Eroarea de dimensiune a produselor din plastic vine în principal din contracția materialelor plastice în timpul procesului de turnare și din instabilitatea diferiților factori de influență. Mai simplu spus, este de a injecta plastic încălzit și topit într-o matriță, iar după răcire și modelare, volumul acestuia va fi mai mic decât cavitatea matriței. Gradul de reducere și fluctuația procesului împreună determină acuratețea mărimii finale.
Mai exact, erorile provin în principal din următoarele aspecte:
Cauza principală a erorilor de dimensiune plastică se află în primul rând în proprietățile fizice ale materialelor sale polimerice. De la umplerea-la temperatură ridicată a matrițelor până la solidificarea la temperatura camerei, volumul de plastic topit se va micșora inevitabil, ceea ce se numește contracție prin turnare. Nu este o valoare fixă, ci o variabilă influențată de mai mulți factori.
Comportamentul de cristalizare și efectul de orientare al rășinii: Pentru materialele plastice cristaline precum PA66 și POM, lanțurile moleculare vor fi aranjate în mod regulat pentru a forma o rețea în timpul răcirii, iar volumul specific se va schimba dramatic. Rata de contracție este de obicei între 1,5% și 3,0%, iar amplitudinea fluctuației este mare; Materialele plastice necristaline (cum ar fi ABS și PC) au înghețare dezordonată a lanțului molecular, o rată de contracție mai mică (aproximativ 0,4% ~ 0,8%) și o asigurare mai ușoară a dimensiunii. În plus, în timpul umplerii matriței de topire, lanțurile moleculare sunt întinse de-a lungul direcției de curgere, iar această orientare înghețată va provoca relaxarea tensiunii după deformare, rezultând o contracție inconsecventă între direcția de curgere și direcția verticală a produsului, adică anizotropie. Aceasta este cauza internă profundă a deformării deformarii produsului.
Influența stării materiilor prime și a materialelor reciclate: conținutul de umiditate al materiilor prime poate modifica vâscozitatea topiturii, în special pentru materialele care absorb umiditatea, cum ar fi PA, unde umiditatea acționează ca un plastifiant și crește rata de contracție a turnării. În același timp, adăugarea de materiale reciclate va modifica indicele de topire din cauza ruperii lanțului molecular. Dacă se amestecă neuniform, toleranțele dimensionale ale aceluiași lot de produse vor fi dispersate semnificativ.
2, Fabricarea și structura matriței: „plafon fizic” de precizie
Cavitatea matriței este „masterul” produsului, dar precizia de fabricație și starea mecanică a masterului în sine determină limita superioară a dimensiunii produsului.
1
Toleranță insuficientă la procesare și compensare
Există inevitabil toleranțe de prelucrare mecanică în fabricarea matriței și, mai important, dacă rata de contracție nu este luată în considerare în timpul proiectării (cum ar fi neconsiderarea orientării fibrelor de sticlă sau contracția post-extruziune), chiar dacă matrița este procesată la nivelul micrometrului, produsul final va fi totuși un deșeu cu abateri uriașe.
2
Deformare rigidă și uzură
Presiunea de injectare ajunge adesea la zeci de megapascali. Dacă rigiditatea matriței este insuficientă, cavitatea matriței va suferi o expansiune elastică la presiune ridicată, ceea ce duce la creșterea grosimii peretelui produsului. În același timp, pentru materialele plastice cu adaos de fibră de sticlă (GF), suprafața cavității matriței va fi erodata de topitură, rezultând uzura abrazivă. După producția pe termen lung-, dimensiunea cavității matriței va crește, iar grosimea peretelui produsului va crește în consecință. În plus, uzura mecanismului de ghidare poate cauza nealinierea matriței, ducând direct la abateri dimensionale geometrice ireversibile.
variabile de proces tranzitorii
Parametrii procesului sunt variabilele cele mai active și care se schimbă frecvent în procesul de turnare prin injecție, care determină direct comportamentul curgerii, viteza de răcire și starea de contracție a topiturii în cavitatea matriței. Printre acestea, sinergia și jocul temperaturii, presiunii și timpului constituie sursele dinamice ale erorilor de dimensiune.
Controlul temperaturii se desfășoară prin întregul proces de turnare prin injecție, inclusiv temperatura butoiului, temperatura duzei și temperatura matriței. Temperatura matriței este parametrul de temperatură care are cel mai mare impact asupra preciziei dimensionale a produsului. Temperatura matriței controlează direct procesul de răcire și modelare a produsului. În perioada de la înghețarea spruce până la deformarea produsului, temperatura matriței determină cristalinitatea plasticului cristalin. Pe măsură ce temperatura matriței crește, cristalinitatea crește și contracția se intensifică. Dar dacă temperatura matriței este prea scăzută sau neuniformă, răcirea insuficientă a produsului poate duce și la instabilitate dimensională. Pentru turnarea prin injecție de precizie, temperatura matriței trebuie controlată cu precizie într-un interval specific (cum ar fi 35-45 grade C) pentru a controla contracția dimensională în cadrul indicatorilor calificați.
Temperatura cilindrului de material este o altă variabilă cheie. Dacă temperatura este prea mare (depășind intervalul de procesare recomandat de 5-10 grade C), vâscozitatea topiturii de plastic va scădea și fluiditatea va fi prea puternică. În timpul etapei de răcire, spațiul liber pentru mișcarea lanțului molecular va crește, rata de contracție va crește, iar abaterea de dimensiune poate ajunge la 0,1% -0,3%; Dacă temperatura este prea scăzută, fluiditatea topiturii este slabă, umplerea este insuficientă și dimensiunea produsului este predispusă să fie mai mică.
Dintre numeroși parametri de proces, presiunea de menținere are cel mai mare impact asupra dimensiunii produsului. În timpul etapei de menținere a presiunii, alimentarea continuă cu material în cavitatea matriței este utilizată pentru a compensa contracția la răcire - presiunea de menținere insuficientă poate provoca contracție excesivă și dimensiuni mai mici; Menținerea excesivă a presiunii poate avea ca rezultat produse supradimensionate sau chiar margini flash. Datele practice arată că pentru fiecare fluctuație de 10MPa a presiunii de menținere, abaterea dimensională a unor piese din plastic de precizie poate crește cu mai mult de 0,02 mm. Studiul mai arată că, cu cât peretele piesei turnate este mai subțire, cu atât este mai mare impactul presiunii de menținere asupra dimensiunii. Nici timpul de reținere nu poate fi ignorat. Dacă timpul este prea scurt, acesta nu poate compensa în mod eficient contracția, iar dacă timpul este prea lung, poate cauza supraumplere.
Presiunea de injecție și viteza de injecție afectează în principal etapa de umplere. Presiunea de injectare este prea scăzută, ceea ce face dificilă umplerea completă a formei cu topitură, în special pentru structurile complexe cu pereți subțiri-care sunt predispuse la lovituri scurte; Viteza și presiunea de injecție mai mari, combinate cu timpul de umplere și menținere prelungit corespunzător, sunt benefice pentru depășirea defecțiunilor de instabilitate a dimensiunii.
Impactul vitezei de injecție este mai subtil. Injecția de mare viteză va provoca un flux puternic de forfecare a topiturii în canal și cavitate, rezultând o creștere locală a temperaturii și o scădere a viscozității datorită încălzirii prin forfecare. Totuși, în același timp, câmpul de curgere forfecare induce orientarea lanțurilor polimerice de-a lungul direcției de curgere. Această orientare înghețată duce la relaxarea tensiunii după deformare, rezultând cantități diferite de contracție a produsului pe direcția curgerii și direcția perpendiculară - adică contracția anizotropă. Aceasta este una dintre cauzele care stau la baza deformării și deformării produsului.
Toți parametrii procesului trebuie controlați strict în conformitate cu cerințele procesului, în special ciclul de turnare al fiecărui tip de piesă din plastic trebuie să fie consecvent și nu poate fi modificat în mod arbitrar. Orice fluctuații mici de temperatură, presiune și timp se vor reflecta în toleranța dimensională finală prin efecte cumulative.
„plafonul hardware” al erorilor dimensionale
Precizia mașinii de turnat prin injecție în sine determină dacă instrucțiunile de proces pot fi executate cu fidelitate și reprezintă baza fizică a preciziei dimensionale. Dacă acuratețea echipamentului în sine este insuficientă, chiar și cei mai precisi parametri ai procesului nu pot fi transformați în produse calificate.
Turnarea prin injecție de precizie necesită ca sistemul de control al mașinii de turnat prin injecție să asigure o bună repetabilitate a diferiților parametri ai procesului. Acest lucru necesită controlul cu feedback în mai multe-etape a parametrilor procesului, cum ar fi volumul de injecție, presiunea de injecție, viteza de injecție, presiunea de menținere, contrapresiunea și viteza șurubului, în timp ce controlerele PID sunt utilizate pentru controlul precis al temperaturii cilindrului și duzei.
Mașinile moderne de turnat cu servo injecție-de înaltă calitate pot obține o precizie de repetabilitate a greutății de mai puțin de 3 ‰ și o precizie de deschidere a matriței de ± 0,2 mm prin control în buclă închisă-. Controlul în buclă închisă-al sistemului de injecție poate obține chiar și o precizie de poziționare repetată de 0,01 mm. Ca o comparație, timpul de răspuns la comutarea acțiunii de injecție al unei mașini obișnuite de turnat prin injecție este de aproximativ 300 ms, în timp ce o mașină de turnat prin injecție cu buclă complet închisă-de ultra-precizie este mult mai bună decât acest nivel.
Sistemul hidraulic este inima puterii mașinii de turnat prin injecție. Mașinile de turnat prin injecție de precizie necesită, în general, controlul în buclă închisă-de încălzire și răcire a uleiului hidraulic pentru a stabiliza temperatura uleiului la aproximativ 50-55 grade C, pentru a preveni fluctuațiile de vâscozitate și debit cauzate de modificările temperaturii uleiului, care pot duce la instabilitatea parametrilor procesului. Sistemul servo hidraulic avansat poate realiza un control al fluctuației presiunii sub ± 0,5 bar, iar precizia repetabilității axei principale de mișcare ajunge la ± 0,05%. Precizia senzorului de deplasare trebuie să fie de cel puțin 0,1 mm pentru a controla strict cursa de măsurare, cursa de injecție și grosimea materialului rezidual, asigurând volumul de injecție precis de fiecare dată.
Presiunea de injecție necesară pentru turnarea prin injecție de precizie este mult mai mare decât cea a turnării prin injecție obișnuite - turnarea prin injecție obișnuită necesită 40-120 MPa, în timp ce turnarea prin injecție de precizie necesită o creștere la 180-250 MPa, iar unele chiar până la 415 MPa. La o presiune de turnare atât de mare, dacă rigiditatea sistemului de prindere al mașinii de turnat prin injecție este insuficientă, șablonul va suferi o deformare elastică, provocând deschiderea suprafeței de despărțire a matriței și producerea de bavuri a produsului, ceea ce duce la o scădere a preciziei. Prin urmare, designul șablonului cu rigiditate ridicată și distribuția uniformă a forței de blocare sunt condiții prealabile pentru asigurarea preciziei.
Uzura șuruburilor și butoaielor este o cauză comună a degradării preciziei echipamentelor. În special inelul anti-revers (cunoscut și sub denumirea de inel de cauciuc), se uzează grav după producția pe termen lung-de materiale de umplutură ranforsate (cum ar fi fibra de sticlă). Etanșarea defectuoasă a inelului anti-inversare poate provoca refluxul topiturii în timpul injectării, ceea ce duce la o măsurătoare instabilă și la fluctuații ale punctului final de injecție. Acest lucru se reflectă direct în dispersia greutății fiecărui produs turnat și diferențele de dimensiune între loturi
5, Interferența mediului: „variabile externe” ascunse și persistente
Factorii de mediu sunt variabilele cel mai ușor de trecut cu vederea, dar care influențează continuu în procesul de turnare prin injecție.
1. Fluctuațiile sezoniere ale temperaturii mediului
Schimbările de temperatură din mediul atelierului afectează direct eficiența de răcire a matriței și controlul temperaturii de topire. Diferența de temperatură dintre zi și noapte poate face ca matrița să se extindă și să se contracte în mod repetat, iar controlul temperaturii controlerului de temperatură al matriței este afectat de interferența mediului, rezultând o contracție instabilă și fluctuații ale dimensiunii produselor din același lot. Datele reale de măsurare arată că pentru fiecare creștere cu 5 grade C a temperaturii ambiante, rata de abatere a dimensiunii produselor din materiale PP crește cu 12% -15%. Luând ca exemplu materialele PC, pentru fiecare schimbare de 5 grade C a temperaturii, abaterea dimensională poate ajunge la 0,05% -0,1%. Piesele turnate prin injecție produse în medii cu temperatură scăzută prezintă, în general, fenomene precum dimensiunea redusă și deformarea crescută. Acest lucru impune producătorilor să ajusteze temperatura de proces a echipamentelor și matrițelor în timp util, în funcție de schimbările din mediul extern.
2. Expansiunea umidității și absorbției de umiditate a materialelor
The influence of humidity on plastic size is also significant. Polyamide materials, represented by nylon (PA), contain polar amide groups in their molecular chains and are easily bound to water molecules. The equilibrium moisture content of non reinforced PA6 or PA66 can reach 3% under standard atmospheric conditions (23 ° C, 50% RH). In high humidity environments (relative humidity>60%), extinderea dimensiunii poate ajunge la 0,2% -0,5%. Când umiditatea se schimbă cu 10%, fluctuația dimensiunii materialelor din nailon poate ajunge la 0,1% -0,3%.
Ceea ce este și mai complicat este că absorbția umidității și expansiunea anumitor materiale prezintă caracteristici anizotrope - cu cât umiditatea mediului ambiant este mai mare și cu cât timpul este mai lung, cu atât dimensiunea materialului PA66 armat cu fibră de sticlă devine mai mare, iar modificarea dimensiunii în direcția de curgere verticală este mai mare decât în direcția curgerii. Aceasta înseamnă că, chiar și cu același material și produs, răspunsul de dimensiuni diferite la umiditate variază în direcții diferite, punând provocări suplimentare pentru proiectarea fitingurilor de precizie.
3. Deformarea termică a echipamentelor
Deformarea termică cauzată de funcționarea-pe termen lung a echipamentului poate duce și la abateri dimensionale. Diferitele componente ale mașinii de turnat prin injecție se extind datorită căldurii de frecare în timpul funcționării continue, ceea ce poate modifica parametri cheie, cum ar fi precizia de prindere a matriței și cursa de injecție. Această derivă lentă și continuă este adesea dificil de detectat imediat de către operatori.
6, Logica controlului sistemului
Pe scurt, parametrii procesului de turnare prin injecție, precizia echipamentului și interferența mediului nu sunt efecte izolate, ci mai degrabă un sistem dinamic care este cuplat și transmis strat cu strat. Parametrii procesului sunt „-regulatori în timp real”, precizia echipamentului este „garanție de execuție”, iar mediul este „zgomot de fundal”. Pentru a asigura acuratețea dimensională, trebuie să se stabilească o mentalitate sistematică de control: selectarea mașinilor de turnare prin injecție cu buclă închisă de-precizie-înaltă și întreținerea în mod regulat a acestora; Adopți mașina de temperatură a matriței și sistemul de control al temperaturii atelierului pentru a izola interferențele de mediu; Implementați un tratament strict de uscare și control al umidității pentru materiale sensibile (cum ar fi PA); Și monitorizează continuu stabilitatea parametrilor procesului prin Controlul statistic al procesului (SPC). Numai controlând aceste trei dimensiuni ca întreg organic, erorile obiective pot fi comprimate continuu și stabil în zona de toleranță de proiectare.
