   • Сокращение времени цикла
   • Минимизировать колебания вязкости
   • Улучшить блеск поверхности
   • Уменьшить деформацию и повысить прочность сварного шва.
4. Переходный этап (≈85–90%)
   Средняя скорость вращения применяется для плавного перехода к окончательному заполнению и предотвращения образования излишков или неравномерной толщины.
5. Заключительный этап наполнения
   Низкая скорость используется для:
   • Предотвращает вспышки и следы ожогов.
   • Улучшение размерной и весовой стабильности.
   • Снижение требований к усилию зажима

Настройка и регулировка кривых скорости впрыска

Настройка скорости впрыска:
Два ключевых фактора:

1. Величина скорости впрыска
2. Положение впрыска

Распространенным методом является «метод нулевого введения» :

• Установите скорость и давление второй ступени на ноль.
• Отрегулируйте положение винта и осмотрите форму детали.
• Сравните с целевой позицией
• Постепенно определяйте каждый этап.

Скорость обычно увеличивается постепенно, от низкой к высокой, что гарантирует сохранение качества поверхности.

Регулировка скорости впрыска:
Корректировки производятся в обратном порядке:

• Сначала отрегулируйте скорость.
• Затем проверьте переходные положения.

Потому что изменение скорости влияет на процесс заполнения в одном и том же положении.

Взаимосвязь между давлением впрыска и скоростью

Давление и скорость впрыска взаимосвязаны:

• Короткое время заполнения + длинный путь потока → более высокая скорость → требуется более высокое давление
• Низкая скорость → более длительное охлаждение → более толстый слой замерзания → более высокая вязкость → требуется более высокое давление

Поэтому давление впрыска обычно устанавливается немного выше, а дефекты продукции контролируются путем регулирования скорости впрыска на всех этапах.

Причины и решения дефектов

Метки потока у ворот:

• Вызвано струей воздуха
• Решение: отрегулировать угол затвора, уменьшить начальную скорость, затем увеличить скорость второй ступени.

Дефекты сварных швов:

• Вызвано разницей температур и сдвигом между фронтами расплава.
• Решения:
  • Изменить конструкцию затвора (например, веерный затвор).
  • Оптимизация профиля скорости (медленно → быстро → медленно)
  • Уменьшить сдвиговые напряжения и перепады температур.

Заключение

1. Регулировка скорости впрыска позволяет эффективно снизить количество дефектов, улучшить качество продукции и повысить экономическую эффективность.
2. Кривые скорости впрыска должны быть адаптированы к конструкции изделия, типу материала и системе литникового канала.
3. Метод «нулевого впрыска» эффективен для настройки профилей скорости.
4. Скорость впрыска зависит от множества факторов и должна регулироваться на основе глубокого понимания процесса.