Влияние дизайна системы Gating на поведение и предотвращение дефектов наполнителя плесени
Влияние дизайна системы Gating на поведение и предотвращение дефектов наполнителя плесени
Система затвора литья под давлением является гораздо большим, чем простой канал для расплавленного пластика. Именно критический интерфейс управления диктует, как расплав полимера попадает в полость, протекает через сложные геометрии и в конечном итоге затвердевает. Плохо спроектированный затвор может вводить нагрев сдвига, несбалансированный поток и преждевременное замораживание, что приводит к дорогостоящим дефектам и непоследовательному качеству деталей. И наоборот, хорошо спроектированная система затвора способствует равномерной упаковке полости, минимизирует остаточное напряжение и сокращает время цикла. В этой статье исследуются фундаментальные принципы конструкции системы затвора, ее прямое влияние на поведение заполнителя прессования и стратегии, используемые для предотвращения общих дефектов литья под давлением.
Компоненты системы гейтинга
Чтобы понять, как конструкция жевания влияет на наполнение, мы должны сначала изучить анатомию системы. Система жевания состоит из ели, бегуна, ворот и часто холодного слизняка. Каждый элемент должен быть спроектирован в гармонии, чтобы доставить расплав при правильной температуре, давлении и скорости.
Спру
Спру является основным каналом, соединяющим сопло машины с системой бегуна. Его длина, угол сужения (обычно 1,5-5° сбоку) и диаметр выбраны для минимизации падения давления и предотвращения преждевременного затвердевания. Спру, которая слишком узкая, ограничивает поток, в то время как слишком длинная может вызвать чрезмерное охлаждение.
бегун
Бегуны распределяют расплав от ели до отдельных ворот. Два наиболее распространенных поперечных сечения являются полными и трапециевидными. Полнооборотные бегуны предлагают наименьшее падение давления и лучшее удержание тепла, потому что они минимизируют соотношение поверхности к объему. Трапециевидные бегуны легче обрабатывать в одну пластину формы и обычно используются в двух пластинчатых формах. Диаметр бегуна должен быть размером для размещения объема выстрела без чрезмерной потери давления - как правило, диаметр бегуна от 1,5 до 2 раз толстее, секция стены детали обеспечивает хорошую отправную точку.
Ворота
Ворота являются окончательным ограничением до того, как расплав попадает в полость. Его геометрия контролирует скорость потока, скорость сдвига и время замораживания ворот. Ключевые размеры ворот включают длину (землю), ширину и глубину. Более короткая земля (0,5-1,5 мм) снижает падение давления и предотвращает покраснение ворот. Площадь поперечного сечения ворот обычно составляет от 30 до 80% поперечного сечения бегуна в зависимости от геометрии материала и детали.
Холодный слизняк
Расположенный в конце ели или бегуна, колодец холодного слизняка улавливает исходный холодный высоковязкий материал, который выходит перед фронтом расплава. Без него этот холодный слизень может попасть в полость и вызвать дефекты поверхности или слабые трикотажные линии.
Влияние дизайна гейтинга на заполнение плесени
Конструкция системы затвора непосредственно регулирует поведение потока внутри полости.Три критических аспекта — стабильность фронта потока, распределение скорости сдвига и время замораживания затвора.
Поведение фронта потока
Идеальный фронт потока продвигается равномерно и с ламинарным профилем. А ламинарный фронт потока толкает воздух вперед, позволяя ему выходить через вентиляционные отверстия и штифты эжектора. Турбулентность, часто вызванная струящимся потоком через плохо расположенные ворота, может захватывать воздух и создавать следы ожога. Размещение ворот на более толстых секциях стимулирует поток постепенно заполнять полость, тогда как ворота вблизи тонкой секции могут вызывать колебания и воздушные ловушки.
Скорость сдвига и повышение температуры
По мере прохождения расплава через ворота он испытывает высокие скорости сдвига. Для разжижающих сдвига полимеров (большинство термопластов) это временно снижает вязкость — полезно для заполнения тонких стен. Однако чрезмерный сдвига генерирует фрикционное тепло , которое может ухудшить материал, вызвать следы ожога или привести к локализованным температурным градиентам, которые приводят к деформации. Врата с ограничительными толщинами (например, небольшие пинхолы) производят скорости сдвига выше 105 с-1, что может превышать предел термической стабильности материала. И наоборот, слишком большие ворота могут не обеспечивать достаточное нагревание сдвига, что приводит к более медленному заполнению и более высокому риску коротких выстрелов.
Ворота заморозили время
Во время упаковки и охлаждения ворота должны замерзнуть до того, как материал полости полностью затвердеет, но не до того, как будет передано адекватное давление упаковки. Затвор, который замерзает слишком рано, предотвращает компенсацию усадки, вызывая следы раковины. Затвор, который замерзает слишком поздно, оставляет видимый знак затвора или краснеет и может вызвать прилипание. Инженеры контролируют замораживание путем регулирования толщины затвора и длины земли. Правило большого пальца: толщина затвора должна составлять от 50% до 80% толщины стенки полости. Использование более тонких ворот способствует более быстрому замораживанию, улучшая время цикла, но может ограничивать поток упаковки.
Дизайн системы общих половых органов и их влияние
Каждый тип ворот предлагает различные характеристики потока и компромиссы дефектов. Выбор должен соответствовать геометрии детали, материалу и эстетическим требованиям.
Pin (Edge) - Ворота
Наиболее распространенный тип ворот, штифтовые ворота — небольшое круглое отверстие, расположенное на линии разъединения. Он прост в машинном обслуживании и легко отрывается автоматически. Пиновые ворота хорошо работают для деталей среднего размера и материалов общего назначения. Однако они создают видимый пережиток и могут вызвать струйное струйное движение, если расплав попадает непосредственно в толстый участок.
Фан-Ворот
Вентиляторные ворота расширяются от бегуна до тонкого, широкого отверстия. Он распределяет расплав по большей площади, уменьшая напряжение сдвига и способствуя равномерному фронту потока. Вентиляторные ворота идеально подходят для больших плоских деталей, которые требуют низкого внутреннего напряжения, таких как панели или корпуса. Основным недостатком является больший остаток ворот, который может потребовать вторичной обрезки.
Врата Таб
Затвор вкладки представляет собой прямоугольное отверстие, размещенное на небольшой вкладке или удлинении детали. Оно позволяет расплаву проникать в полость через тонкий участок, который можно впоследствии обрезать. Затворные ворота помогают предотвратить струйное движение и уменьшить ориентацию, поскольку вкладка действует как распределитель потока. Они являются общими для деталей со стекловолоконной армированием, так как минимизируют ориентацию волокна на воротах.
Подводные (туннельные) ворота
Подводные ворота расположены ниже линии разъединения, что позволяет автоматически дегировать при открытии формы. Они самообрезки, оставляя небольшой остаток на части. Однако геометрия туннеля повышает сдвига и может привести к затвору румянец. Эти ворота лучше всего работают для гибких материалов, таких как полипропилен и полиэтилен.
Системы Hot Runner
Системы с горячим бегуном поддерживают бегун и ворота при температуре обработки, устраняя отходы и позволяя точное местоположение ворот. Два основных типа - термические ворота (с наконечником накала накала) и клапанные ворота (с механически приводимым в действие штифтом). Валвные ворота предлагают независимый контроль каждой полости или ворот, позволяя последовательное заполнение больших деталей для управления сварными линиями. Горячие бегуны улучшают время цикла, но добавляют стоимость и сложность обслуживания.
Системы Cold Runner
Холодные бегуны проще и дешевле, но материал в бегунах переработан или выброшен. Температурное падение в бегуне может вызвать несоответствия, особенно в многополостных форм. Сбалансированные бегуны макеты (например, H-паттерн или X-паттерн) необходимы для обеспечения равномерного заполнения.
Оптимизация галочки для профилактики дефектов
Наиболее распространенные дефекты литья под давлением имеют хорошо документированные корни в плохом дизайне жевательной резинки. Ниже мы рассмотрим, как параметры жевательной резинки можно регулировать для предотвращения этих дефектов.
Короткие выстрелы
Короткий выстрел происходит, когда полость не заполняется полностью. Это часто связано с слишком маленькими воротами, вызывающими чрезмерное падение давления, или расположением ворот, которое требует расплава для прохождения через длинную тонкую область. Увеличение размера ворот или добавление второго ворот снижает сопротивление потоку. Размещение ворот вблизи самой толстой секции гарантирует, что достаточно материала может быть упаковано перед замораживанием.
Страница
Неравномерная усадка, вызванная неравномерным распределением давления и температуры, приводит к деформации. Обострение, которое создает несбалансированный путь потока, где одна сторона полости заполняется быстрее, усиливает это. Множество ворот или фановые ворота могут равномерно распределять расплав. Кроме того, ворота, которые позволяют более высокому давлению упаковки достигать самых дальних углов, помогают уменьшить дифференциальную усадку.
Воздушные ловушки и сжигающие метки
Когда передний наступающий поток складывается над собой или захватывает воздух, сжатый воздух может вызвать горение поверхности. Ворота, расположенные в самой толстой секции, позволяют расплаву выталкивать воздух вперед к вентиляционным отверстиям. Избегание ворот напротив тонких стен или вблизи слепых карманов уменьшает зацепление воздуха. В крайних случаях последовательное захлопывание клапанов может контролировать фронт потока и предотвращать воздушные ловушки.
реактивный
Реактивное движение происходит, когда расплав попадает в полость на высокой скорости и змеи проходят через воздух перед касанием стен. Это создает линии потока и слабые линии сварки. Чтобы предотвратить струйное движение, спроектируйте ворота для прямого потока против ядра или стены, или используйте таб или подводные ворота , которые заставляют расплав течь вдоль стенки полости. Снижение скорости впрыска во время начальной фазы заполнения также помогает.
Потоковые знаки и сварные линии
Отметки потока (образцы волнистой поверхности) возникают, когда передний плавкий слой колеблется и охлаждается. Слишком малые или плохо расположенные ворота могут вызывать колебания. Увеличение размера ворот или перемещение ворот в более толстую область позволяет непрерывному потоку. Образуются сварные линии, где встречаются две фронты потока. Размещение ворот для минимизации количества сварных линий или использование горячих клапанов бегуна для сжатия фронтов под давлением укрепляет связь.
Понижающие знаки
Отметины от поглотителей появляются из-за недостаточного давления в упаковках в толстых секциях. Затвор должен оставаться расплавленным достаточно долго, чтобы позволить материалу быть толкнутым в полость после первоначального заполнения. Затвор, который является слишком тонким , рано замерзает, предотвращая адекватную упаковку. Увеличение толщины затвора или использование горячего бегуна с клапанным затвором может поддерживать давление в упаковке дольше.
Расширенные соображения в дизайне Gating
Для современных форм с высокой кавитацией не достаточно простых правил большого пальца. Необходимы передовые методы, такие как моделирование потока и балансировка бегунов.
Многополосная балансировка плесени
В формовках, производящих несколько различных частей (семейных форм) или идентичных частей, бегуны должны быть сбалансированы так, чтобы каждая полость заполнялась при одном и том же давлении и времени. Балансировка поворота включает в себя регулирование длины и диаметров бегуна, чтобы падение давления на каждый затвор было идентичным. Программное обеспечение с компьютерной поддержкой (CAE), такое как Автодесковский молдфлоу , может выполнять итеративную балансировку. Несбалансированная система заставляет некоторые полости переупаковываться, в то время как другие коротко выстреливают, что приводит к слому.
Расчет размера ворот
Правильный размер ворот является количественным упражнением. Требуемая площадь поперечного сечения ворот (A]g) может быть оценена с использованием скорости потока (Q) и допустимой скорости сдвига (γ?) Для типичных термопластов скорость сдвига у ворот должна быть ниже 5×105 с−1. Формула Ag = Q/ (γ? × длина земли) обеспечивает отправную точку. Кроме того, ворота должны быть достаточно большими, чтобы позволить упаковку: Ag ≥ (0.5.0.8) × толщина стенки × ширина ворот. Для круговых ворот диаметр d может быть приближен как d = (4Q/ (π γ?)^(1/3).
Компьютерная инженерия (CAE) моделирование
Моделирование конечного элемента заполнения формы стало стандартной практикой в проектировании инструментов. Поток пресс-формы и аналогичные пакеты позволяют инженерам проверять местоположение затвора, прогнозировать линии сварки, визуализировать эволюцию фронта потока и оценивать напряжение сдвига. Моделирование может выявить эффект колебания , где поток останавливается в тонких секциях, позволяя корректирующее действие до того, как сталь разрезается. Многие формовщики теперь требуют отчета о моделировании, прежде чем утверждать окончательную конструкцию затвора.
Практическое руководство по дизайну ворот от поставщиков материалов и торговых организаций подчеркивает, что моделирование уменьшает пробные и ошибочные ошибки, которые могут быть дорогостоящими как в модификациях инструментов, так и в утилизации.
Материально-специфические соображения
Различные материалы накладывают уникальные ограничения на прокалывание. Кристаллические полимеры (например, полиамид, PBT) требуют больших затворов для обеспечения правильной упаковки и предотвращения следов раковины. Аморфные полимеры (например, ABS, PC) более чувствительны к нагреву сдвига и могут требовать вентиляторных затворов для распространения потока. Стеклозаполненные материалы должны использовать затворы, которые избегают ориентации волокна перпендикулярно потоку, поскольку это ослабляет часть. Эластомеры с низкой вязкостью могут заполняться через очень маленькие затворы, но они также требуют тщательного проветривания.
Заключение
Система жевания является сердцем литья под давлением. Его конструкция непосредственно контролирует, как полимерный расплав ведет себя во время наполнения, влияя на стабильность фронта потока, напряжение сдвига, распределение температуры и эффективность упаковки. Независимо от того, использует ли простой штифт или сложный горячий бегун с клапанным жеванием, каждое дизайнерское решение имеет последствия для качества деталей и скорости дефектов.
Понимая взаимосвязь между геометрией ворот, реологией материала и расположением полостей, дизайнеры формы могут минимизировать дефекты, такие как короткие снимки, деформация, следы ожога и следы раковины. Использование современных инструментов моделирования и соблюдение проверенных формул размеров гарантирует, что система ворот работает надежно с первого выстрела. В конечном счете, инвестирование времени в оптимизацию системы ворот уменьшает циклы пересмотра инструментов, снижает отходы и производит детали, которые отвечают более жестким допускам, что делает эту, казалось бы, небольшую деталь одним из самых высоких аспектов релевантности проектирования формы.
Для дальнейшего чтения о дизайне литья под давлением, проконсультируйтесь с Обзор Plastics Today о дизайне ворот и академическое исследование о влиянии на качество деталей .