★Implementatie van een meer-fase-spuitgietproces
De theorie van meer-stapsspuitgieten
Tijdens de injectieDoor gesmolten plastic in de vormholte te gieten, wordt de smelt onderworpen aan complexe thermodynamische en vloeistofdynamische krachten. Zoals weergegeven in de figuur worden de smeltvloeikarakteristieken beschreven bij vier verschillende injectiesnelheden. Figuur (a) toont de kronkelige stromingspatronen of het "jetting"-fenomeen dat optreedt tijdens spuitgieten met hoge- snelheid; Figuur (b) toont de stromingstoestand bij een middelhoge injectiesnelheid, waarbij het "jetting"-fenomeen aan de poort wordt verminderd, en in wezen een "spreidingsstroom"-toestand benadert; Figuur (c) toont de vloeitoestand bij een gemiddeld-lage injectiesnelheid, waarbij de smelt over het algemeen geen "jetting"-verschijnsel veroorzaakt, en de smelt de mal kan vullen met een lage- stabiele "spreidingsstroom"; Figuur (d) toont spuitgieten met lage- snelheid, wat kan leiden tot problemen of zelfs falen bij het vullen van de matrijs vanwege de te langzame vulsnelheid.
Typisch verloopt de extensionele stroming van polymeersmelten onder het extensionele stromingsmodel ook in drie fasen: de initiële fase waarin het smeltfront een radiale stroming vertoont wanneer het door de poort gaat; het tussenstadium waarin het smeltfront boog-vormt onder invloed van injectiedruk; en de laatste fase van uniforme stroming waarbij de visco-elastische smelt als voorrand fungeert.
De stromingseigenschappen van de smelt in de beginfase zijn dat de smelt die uit de poort stroomt een bepaalde kinetische energie bezit onder invloed van injectiedruk en injectiesnelheid. De omvang van deze kinetische energie (op dit punt is deze net de vormholte binnengegaan en wordt niet beïnvloed door enige stromingsweerstand) beïnvloedt de radiale stromingseigenschappen en het diffusievolume van het smeltfront. Wanneer deze kracht bijzonder sterk is, kan er een "jetting"-fenomeen optreden; wanneer de kinetische energie van deze kracht geschikt is, stroomt de smelt gelijkmatig in alle richtingen vanaf de bron, wat resulteert in een betere diffusietoestand.
Naarmate de beginfase vordert, zal de smelt zich snel verspreiden en zullen er twee verschijnselen optreden wanneer deze in contact komt met de matrijsholtewand: a) de stroomrichting wordt veranderd als gevolg van de krachten die worden uitgeoefend door de matrijsholtewand; b) Er wordt stromingsweerstand gegenereerd als gevolg van de koel- en wrijvingseffecten van de wand van de vormholte, wat resulteert in snelheidsverschillen in de smeltstroom op verschillende punten. Deze stromingskarakteristiek manifesteert zich als ongelijke stroomsnelheden op verschillende punten van de smelt, met de hoogste stroomsnelheid in de kern van de smelt, en de stroming van het voorrandmateriaal dat een boogvorm vertoont; Tegelijkertijd creëert de stroming op elk punt een ongelijke weerstand en beperking, en heeft de stromingsweerstand de neiging toe te nemen met de toename van de stromingsafstand.
In de derde fase stroomt het gesmolten materiaal snel in de vormholte, waarbij de visco-elastische smelt als stromingsfront fungeert. In de tweede en derde fase van het spuitgieten is de kinetische energie die wordt gegenereerd door de injectiedruk en injectiesnelheid de belangrijkste factor die de vuleigenschappen van de mal beïnvloedt. De figuur toont het expansiestroomproces en de snelheidsverdeling. Spuitgegoten onderdelen zijn er in verschillende vormen, en in de figuur wordt slechts één model weergegeven. Vloeikarakteristieken, energieverlies tijdens het vulproces van de mal en de vorm van het product hangen nauw met elkaar samen, en verschillende kunststoffen hebben verschillende vloeikarakteristieken.
1. Schimmel bij lage- temperatuur; 2. Koud-gestolde laag plastic; 3. Stroomrichting van de smelt; 4. Snelheidsverdeling bij de lage- mal.
De ideale vloeitoestand van het gesmolten materiaal in de vormholte
Zoals hierboven vermeld, mogen de kenmerken van een gelijkmatig expanderende stroming en de beginfasen van de stroming van de plastic smelt uit de poort geen verschijnselen vertonen die vergelijkbaar zijn met "jetting" of jetting-eigenschappen. Dit vereist dat de smelt geen buitensporig hoge kinetische energie bezit in de beginfasen van de stroming naar de poort (overmatige kinetische energie kan leiden tot straal- en kronkelige patronen); in het midden-stadium van het vullen van de mal moet de uitzettende stroom voldoende kinetische energie hebben om de stromingsweerstand te overwinnen en een uniforme uitzettingstoestand te bereiken; in de laatste fase van het vullen van de mal is de visco-elastische smelt nodig om de mal snel te vullen, de toenemende stromingsweerstand bij toenemende stromingsafstand te overwinnen en een vooraf bepaalde uniforme en constante stroomsnelheid te bereiken. Gebaseerd op reologische principes kan deze ideale stromingstoestand resulteren in spuitgegoten-producten met superieure fysieke en mechanische eigenschappen, interne spanning en oriëntatie in het product elimineren, zinksporen en vloeilijnen aan het oppervlak elimineren en de uniformiteit van de oppervlakteglans van het product vergroten.
Implementatie van een meerfasig injectieproces
Bij spuitgieten in meerdere- fasen gaat het in wezen om het regelen van verschillende injectiesnelheden op het moment dat de plastic smelt de vormholte vult, waardoor de plastic smelt een bijna -ideale staat kan bereiken tijdens het vulproces. Dit ideale vulproces introduceert geen kwaliteitsfouten in het kunststofproduct en genereert ook geen spanningen of oriëntatiekrachten. Over het algemeen wordt het spuitgietproces binnen enkele seconden tot tientallen seconden voltooid, en het meerfasige spuitgietproces vereist het transformeren van het vulproces in een continue reeks van verschillende vultoestanden, gecontroleerd door variërende injectiesnelheden binnen dit korte tijdsbestek.
Volgens de vereisten in vijf- fasen van het feitelijke meer- injectieproces, worden verschillende injectievolumes geïmplementeerd en moet de kinetische energie van de smelt worden geleverd door de spuitgietmachine. De huidige spuitgietmachines kunnen al een gesegmenteerde of zelfs meer-segment-injectiecontrole realiseren, zoals weergegeven in de afbeelding.
Zoals u in de bovenstaande afbeelding kunt zien, kan injectiecontrole in vijf-segmenten worden bereikt, waarbij elk segment een ander injectievolume heeft. Het injectievolume dat wordt geregeld door de slag is:
- Waar ΩLnis het injectievolume;
- Lnis de injectieslag;
- D is de diameter van de schroef van de spuitgietmachine;
- p is de dichtheid van het plastic.
Daarom kunnen in elk segment verschillende injectiesnelheden en -drukken worden gebruikt om tijdens deze fase de gewenste kinetische energie van het gesmolten materiaal te bereiken. Elk segment komt overeen met een specifieke zone (n-zone) in de vormholte. Hoewel de kinetische energie van de stroming verandert als gevolg van de invloed van het poortsysteem, moet de variatie in de volumetrische stroomsnelheid minimaal zijn.
Bij de daadwerkelijke productie wordt de injectiesnelheid van spuitgietmachines die injectie in meerdere- fasen mogelijk maken, in meerdere fasen geregeld. Normaal gesproken kan het injectieproces worden verdeeld in drie of vier zones, zoals weergegeven in het diagram, en elke zone kan worden ingesteld met zijn eigen geschikte injectiesnelheid om spuitgieten in meerdere- fasen te realiseren. Momenteel beschikken sommige spuitgietmachines ook over meerdere-traps pre-plastificerings- en meer-traps houddrukfuncties.
Meer-fasen-spuitgietprocescurve
Hoewel spuitgieten in meerdere- fasen de toestand van het gesmolten materiaal beschrijft tijdens het vullen van de matrijs, wordt de controle ervan geïmplementeerd door de spuitgietmachine. Vanuit het perspectief van het besturingsprincipe van de spuitgietmachine kan de relatie tussen injectiesnelheid (injectiedruk) en schroefaanvoerslag worden benut. De figuur toont een typische curve voor een spuitgietproces met meerdere- fasen, waarbij verschillende injectiedrukken en snelheden worden toegepast op verschillende hoeveelheden materiaal tijdens het injectieproces.
1–5 - 5 verschillende injectiesnelheden
Voordelen van meer-traps spuitgieten
Bij spuitgieten hebben injectie met hoge-snelheid en lage-snelheid elk hun voor- en nadelen. De ervaring leert dat injectie met hoge- snelheid over het algemeen de volgende voordelen heeft: kortere injectietijd; grotere stroomafstand; verbeterde oppervlakteafwerking van het product; verhoogde sterkte van laslijnen; en het voorkomen van vervorming door koeling. Injectie met lage-snelheid heeft daarentegen over het algemeen de volgende voordelen: effectieve preventie van flits; voorkomen van vloeisporen; preventie van problemen met schimmelontluchting; voorkomen van luchtinsluiting; en het voorkomen van vervorming van de moleculaire oriëntatie.
Meer-traps spuitgieten combineert de voordelen van injectie met hoge- en lage- snelheid om te voldoen aan de eisen van de steeds complexere geometrieën van kunststofproducten en drastische veranderingen in de dwars-doorsneden van matrijslopers en holtes. Het kan ook effectief defecten zoals injectiesporen, krimp, bellen, laslijnen en brandplekken tijdens het gietproces elimineren.
Het uit meerdere- fasen bestaande spuitgietproces doorbreekt de traditionele injectie- en drukdrukmethode en combineert op organische wijze de voordelen van injectieverwerking met hoge- en lage- snelheid. Door meer-fasecontrole tijdens het injectieproces te implementeren, kunnen veel defecten in spuitgietonderdelen worden verholpen. De afbeelding toont bijvoorbeeld een methode waarbij gebruik wordt gemaakt van injectie met lage-snelheid aan het begin van het injectieproces, injectie met hoge-snelheid tijdens het vullen van de vormholte, en vervolgens weer injectie met lage-snelheid tegen het einde van het vullen. Door de controle en aanpassing van de injectiesnelheid kunnen verschillende ongewenste verschijnselen zoals bramen, spuitsporen, zilverstrepen of brandplekken worden voorkomen en verbeterd.
a-d: vier verschillende injectiesnelheden
Uit praktijkervaring blijkt dat het regelen van de oliedruk, injectiesnelheid, schroefpositie en schroefsnelheid van de spuitgietmachine via programmabesturing op meerdere- niveaus de defecten in het uiterlijk van- spuitgegoten producten, zoals krimpen, kromtrekken en flitsen, grotendeels kan verbeteren.