Deformação de produtos moldados por injeção
A deformação é um dos defeitos comuns na moldagem por injeção de peças plásticas de casca fina, porque envolve uma previsão precisa da deformação de empenamento, e as leis de deformação de empenamento de peças moldadas por injeção de diferentes materiais e formas variam muito. Quando a quantidade de empenamento excede o erro permitido, torna-se um defeito de formação, que por sua vez afeta a montagem do produto.
A previsão precisa da deformação por empenamento de um grande número de peças com paredes cada vez mais finas (espessura da parede inferior a 2 mm) é um pré-requisito para o controle eficaz dos defeitos de empenamento. A análise de deformação de empenamento adota principalmente análise qualitativa, e as medidas são tomadas a partir do design do produto, projeto de molde e condições do processo de moldagem por injeção para evitar grandes deformações de empenamento tanto quanto possível.
Análise de causa
Mofo
A posição, a forma e o número de portas da porta do molde de injeção afetarão o estado de enchimento do plástico na cavidade do molde, resultando na deformação da peça plástica.
Quanto maior a distância do fluxo, maior o estresse interno causado pelo fluxo e alimentação entre a camada congelada e a camada de fluxo central; pelo contrário, quanto menor a distância do fluxo, menor o tempo de fluxo do portão até o final do fluxo da peça, e o molde congelará ao preencher A espessura da camada é reduzida, a tensão interna é reduzida e o empenamento a deformação também é bastante reduzida. Se apenas uma entrada central ou uma entrada lateral for usada, a peça de plástico moldada ficará distorcida porque a taxa de encolhimento na direção do diâmetro é maior do que na direção circunferencial; se portas de ponto múltiplo forem usadas em vez disso, pode ser eficaz para evitar empenamento e deformação.
Quando a fundição por pontos é usada para moldagem, também devido à anisotropia da retração plástica, a posição e o número de portas têm grande influência no grau de deformação das peças plásticas. Como é usado PA6 reforçado com 30% de fibra de vidro, o obtido é uma grande peça moldada por injeção com um peso de 4,95 kg, portanto, há muitas nervuras de reforço ao longo da direção do fluxo das paredes circundantes, para que cada porta possa ser totalmente equilibrada.
Além disso, o uso de múltiplas portas também pode encurtar a taxa de fluxo de plástico (L/t), de modo que a densidade do material na cavidade do molde seja mais uniforme e a contração seja mais uniforme. Ao mesmo tempo, toda a peça de plástico pode ser preenchida sob uma pequena pressão de injeção. A pressão de injeção mais baixa pode reduzir a tendência de orientação molecular dos plásticos e reduzir sua tensão interna, reduzindo assim a deformação das peças plásticas.
foto
Temperatura do molde: A temperatura do molde tem grande influência no desempenho interno e na qualidade aparente do produto. A temperatura do molde depende da presença ou ausência de cristalinidade plástica, tamanho e estrutura do produto, requisitos de desempenho e outras condições do processo (temperatura de fusão, velocidade e pressão de injeção, ciclo de moldagem, etc.)
Controle de pressão: A pressão no processo de moldagem por injeção inclui pressão de plastificação e pressão de injeção e afeta diretamente a plastificação de plásticos e a qualidade do produto
O uso de métodos experimentais para estudar o empenamento de produtos plásticos se reflete principalmente no estudo dos efeitos das propriedades do material, geometria e tamanho do produto e condições do processo de moldagem por injeção no empenamento do produto. Um grande número de experimentos foi projetado para obter a influência da geometria da comporta, parâmetros de empacotamento (pressão de retenção e tempo de retenção) e elasticidade do molde no tamanho final do produto.
O PET foi usado como base polimérica e foram estudadas as características de empenamento de diferentes materiais e painéis de diferentes espessuras de parede. A relação entre a taxa de reforço do disco moldado por injeção PA66 de fibra de vidro reforçada a 33 por cento, a anisotropia do coeficiente de expansão térmica linear, a espessura do produto e o empenamento foi estudada experimentalmente, e o conceito de índice de empenamento foi proposto pela primeira vez . Foram estudadas as características do empenamento, a relação entre o índice de empenamento, o empenamento e o estado de orientação da fibra, e a relação entre o rendimento e o índice de empenamento.
O método experimental para estudar a deformação de empenamento é muitas vezes limitado a uma forma geométrica específica, material específico e condições de processo, e não pode considerar totalmente a influência de muitos fatores na deformação de empenamento e não pode prever possível empenamento durante o estágio de projeto do produto. O tamanho da deformação. No uso real, as limitações da fórmula empírica também são óbvias, não apenas afetadas pelas condições experimentais, mas também relacionadas a muitos fatores, como o método de processamento dos dados experimentais e as condições de aplicação da fórmula empírica e uma fórmula empírica é adequado apenas para as condições experimentais. próximo ao processo de produção.
foto
encolher/deformar
Como a deformação por empenamento está relacionada ao encolhimento desigual, a relação entre encolhimento e empenamento do produto é analisada estudando o comportamento de encolhimento de diferentes plásticos sob diferentes condições de processo. Com base na simulação de fluxo de moldagem por injeção, pressão de retenção e resfriamento, por meio de experimentos e métodos de regressão linear, é proposto um modelo para prever a contração de produtos moldados por injeção. Com base na previsão de encolhimento, a deformação dos produtos é calculada através de programas de simulação de análise estrutural.
É difícil obter produtos com alta precisão dimensional com materiais com alta taxa de encolhimento. Para buscar alta precisão, resinas amorfas e resinas com encolhimento consistente em todas as direções devem ser usadas tanto quanto possível. Para muitos materiais, o encolhimento do produto é medido nas condições de alteração da taxa de fluxo, pressão de retenção, tempo de retenção, temperatura do molde, tempo de preenchimento, espessura do produto e outros parâmetros.
De acordo com os resultados do teste, o encolhimento do produto é dividido em três partes: encolhimento de volume, encolhimento desigual causado pela orientação molecular e encolhimento desigual causado por resfriamento desequilibrado. Métodos de previsão de contração para contração volumétrica, conteúdo cristalino, confinamento de molde, orientação plástica, etc., usam resultados de análise de fluxo e resfriamento para prever a tensão de contração.
Projeto do sistema de resfriamento
Durante o processo de injeção, a taxa de resfriamento desigual da peça de plástico também causará o encolhimento desigual da peça de plástico. Essa diferença de encolhimento levará à geração de momento fletor e empenamento da peça plástica.
Se a diferença de temperatura entre a cavidade do molde e o núcleo usado na moldagem por injeção de peças plásticas planas for muito grande, o derretimento próximo à superfície da cavidade fria do molde esfriará rapidamente, enquanto a camada de material próxima à superfície da cavidade quente do molde continuará a encolher, o encolhimento desigual irá deformar a peça de plástico. Portanto, o resfriamento do molde de injeção deve levar em consideração o equilíbrio de temperatura da cavidade e do núcleo, e a diferença de temperatura entre os dois não deve ser muito grande.
Além de considerar que a temperatura nas superfícies interna e externa da peça plástica tende a se equilibrar, a temperatura em cada lado da peça plástica também deve ser considerada consistente, ou seja, quando o molde esfriar, tente mantenha a temperatura da cavidade e do núcleo uniforme por toda parte, para que a velocidade de resfriamento da peça plástica seja equilibrada, para que o encolhimento seja mais uniforme em todos os lugares, evitando efetivamente a deformação. Portanto, a disposição dos furos de água de resfriamento no molde é muito importante. Depois que a distância da parede do tubo até a superfície da cavidade é determinada, a distância entre os orifícios de água de resfriamento deve ser a menor possível para garantir que a temperatura da parede da cavidade seja uniforme.
Ao mesmo tempo, como a temperatura do meio de resfriamento aumenta com o aumento do comprimento do canal de água de resfriamento, a cavidade e o núcleo do molde terão uma diferença de temperatura ao longo do canal de água. Portanto, o comprimento do canal de água de cada circuito de resfriamento deve ser inferior a 2m. Vários circuitos de resfriamento devem ser montados em moldes grandes, e a entrada de um circuito está localizada próxima à saída do outro circuito. Para peças plásticas longas, deve-se utilizar um circuito de resfriamento para reduzir o comprimento do circuito de resfriamento, ou seja, reduzir a diferença de temperatura do molde, de forma a garantir o resfriamento uniforme das peças plásticas.
O design do sistema de ejeção também afeta diretamente a deformação da peça plástica. Se o layout do sistema de ejeção estiver desbalanceado, causará um desequilíbrio na força de ejeção e deformará a peça plástica. Portanto, ao projetar o sistema de ejeção, deve-se buscar o equilíbrio com a resistência de desmoldagem.
Além disso, a área da seção transversal da haste ejetora não deve ser muito pequena para evitar que a peça plástica seja deformada devido à força excessiva por unidade de área (especialmente quando a temperatura de desmoldagem é muito alta). O pino ejetor deve ser disposto o mais próximo possível da peça com maior resistência à desmoldagem. Sob a premissa de não afetar a qualidade das peças plásticas (incluindo requisitos de uso, precisão dimensional e aparência, etc.), o maior número possível de pinos ejetores deve ser instalado para reduzir a deformação geral das peças plásticas.
foto
Quando o plástico macio é usado para produzir grandes cavidades profundas e peças plásticas de paredes finas, devido à alta resistência à desmoldagem e ao material macio, se um único método de ejeção mecânica for completamente adotado, as peças plásticas serão deformadas ou mesmo empurradas. Ou a peça de plástico será descartada devido à dobra. Será melhor usar uma combinação de vários componentes ou uma combinação de pressão de gás (hidráulica) e ejeção mecânica.
Influência da Tensão Térmica Residual no Empenamento e Deformação de Produtos
No processo de moldagem por injeção, a tensão térmica residual é um fator importante que causa empenamento e deformação, e tem maior impacto na qualidade dos produtos moldados por injeção. Como a influência da tensão térmica residual no empenamento do produto é muito complexa, os projetistas de moldes podem analisá-la e predizê-la com a ajuda do software CAE de moldagem por injeção.
Durante o processo de moldagem do plástico fundido, devido à orientação e encolhimento desiguais, a tensão interna é desigual; portanto, após o produto ser liberado do molde, ele se deformará e se deformará sob a ação da tensão interna desigual. Portanto, muitos estudiosos analisam e calculam a tensão interna e o empenamento dos produtos sob a perspectiva da mecânica. Em algumas literaturas estrangeiras, o empenamento é considerado causado pela tensão residual gerada pela retração desigual.
Na etapa de resfriamento da moldagem por injeção, quando a temperatura é superior à temperatura de transição vítrea, o plástico é um fluido viscoelástico, acompanhado de relaxamento de tensões: quando a temperatura é inferior à temperatura de transição vítrea, o plástico torna-se sólido. Essa transição de fase líquido-sólido e o relaxamento da tensão dos plásticos durante o resfriamento têm uma grande influência na previsão precisa da tensão residual e da deformação residual dos produtos.
A transição de fase e comportamento de relaxamento de tensão de plásticos de líquido para sólido durante a fase de resfriamento. Para a área não curada, o plástico apresenta um comportamento viscoso, que é descrito por um modelo de fluido viscoso; para a área curada, o plástico exibe um comportamento viscoelástico, que é descrito por um modelo sólido linear padrão, usando um modelo de transição de fase viscoelástica e um método bidimensional de elementos finitos para prever tensões residuais térmicas e deformações de empenamento correspondentes.
foto
Influência do estágio de plastificação na deformação por empenamento do produto
Na etapa de plastificação, as partículas de vidro são transformadas em um estado de fluido viscoso para fornecer a massa fundida necessária para o preenchimento do molde. Nesse processo, a diferença de temperatura do polímero na direção axial e na direção radial (em relação ao parafuso) causará tensões no plástico; além disso, a pressão de injeção, velocidade e outros parâmetros da máquina de injeção afetarão muito o grau de orientação molecular durante o enchimento. , causando deformação empenada.
Use baixa velocidade no início da injeção, alta velocidade ao preencher a cavidade do molde e baixa velocidade de injeção quando o preenchimento estiver próximo do final. Através do controle e ajuste da velocidade de injeção, vários fenômenos indesejáveis, como rebarbas, marcas de spray, barras de prata ou marcas de queimado, podem ser evitados e melhorados.
O programa de controle de injeção de vários estágios pode definir razoavelmente a pressão de injeção de vários estágios, a velocidade de injeção, a pressão de retenção e o método de fusão de acordo com a estrutura do corredor, a forma do portão e a estrutura da peça moldada por injeção, o que é propício para melhorar o efeito de plastificação e melhorar a qualidade do produto, reduzir a taxa de defeitos e prolongar a vida útil do molde/máquina.
Ao controlar a pressão do óleo, a posição do parafuso e a velocidade do parafuso da máquina de moldagem por injeção por meio de um programa de vários níveis, pode-se buscar melhorar a aparência das peças moldadas, melhorar as medidas correspondentes para encolhimento, empenamento e rebarba e reduzir o irregularidade de tamanho de cada peça moldada por injeção de cada molde. .
Ao controlar a pressão do óleo, a posição do parafuso e a velocidade do parafuso da máquina de moldagem por injeção por meio de um programa de vários níveis, pode-se buscar melhorar a aparência das peças moldadas, melhorar as medidas correspondentes para encolhimento, empenamento e rebarba e reduzir a irregularidade do tamanho de cada peça moldada por injeção de cada molde. .
Influência das etapas de enchimento e resfriamento do molde no empenamento do produto
Sob a ação da pressão de injeção, o plástico fundido é preenchido na cavidade do molde, resfriado e solidificado na cavidade, que é o principal elo da moldagem por injeção. Nesse processo, temperatura, pressão e velocidade são combinadas entre si, o que tem um grande impacto na qualidade e na eficiência da produção de peças plásticas.
Pressões e velocidades de fluxo mais altas geram altas taxas de cisalhamento, que causam diferenças na orientação das moléculas paralelas e perpendiculares à direção do fluxo, criando um "efeito de congelamento". O "efeito de congelamento" gerará tensão de congelamento e formará a tensão interna da peça plástica. A influência da temperatura na deformação por empenamento é refletida nos seguintes aspectos.
A. A diferença de temperatura entre as superfícies superior e inferior das peças de plástico causará tensão térmica e deformação térmica;
B. A diferença de temperatura entre diferentes áreas da peça de plástico causará encolhimento desigual entre diferentes áreas;
C. Diferentes estados de temperatura afetarão o encolhimento das peças plásticas.
Influência da etapa de desmoldagem na deformação por empenamento do produto
As peças plásticas são principalmente polímeros vítreos durante o processo de deixar a cavidade e resfriar até a temperatura ambiente. Força de desmoldagem desequilibrada, movimento instável do mecanismo de ejeção ou área de ejeção inadequada da desmoldagem podem facilmente deformar o produto. Ao mesmo tempo, a tensão congelada na peça plástica durante as etapas de enchimento e resfriamento será liberada na forma de deformação devido à perda de restrições externas, resultando em deformação por empenamento.
Abordagem 3D verdadeira para calcular as tensões residuais e a forma final (encolhimento e empenamento). Eles consideraram a influência da etapa de embalagem, dividiram o produto em três camadas e analisaram a tensão residual e a deformação por uma malha tridimensional. , é proposto um modelo de simulação numérica para a tensão residual induzida e deformação após a fase de empacotamento.
Ao calcular a tensão residual, um modelo termoviscoelástico (incluindo relaxamento de volume) é usado. O método de elementos finitos que adota é baseado na teoria da casca composta por elementos planares, que é adequado para produtos moldados por injeção de paredes finas com formas complexas.
foto
A solução para o efeito de encolhimento de produtos moldados por injeção na deformação por empenamento
A causa direta do empenamento de produtos moldados por injeção é o encolhimento desigual das peças plásticas. Se o impacto do encolhimento durante o processo de enchimento não for considerado no estágio de projeto do molde, a forma geométrica do produto será muito diferente dos requisitos do projeto e a deformação severa fará com que o produto seja descartado. Além da deformação causada pelo estágio de enchimento, a diferença de temperatura entre as paredes superior e inferior do molde também causará a diferença de retração entre as superfícies superior e inferior da peça plástica, resultando em deformação por empenamento.
Para análise de empenamento, o encolhimento em si não é importante, mas a diferença no encolhimento é importante. No processo de moldagem por injeção, a taxa de encolhimento do plástico na direção do fluxo é maior do que na direção vertical devido ao arranjo das moléculas de polímero ao longo da direção do fluxo durante a etapa de moldagem por injeção do plástico fundido, resultando em deformação por empenamento da peça moldada por injeção. Geralmente, o encolhimento uniforme causa apenas alterações no volume das peças de plástico, e apenas o encolhimento desigual pode causar deformação por empenamento.
A diferença entre a taxa de encolhimento de plásticos cristalinos na direção do fluxo e na direção vertical é maior do que a dos plásticos amorfos, e sua taxa de encolhimento também é maior do que a dos plásticos amorfos. A superposição da grande taxa de encolhimento de plásticos cristalinos e a anisotropia de encolhimento leva a que os plásticos cristalinos tenham uma tendência muito maior de deformar do que os plásticos amorfos.
O processo de moldagem por injeção em vários estágios selecionado com base na análise da forma geométrica do produto: como a cavidade do produto é profunda e a parede é fina, a cavidade do molde forma um canal de fluxo longo e estreito e a massa fundida deve fluir através desta parte muito rapidamente Caso contrário, é fácil resfriar e solidificar, o que levará ao perigo de preencher a cavidade do molde, portanto, a injeção de alta velocidade deve ser definida aqui.
No entanto, a injeção de alta velocidade trará muita energia cinética ao fundido. Quando o fundido fluir para o fundo, produzirá um grande impacto inercial, resultando em perda de energia e transbordamento. Neste momento, o derretimento deve ser desacelerado e a pressão de enchimento deve ser reduzida. Mantenha a chamada pressão de retenção (pressão secundária, pressão de acompanhamento) para fazer com que o fundido complemente o encolhimento do fundido na cavidade do molde antes que o portão se solidifique, o que apresenta requisitos para velocidade de injeção em vários estágios e pressão na injeção processo de moldagem.
Solução para o empenamento e deformação do produto devido ao estresse térmico residual
A velocidade da superfície do fluido deve ser constante. A injeção rápida deve ser usada para evitar que o fundido congele durante o processo de injeção. A configuração da velocidade do tiro deve permitir um preenchimento rápido em áreas críticas (como corredores) enquanto diminui a velocidade na entrada de água. A velocidade de injeção deve garantir que a cavidade do molde seja preenchida e pare imediatamente para evitar enchimento excessivo, rebarba e tensão residual.
