Przepływ procesu formowania wtryskowego części samochodowych

Większość części wewnątrz i na zewnątrz pojazdu formowanie wtryskowe konsoli środkowej. Części plastikowe do wnętrza obejmują zazwyczaj akcesoria do deski rozdzielczej, akcesoria do siedzeń, akcesoria do podłogi, akcesoria do dachu, akcesoria do kierownicy, akcesoria do wnętrza drzwi, lusterka wsteczne oraz różne klamry i mocowania; części plastikowe do zewnątrz obejmują przednie i tylne światła, kratki wlotu powietrza, błotniki i lusterka wsteczne. Poniżej przedstawiono przepływ procesu i powiązane ważne parametry części formowanych wtryskowo w samochodach.

1 Definicja

Proces formowania wtryskowego odnosi się do procesu wytwarzania półfabrykatów o określonym kształcie poprzez napełnianie, utrzymywanie ciśnienia, chłodzenie, wyjmowanie z formy i inne operacje z wykorzystaniem stopionych surowców.

2 Przepływ procesu

Proces formowania wtryskowego wygląda następująco:
1 Etap napełniania
Napełnianie jest pierwszym krokiem w całym cyklu formowania wtryskowego. Czas zaczyna się od rozpoczęcia formowania wtryskowego, gdy forma jest zamknięta, aż do wypełnienia wnęki formy do około 95%. Teoretycznie im krótszy czas napełniania, tym wyższa wydajność formowania. Jednak w rzeczywistej produkcji czas formowania (lub prędkość wtrysku) podlega wielu warunkom. Napełnianie można podzielić na napełnianie z dużą prędkością i napełnianie z małą prędkością.
1) Szybkie napełnianie
Podczas napełniania z dużą prędkością szybkość ścinania jest wysoka, a lepkość tworzywa sztucznego zmniejsza się z powodu rozrzedzania ścinaniem, co zmniejsza ogólny opór przepływu; lokalne ogrzewanie lepkie spowoduje również, że grubość zestalonej warstwy będzie cieńsza. Dlatego na etapie kontroli przepływu zachowanie napełniania często zależy od objętości, która ma zostać wypełniona. Oznacza to, że na etapie kontroli przepływu, z powodu napełniania z dużą prędkością, efekt rozrzedzania ścinaniem stopu jest często duży, podczas gdy efekt chłodzenia cienkiej ścianki nie jest oczywisty, więc przeważa efekt szybkości.
2) Napełnianie przy niskiej prędkości
Gdy przewodzenie ciepła kontroluje napełnianie przy niskiej prędkości, szybkość ścinania jest niska, lokalna lepkość jest wysoka, a opór przepływu jest duży. Ponieważ szybkość uzupełniania gorącego plastiku jest niska, a przepływ jest wolny, efekt przewodzenia ciepła jest bardziej oczywisty, a ciepło jest szybko odprowadzane przez zimną ściankę formy. W połączeniu z niewielką ilością lepkiego ogrzewania grubość zestalonej warstwy jest grubsza, co dodatkowo zwiększa opór przepływu przy cieńszej ściance.
2 Etap podtrzymywania
Funkcją etapu utrzymywania jest ciągłe wywieranie nacisku, zagęszczanie stopu, zwiększanie gęstości tworzywa sztucznego (zagęszczanie) i kompensowanie skurczu tworzywa sztucznego. Podczas procesu utrzymywania przeciwciśnienie jest wysokie, ponieważ gniazdo formy jest już wypełnione tworzywem sztucznym. Podczas procesu utrzymywania ciśnienia i zagęszczania ślimak wtryskarki może poruszać się do przodu tylko powoli i nieznacznie, a prędkość przepływu tworzywa sztucznego jest również stosunkowo niska. Przepływ w tym czasie nazywa się przepływem utrzymywania ciśnienia. Ponieważ na etapie utrzymywania ciśnienia tworzywo sztuczne jest chłodzone i zestalane przez ściankę formy szybciej, a lepkość stopu szybko wzrasta, więc opór w gnieździe formy jest bardzo duży. Na późniejszym etapie utrzymywania ciśnienia gęstość materiału nadal wzrasta, a części z tworzywa sztucznego są stopniowo formowane. Etap utrzymywania ciśnienia powinien trwać, aż wlew zostanie zestalony i uszczelniony. W tym czasie ciśnienie w gnieździe w etapie utrzymywania ciśnienia osiąga najwyższą wartość.
Na etapie utrzymywania ciśnienia, ze względu na wysokie ciśnienie, tworzywo sztuczne wykazuje częściową ściśliwość. W obszarze wysokiego ciśnienia tworzywo sztuczne jest gęstsze i ma większą gęstość; w obszarze niskiego ciśnienia tworzywo sztuczne jest luźniejsze i ma mniejszą gęstość, więc rozkład gęstości zmienia się wraz z położeniem i czasem. Podczas procesu utrzymywania ciśnienia, natężenie przepływu tworzywa sztucznego jest ekstremalnie niskie, a przepływ nie odgrywa już wiodącej roli. Ciśnienie jest głównym czynnikiem wpływającym na proces utrzymywania ciśnienia.

3 Etap chłodzenia

W przypadku formowania wtryskowego bardzo ważna jest konstrukcja układu chłodzenia. Dzieje się tak, ponieważ tylko wtedy, gdy formowane produkty z tworzywa sztucznego są chłodzone i zestalane do określonej sztywności, można zapobiec ich odkształceniu przez siły zewnętrzne po wyjęciu z formy. Ponieważ czas chłodzenia stanowi około 70% do 80% całego cyklu formowania, dobrze zaprojektowany układ chłodzenia może znacznie skrócić czas formowania, poprawić wydajność formowania wtryskowego i obniżyć koszty. Nieprawidłowo zaprojektowany układ chłodzenia wydłuży czas formowania i zwiększy koszty; nierównomierne chłodzenie dodatkowo spowoduje odkształcenie i deformację produktów z tworzywa sztucznego. Ciepło wnikające do formy z roztopionego materiału jest zazwyczaj rozpraszane w dwóch częściach, z których 5% jest przenoszone do atmosfery poprzez promieniowanie i konwekcję, a pozostałe 95% jest przenoszone z roztopionego materiału do formy. Dzięki rurze chłodzącej wodę w formie ciepło produktu z tworzywa sztucznego jest przenoszone z tworzywa sztucznego w gnieździe formy do rury chłodzącej wodę przez ramę formy poprzez przewodzenie ciepła, a następnie odprowadzane przez chłodziwo poprzez konwekcję ciepła. Niewielka ilość ciepła, która nie jest odprowadzana przez wodę chłodzącą, jest nadal przewodzona w formie i rozprasza się w powietrzu po kontakcie ze światem zewnętrznym. Cykl formowania wtryskowego składa się z czasu zamknięcia formy, czasu napełniania, czasu utrzymywania, czasu chłodzenia i czasu wyjmowania z formy. Spośród nich czas chłodzenia stanowi największą część, około 70% do 80%. Dlatego czas chłodzenia będzie miał bezpośredni wpływ na długość cyklu formowania i wydajność produktów z tworzywa sztucznego. Podczas etapu wyjmowania z formy temperatura produktu z tworzywa sztucznego powinna zostać schłodzona do temperatury niższej niż temperatura odkształcenia termicznego produktu z tworzywa sztucznego, aby zapobiec rozluźnieniu produktu z tworzywa sztucznego z powodu naprężeń szczątkowych lub odkształceń i odkształceń spowodowanych przez zewnętrzną siłę wyjmowania z formy.

4 Etap wyjmowania z formy

Wyjmowanie z formy jest ostatnim etapem cyklu formowania wtryskowego. Chociaż produkt został uformowany na zimno, wyjmowanie z formy nadal ma bardzo istotny wpływ na jego jakość. Niewłaściwe metody wyjmowania z formy mogą powodować nierównomierne działanie siły na produkt podczas wyjmowania z formy i deformację produktu podczas wyrzucania. Istnieją dwa główne sposoby wyjmowania z formy: wyjmowanie z formy za pomocą wyrzutnika i wyjmowanie z formy za pomocą zdzieraka. Podczas projektowania formy należy wybrać odpowiednią metodę wyjmowania z formy w oparciu o cechy konstrukcyjne produktu, aby zapewnić jakość produktu. W przypadku form, w których stosuje się wyjmowanie z formy za pomocą wyrzutnika, wyrzutnik powinien być ustawiony tak równomiernie, jak to możliwe, a pozycja powinna być wybrana w miejscu, w którym opór wyjmowania z formy jest największy, a wytrzymałość i sztywność części z tworzywa sztucznego są największe, aby uniknąć deformacji i uszkodzenia części z tworzywa sztucznego. Płyta zdzieraka jest zazwyczaj stosowana do wyjmowania z formy pojemników o głębokich wnękach i cienkich ściankach oraz przezroczystych produktów, które nie pozwalają na ślady po popychaczach. Cechy charakterystyczne tego mechanizmu to duża i równomierna siła wyjmowania z formy, płynny ruch i brak widocznych śladów resztkowych.
Trzy ważne parametry
Ważne parametry związane z formowaniem wtryskowym są następujące:
1 Ciśnienie formowania wtryskowego
Ciśnienie formowania wtryskowego jest dostarczane przez układ hydrauliczny układu formowania wtryskowego. Ciśnienie cylindra hydraulicznego jest przekazywane do stopionego tworzywa sztucznego przez ślimak wtryskarki. Pod wpływem ciśnienia stopione tworzywo sztuczne wchodzi do pionowego kanału przepływu (również głównego kanału przepływu w przypadku niektórych form), głównego kanału przepływu, odgałęzionego kanału przepływu formy przez dyszę wtryskarki i wchodzi do wnęki formy przez wlew. Ten proces to proces formowania wtryskowego lub jest nazywany procesem napełniania. Istnienie ciśnienia ma na celu pokonanie oporu w procesie przepływu stopionego tworzywa lub odwrotnie, opór w procesie przepływu musi zostać zrównoważony przez ciśnienie wtryskarki, aby zapewnić płynny postęp procesu napełniania. Podczas procesu formowania wtryskowego ciśnienie w dyszy wtryskarki jest najwyższe, aby pokonać opór przepływu stopionego tworzywa przez cały proces. Następnie ciśnienie stopniowo maleje wzdłuż długości przepływu do przedniego końca czoła fali stopu. Jeżeli wylot wewnątrz wnęki formy jest dobry, końcowe ciśnienie na przednim końcu stopu jest ciśnieniem atmosferycznym.
Na ciśnienie napełniania stopionego materiału wpływa wiele czynników, które można podzielić na trzy kategorie:
1) Czynniki materialne
Takie jak rodzaj i lepkość plastiku;
2) Czynniki strukturalne
Takie jak typ, liczba i położenie układu wlewowego, kształt gniazda formy i grubość produktu;
3) Elementy procesu formowania
2 Czas wtrysku
Czas wtrysku odnosi się tutaj do czasu potrzebnego, aby stop plastiku wypełnił gniazdo, z wyłączeniem czasu pomocniczego, takiego jak otwieranie i zamykanie formy. Chociaż czas wtrysku jest bardzo krótki i ma niewielki wpływ na cykl formowania, regulacja czasu wtrysku ma duży wpływ na kontrolę ciśnienia wlewu, kanału doprowadzającego i gniazda. Rozsądny czas wtrysku pomaga stopowi wypełnić się idealnie i ma duże znaczenie dla poprawy jakości powierzchni produktu i zmniejszenia tolerancji wymiarowej. Czas wtrysku powinien być znacznie krótszy niż czas chłodzenia, który wynosi około 1/10 do 1/15 czasu chłodzenia. Tę zasadę można wykorzystać jako podstawę do przewidywania całkowitego czasu formowania części z tworzyw sztucznych. Podczas wykonywania analizy przepływu formy czas wtrysku w wyniku analizy jest równy czasowi wtrysku ustawionemu w warunkach procesu tylko wtedy, gdy stop jest całkowicie wypychany przez ślimak w celu wypełnienia gniazda. Jeśli przełącznik utrzymywania ciśnienia ślimaka nastąpi przed wypełnieniem gniazda, wynik analizy będzie większy niż ustawienie warunków procesu.
3 Temperatura wtrysku
Temperatura wtrysku jest ważnym czynnikiem wpływającym na ciśnienie wtrysku. Lufa wtryskarki ma 5 do 6 sekcji grzewczych, a każdy surowiec ma odpowiednią temperaturę przetwarzania (szczegółowe informacje na temat temperatur przetwarzania można znaleźć w danych dostarczonych przez dostawcę materiału). Temperaturę wtrysku należy kontrolować w określonym zakresie. Jeśli temperatura jest zbyt niska, stop nie zostanie dobrze uplastyczniony, co wpłynie na jakość formowanej części i zwiększy trudność procesu; jeśli temperatura jest zbyt wysoka, surowiec łatwo ulegnie rozkładowi. W rzeczywistym procesie formowania wtryskowego temperatura wtrysku jest często wyższa niż temperatura lufy. Wyższa wartość jest związana z szybkością wtrysku i wydajnością materiału i może osiągnąć nawet 30°C. Jest to spowodowane wysokim ciepłem generowanym przez ścinanie, gdy stop przechodzi przez port wtryskowy. Istnieją dwa sposoby na skompensowanie tej różnicy podczas wykonywania analizy przepływu formy. Jednym z nich jest próba zmierzenia temperatury stopu podczas wtryskiwania do powietrza, a drugim uwzględnienie dyszy w modelowaniu.
4. Utrzymywanie ciśnienia i czasu
Gdy proces formowania wtryskowego dobiega końca, ślimak przestaje się obracać i porusza się tylko do przodu. W tym momencie formowanie wtryskowe wchodzi w fazę utrzymywania. Podczas procesu utrzymywania ciśnienia dysza wtryskarki stale podaje materiał do wnęki, aby wypełnić objętość zwolnioną przez skurcz części. Jeśli wnęka jest wypełniana bez utrzymywania ciśnienia, część skurczy się o około 25%, zwłaszcza żebra skurczą się zbyt mocno i utworzą ślady skurczu. Ciśnienie utrzymywania ciśnienia wynosi na ogół około 85% maksymalnego ciśnienia napełniania, które należy określić zgodnie z rzeczywistą sytuacją.

5 Przeciwciśnienie

Przeciwciśnienie odnosi się do ciśnienia, które należy pokonać, gdy ślimak cofa się i wycofuje, aby zmagazynować materiał. Zastosowanie wysokiego przeciwciśnienia sprzyja rozproszeniu barwników i topieniu tworzyw sztucznych, ale wydłuża również czas cofania się ślimaka, zmniejsza długość włókien plastikowych i zwiększa ciśnienie wtryskarki. Dlatego przeciwciśnienie powinno być niższe, na ogół nie przekraczając 20% ciśnienia wtrysku. Podczas wtryskiwania tworzyw piankowych przeciwciśnienie powinno być wyższe niż ciśnienie wytwarzane przez gaz, w przeciwnym razie ślimak zostanie wypchnięty z cylindra. Niektóre wtryskarki mogą zaprogramować przeciwciśnienie, aby zrekompensować zmniejszenie długości ślimaka podczas topienia, co zmniejszy ciepło wejściowe i obniży temperaturę. Jednak ponieważ wynik tej zmiany jest trudny do oszacowania, niełatwo jest dokonać odpowiednich regulacji w maszynie.

Wniosek

Ze względu na wymagania rozwojowe dotyczące lekkości i niskiego zużycia energii przez samochody, skład materiałowy części samochodowych zmienił się znacząco z plastiku na stal. Sądząc po zastosowaniu tworzyw sztucznych w samochodach w kraju i za granicą, ilość formowanie wtryskowe konsoli środkowej stał się ważnym wskaźnikiem poziomu technologii produkcji samochodów.