Ciśnienie wtrysku
◎Parametry procesu formowania wtryskowego (część 2)
Ciśnienie wtryskusłuży do pokonania oporu stopu podczas jego przepływu. Ten opór wymaga ciśnienia wtrysku z wtryskarki. Jak pokazano na rysunku 2-1, podczas formowania wtryskowego ciśnienie jest najwyższe w dyszy wtryskowej, aby pokonać opór przepływu na całej drodze stopu. Następnie ciśnienie wtryskiwania stopniowo maleje w kierunku przodu stopionego materiału w miarę wzrostu długości przepływu. Jeśli wnęka formy ma dobrą wentylację, końcowe ciśnienie na przodzie stopionego materiału jest ciśnieniem atmosferycznym.
Rysunek 2-2 pokazuje rozkład ciśnienia stopu wzdłuż ścieżki przepływu. Wraz ze wzrostem długości przepływu wzrasta również opór, który należy pokonać po drodze, i odpowiednio wzrasta również ciśnienie wtrysku. Aby utrzymać stały gradient ciśnień, aby zapewnić równomierną prędkość napełniania stopionego materiału, należy odpowiednio zwiększać ciśnienie wtrysku wraz ze zmianą długości przepływu, a zatem odpowiednio zwiększać ciśnienie na wlocie stopionego materiału.
Trzymanie ciśnienia
Pod koniec procesu wtrysku ciśnienie wtrysku przełącza się na ciśnienie docisku, wchodząc w fazę podtrzymania. Podczas fazy przetrzymywania wtryskarka podaje materiał do wnęki z dyszy, aby wypełnić objętość zwolnioną w wyniku skurczu części. Jeśli wnęka zostanie wypełniona bez utrzymywania ciśnienia, część skurczy się o około 25%, szczególnie na żebrach, gdzie nadmierny skurcz pozostawi ślady skurczu. Ciśnienie trzymania wynosi zazwyczaj około 85% maksymalnego ciśnienia napełniania, ale należy je określić na podstawie konkretnych okoliczności.
Rysunek 2-3 przedstawia sterowanie procesem utrzymywania ciśnienia: 1 wskazuje początek wtrysku; 2 wskazuje, że stop wchodzi do wnęki; 3 wskazuje, że podczas napełniania zadziałał wyłącznik utrzymujący ciśnienie; 4 wskazuje, że wnęka jest pełna; 5 wskazuje, że proces napełniania wszedł w etap kompensacji skurczu; 6 wskazuje, że kompensacja skurczu została zakończona i rozpoczęło się chłodzenie. Etap po napełnieniu obejmuje dwa procesy: utrzymywanie ciśnienia i chłodzenie.
(Rysunek 2-3 Sterowanie procesem utrzymywania ciśnienia)
Doświadczenia pokazują, że zarówno zbyt długi, jak i krótki czas przetrzymywania są szkodliwe dla formowania. Nadmierny czas przetrzymywania prowadzi do nierównomiernego rozkładu nacisku, zwiększonych naprężeń wewnętrznych w wypraski i zwiększonej podatności na odkształcenia, co może spowodować pękanie naprężeniowe. I odwrotnie, niewystarczający czas utrzymywania powoduje niewystarczające utrzymanie ciśnienia, znaczny skurcz objętości i słabą jakość powierzchni.
Krzywa ciśnienia docisku składa się z dwóch części: okresu utrzymywania stałego ciśnienia trwającego około 2-3 sekundy, zwanego krzywą stałego ciśnienia docisku; oraz stopniowo malejący okres uwalniania ciśnienia wynoszący około 1 sekundy, zwany krzywą opóźnionego ciśnienia utrzymywania. Opóźniona krzywa docisku ma istotny wpływ na kształtkę. Dłuższa krzywa stałego ciśnienia docisku skutkuje mniejszym skurczem objętości i odwrotnie. Podobnie, bardziej strome nachylenie i krótsza krzywa opóźnionego ciśnienia docisku powodują większy skurcz objętości i odwrotnie. Segmentowana i wydłużona krzywa opóźnionego ciśnienia docisku skutkuje mniejszym skurczem objętości i odwrotnie.
Podczas napełniania roztopionym tworzywem, gdy wnęka jest prawie pełna, ruch ślimaka przełącza się z kontroli przepływu na kontrolę ciśnienia. Ten punkt przejścia nazywany jest punktem kontrolnym przełączania ciśnienia trzymania. Przełącznik ciśnienia podtrzymującego ma kluczowe znaczenie dla kontrolowania procesu formowania. Przed punktem przełączenia ciśnienia dotrzymywania prędkość i ciśnienie stopu są wysokie; po punkcie przełączenia nacisk ślimaka wypychający stop do przodu jest niższy. Jeśli nie zostanie wykonane przełączenie ciśnienia docisku, ciśnienie będzie bardzo wysokie, gdy wnęka będzie pełna stopionego materiału, powodując gwałtowny wzrost ciśnienia wtrysku, wymagając większej siły zwarcia, a nawet prowadząc do defektów, takich jak wypływki (nadmiar materiału). Przełączanie ciśnienia docisku we wtryskarkach odbywa się zazwyczaj w zależności od pozycji wtrysku; to znaczy, gdy śruba osiągnie określoną pozycję, następuje przełączenie ciśnienia podtrzymującego. Położenie, czas i ciśnienie przełączania ciśnienia podtrzymującego pokazano na rysunku 2-4.
Wkręcić przeciwciśnienie
Podczas procesu topienia i uplastyczniania tworzywa sztucznego, stop w sposób ciągły przemieszcza się w kierunku przedniego końca cylindra (komory dozującej), a jego ilość wzrasta, stopniowo tworząc ciśnienie, które popycha ślimak do tyłu. Aby zapobiec zbyt szybkiemu cofaniu się ślimaka i zapewnić równomierne zagęszczenie stopionego materiału, należy do ślimaka doprowadzić ciśnienie w przeciwnym kierunku. To ciśnienie w przeciwnym kierunku, które uniemożliwia cofanie się śruby, nazywa się ciśnieniem wstecznym, jak pokazano na rysunku 2-6.
Przeciwciśnienie, zwane również ciśnieniem uplastyczniającym, jest kontrolowane poprzez regulację przepustnicy oleju powrotnego cylindra wtryskowego. Zawór zwrotny jest zainstalowany z tyłu cylindra wtryskowego w celu regulacji prędkości tłoczenia oleju z cylindra wtryskowego podczas obrotu i cofania ślimaka, utrzymując określone ciśnienie w cylindrze. Prędkość (opór) cofania śruby w-silniku elektrycznym jest kontrolowana przez serwozawór prądu przemiennego.
Prawidłowe ustawienie przeciwciśnienia ma istotne znaczenie dla jakości procesu formowania wtryskowego. W procesie formowania wtryskowego odpowiednie ustawienie przeciwciśnienia pozwala uzyskać następujące korzyści:
① Może zagęszczać stop w beczce, zwiększając gęstość i poprawiając stabilność objętości wtrysku, masy produktu i wymiarów.
② Może „wycisnąć” gaz ze stopu, redukując powierzchniowe pęcherzyki gazu i wewnętrzne pęcherzyki powietrza, poprawiając równomierność połysku.
③ Spowalnia prędkość cofania ślimaka, umożliwiając całkowite uplastycznienie stopu w cylindrze, zwiększając jednorodność mieszania proszku kolorowego/przedmieszki ze stopionym materiałem i zapobiegając mieszaniu się kolorów w produkcie.
④ Odpowiednie zwiększenie przeciwciśnienia może poprawić skurcz powierzchniowy i przepływ obwodowy produktu.
⑤ Może zwiększyć temperaturę stopu, poprawić jakość plastyfikującą stopu, poprawić płynność stopu podczas napełniania formy i wyeliminować ślady zimnego kleju na powierzchni produktu.
siła docisku
Siła zwarcia jest ustawiona tak, aby przeciwstawić się sile rozprężania stopionego tworzywa sztucznego działającej na formę, a jej wielkość zależy od określonych czynników, takich jak ciśnienie wtrysku. Jednak w rzeczywistości, po wyrzuceniu stopionego tworzywa sztucznego z dyszy cylindra wtryskarki, przechodzi ono przez profil główny, prowadnice odgałęzione i zasuwy formy przed wejściem do gniazda formy, co powoduje po drodze znaczną utratę ciśnienia. Rysunek 2-7(a) przedstawia zmianę ciśnienia wtrysku w całym procesie od cylindra do wejścia do formy. Jak widać ze zmiany ciśnienia na rysunku 2-7 (b), ciśnienie spada do zaledwie 20% początkowego ciśnienia wtrysku na końcu gniazda formy.
Temperatura beczki
Temperatura stopu musi być kontrolowana w określonym zakresie. Jeśli temperatura jest zbyt niska, słaba plastyfikacja stopu wpłynie na jakość formowanych części i zwiększy trudność procesu; jeśli temperatura jest zbyt wysoka, surowce są podatne na rozkład. W rzeczywistym formowaniu wtryskowym temperatura stopu jest często wyższa niż temperatura beczki. Różnica jest związana z szybkością wtrysku i właściwościami materiału i może sięgać nawet 30 stopni. Dzieje się tak, ponieważ stop jest poddawany ścinaniu podczas przechodzenia przez przewężkę, wytwarzając dużo ciepła, jak pokazano na rysunku 2.8.
(1 - Rozpoczyna się nagrzewanie beczki; 2 - Rozpoczyna się plastyfikacja ślimaka; 3 - Stop dociera do końca rynny; 4 - Stop przechodzi przez bramę; 5 - Kończy się napełnianie)
Temperatura cylindra jest kluczowym czynnikiem wpływającym na ciśnienie wtrysku. Bębny wtryskarek mają zazwyczaj 5 lub 6 stref grzewczych, a każdy materiał ma odpowiednią temperaturę formowania. Konkretne temperatury formowania można znaleźć w danych dostarczonych przez dostawcę. Tabela 2-3 przedstawia temperatury formowania powszechnie stosowanych tworzyw sztucznych.