انقباض قالبگیری تزریقی تنها متغییر مهم در دستیابی به دقت ابعادی در قطعات پلاستیکی قالبگیری شده است. هر ماده ترموپلاستیک با انتقال از حالت مذاب در حفره به قسمت جامد در دمای اتاق منقبض می شود - سوال این نیست که آیا انقباض رخ می دهد یا خیر، بلکه این است که چقدر، در کدام جهت و تا چه حد می توان آن را به طور قابل پیش بینی در طراحی قالب جبران کرد. درک و کنترل انقباض برای موفقیت ابزارآلات برای اولین بار، تولید قطعات با تحمل سخت و حذف اصلاحات پرهزینه قالب پس از برش فولاد، اساسی است.
این راهنما فیزیک انقباض، روشهای محاسبه، نرخهای خاص مواد برای رزینهای رایج، تمایز حیاتی بین انقباض خطی و حجمی، نقش خنککننده، استراتژیهای جبران طراحی قالب و اثر پایین دستی بر دقت ابعاد را پوشش میدهد.
انقباض قالب گیری تزریقی کاهش ابعادی است که یک قطعه پلاستیکی قالبگیری شده بین لحظه خروج از قالب تا حالت پایدار نهایی خود در دمای اتاق متحمل میشود. این به صورت نسبتی - معمولاً بر حسب میلیمتر بر میلیمتر (میلیمتر بر میلیمتر) یا معادل آن درصد - از تفاوت بین ابعاد حفره قالب و ابعاد قطعه مربوطه تقسیم بر بعد حفره قالب بیان میشود.
انقباض arises from three overlapping physical mechanisms:
تمایز بین انقباض قالب (در داخل قالب بسته، از فشار حفره تا جهش رخ می دهد) و انقباض پس از قالب (که پس از تخلیه، در طول زمان رخ می دهد) از نظر عملی مهم است: انقباض پس از قالب می تواند برای 24-96 ساعت پس از پرتاب برای مواد نیمه کریستالی، و باید در زمان بازرسی ابعادی و تعاریف تحمل در نظر گرفته شود.
استاندارد محاسبه انقباض فرمول مورد استفاده در طراحی قالب عبارت است از:
S = (L قالب - ال بخش ) / ال قالب
کجا S ضریب انقباض است (به صورت mm/mm یا به صورت اعشاری بیان می شود) L قالب بعد حفره است و L بخش بعد قطعه اندازه گیری شده در شرایط استاندارد (معمولاً 23 درجه سانتیگراد، 24 ساعت پس از بیرون ریختن در ISO 294-4) است.
برای محاسبه ابعاد حفره قالب مورد نیاز از بعد قطعه هدف:
L قالب = L بخش / (1 - S)
نمونه کار شده: یک قطعه PP به طول نهایی 100.00 میلی متر نیاز دارد. برگه اطلاعات مواد، نرخ انقباض 1.5٪ (S = 0.015) را فهرست می کند. بعد حفره باید برش داده شود:
L قالب = 100.00 / (1 - 0.015) = 100.00 / 0.985 = 101.52 میلی متر
در عمل، انقباض ناهمسانگرد است - آن را در متفاوت است جهت جریان در مقابل جهت عرضی به ویژه در گریدهای تقویت شده با الیاف شیشه و در قسمت هایی با تغییر ضخامت دیواره قابل توجه. بنابراین، یک طراحی قالب دقیق، مقادیر انقباض متفاوت جهتدار را اعمال میکند، که معمولاً از نرمافزار شبیهسازی جریان قالب (Moldجریان، Moldex3D یا معادل آن) بهجای میانگینهای صفحه داده بهتنهایی به دست میآید.
متغیرهای کلیدی که مقدار انقباض موثر را از شکل برگه اسمی تغییر میدهند عبارتند از:
انقباض can be expressed in two fundamentally different ways, and the distinction matters for both measurement practice and mold compensation strategy.
انقباض خطی (همچنین انقباض قالب در ASTM D955 یا ISO 294-4 نامیده می شود) تغییر ابعادی را در امتداد یک محور اندازه گیری می کند - معمولاً جهت جریان یا جهت عرضی یک میله تست استاندارد شده. این رقمی است که در برگه های اطلاعات مواد منتشر شده و مستقیماً در محاسبات ابعاد حفره استفاده می شود. مقادیر انقباض خطی برای ترموپلاستیک های معمولی از 0.1٪ (PMMA، PC) به پایان 3.0٪ (HDPE پر نشده، POM) .
انقباض حجمی کاهش کل حجم قطعه را از حالت مذاب به حالت جامد توصیف می کند که انقباض را در هر سه بعد به طور همزمان در بر می گیرد. تقریباً - اما نه دقیقاً - سه برابر مقدار انقباض خطی برای مواد همسانگرد است. برای مواد ناهمسانگرد (قطعات پر شده از شیشه، جهت دار یا با دریچه های شدید)، این رابطه پیچیده تر است، زیرا انقباض در جهت جریان می تواند با انقباض عرضی با یک عامل متفاوت باشد. 2-4× .
انقباض حجمی مقداری است که توسط نرم افزار شبیه سازی قالب گیری تزریقی پیش بینی می شود و برای ارزیابی ریسک استفاده می شود. آثار و حفره های سینک - هر دوی اینها زمانی اتفاق میافتند که قبل از اینکه مواد کافی در هسته بسته شود تا کاهش حجمی در طول خنکسازی جبران شود، سطح جامد میشود. دیفرانسیل انقباض حجمی بیشتر از 6-8٪ بین پوست سطح و هسته در یک بخش ضخیم یک پیش بینی قابل اعتماد از سینک قابل مشاهده یا حفره های داخلی است.
ABS (اکریلونیتریل بوتادین استایرن) یک ترموپلاستیک آمورف است، به این معنی که فاقد مکانیسم تبلور است که باعث انقباض زیاد در رزین های نیمه کریستالی می شود. را نرخ انقباض ABS به نسبت پایین و قابل پیش بینی است، معمولاً در محدوده 0.4-0.8٪ (0.004-0.008 mm/mm) برای گریدهای پر نشده.
ویژگی های کلیدی رفتار انقباض ABS:
انقباض کم و مداوم ABS، آن را به ماده ای ترجیحی برای قطعات زیبایی شناختی با تحمل محکم - محفظه های لوازم الکترونیکی مصرفی، تزئینات داخلی خودرو و محفظه های دستگاه های پزشکی - تبدیل می کند که در آن تکرار ابعادی در تولید با حجم بالا ضروری است.
پلی پروپیلن (PP) یک پلیمر نیمه کریستالی است و رفتار انقباض آن نشان دهنده تأثیر قوی تبلور بر تغییر ابعاد است. را نرخ انقباض PP برای گریدهای هموپلیمر پر نشده از 1.5-2.5٪ - تقریباً سه تا پنج برابر بالاتر از ABS - آن را به یکی از رزین های کالایی با بالاترین انقباض در استفاده رایج تبدیل می کند.
عوامل مهم در مدیریت انقباض PP:
نایلون (پلی آمید) یک پروفایل انقباض پیچیده منحصر به فرد ارائه می دهد زیرا رفتار ابعادی آن نه تنها تحت تأثیر تبلور در طی قالب گیری است، بلکه تحت تأثیر قرار می گیرد. جذب رطوبت پس از تخلیه - پدیده ای که تا حدی انقباض را خنثی می کند و باید در مشخصات تحمل برای اجزای نایلونی که در محیط های مرطوب یا غوطه ور کار می کنند در نظر گرفته شود.
را نرخ انقباض نایلون مقادیر رایج ترین نمرات عبارتند از:
را moisture absorption effect is significant: dry-as-molded (DAM) PA6 absorbs up to 2.5-3.5٪ رطوبت وزنی در حالت تعادل در شرایط مرطوب، باعث انبساط ابعادی می شود 0.5-0.9٪ که تا حدی انقباض قالب را بازیابی می کند. مهندسانی که قطعات نایلونی را برای تناسب دقیق طراحی می کنند باید تعیین کنند که آیا تحمل در شرایط DAM، در تعادل RH 50٪ (اتمسفر استاندارد ISO)، یا در اشباع کامل اعمال می شود - و باید فولاد قالب را بر اساس آن برش دهند.
خنکسازی مرحلهای از چرخه قالبگیری تزریقی است که بیشترین تأثیر را بر میزان و توزیع انقباض دارد - و بنابراین بر کیفیت ابعادی و رفتار تاب برداشتن قطعه تمامشده. را effect of cooling on shrinkage از طریق چندین مکانیسم عمل می کند که مهندس فرآیند باید به طور همزمان آنها را مدیریت کند.
در پلیمرهای نیمه کریستالی، سرعت سرد شدن مستقیماً درجه بلورینگی بدست آمده را کنترل می کند: خنک شدن کندتر → تبلور کامل تر → جمع شدگی بیشتر . یک قطعه PP که در قالبی در دمای 80 درجه سانتیگراد خنک می شود، به طور قابل توجهی بیشتر از همان قسمتی که در دمای 20 درجه سانتیگراد خنک شده است، منقبض می شود، در حالی که همه چیز برابر است. این رابطه در طراحی مدارهای خنککننده قالب مورد استفاده قرار میگیرد - برای کاربردهایی که به حداقل انقباض نیاز دارند، دمای قالب عمداً پایین نگه داشته میشود. برای کاربردهایی که پایداری پس از قالب و بلورینگی یکنواخت در سراسر دیوارهای ضخیم اولویت دارند (به عنوان مثال، چرخ دنده های دقیق)، دمای قالب بالاتر و کنترل شده حتی به قیمت انقباض اسمی بالاتر ترجیح داده می شود.
سرمایش غیریکنواخت در سرتاسر قطعه - ناشی از چیدمان مدار خنک کننده ناهموار، تغییرات قابل توجه ضخامت دیواره، یا جرم نامتقارن فولاد قالب - ایجاد می کند انقباض دیفرانسیل : نواحی مختلف قطعه با مقادیر متفاوتی منقبض می شوند و در نتیجه تنش داخلی و تاب خوردگی قطعه ایجاد می شود زیرا قطعه به دنبال شکل تعادلی است. انقباض دیفرانسیل به اندازه کوچک 0.1-0.2٪ بین دو طرف هسته و حفره یک قسمت صاف برای ایجاد انحنای قابل مشاهده در یک پانل 200 میلی متری کافی است.
کانالهای خنککننده منسجم - تولید شده توسط درجهای قالب ساخته شده با مواد افزودنی که خطوط قطعه را در فاصله یکنواخت دنبال میکنند - مؤثرترین راهحل مهندسی برای یکنواختی خنککننده هستند که زمان چرخه را کاهش میدهند. 20-40٪ و انحراف با حاشیه های قابل مقایسه در مقابل کانال های حفاری معمولی.
زمان خنک سازی ناکافی - بیرون انداختن قطعه قبل از اینکه دمای هسته به زیر دمای انحراف حرارتی (HDT) ماده کاهش یابد - به تغییر شکل پس از تخلیه اجازه می دهد زیرا هسته هنوز نرم در برابر پوستی که از قبل سفت شده است به کوچک شدن ادامه می دهد. نتیجه تاب خوردگی، سینک یا هر دو است. یک قانون کلی این است که قطعه باید تا زمانی که خنک شود گرمترین نقطه در دیوار حداقل به 20 درجه سانتیگراد زیر HDT رسیده است قبل از اعمال نیروهای جهشی
کاهش انقباض - یا به طور دقیق تر، کاهش تنوع انقباض - نیاز به یک رویکرد هماهنگ در انتخاب مواد، طراحی قالب و تنظیمات فرآیند دارد. استراتژی های زیر به ترتیب اهرم فهرست شده اند:
موثر قالب design for shrinkage compensation با درک این موضوع شروع می شود که حفره باید به طور عمدی نسبت به ابعاد قطعه هدف با مقدار انقباض مورد انتظار بزرگتر شود - و این بزرگ سازی باید به طور جهت دار اعمال شود، نه به طور یکنواخت، تا ناهمسانگردی را در نظر بگیرد.
تمام ابعاد حفره در جهت جریان، جهت عرضی و جهت ضخامت توسط ضریب انقباض جهتی مناسب قبل از اینکه طرح قالب برای ماشین کاری آزاد شود، به سمت بالا تغییر می کند. برای قطعه ای با ویژگی 50 میلی متری در جهت جریان هموپلیمر PP (S flow = 2.0٪، بعد حفره در 50 / (1 - 0.020) برش داده می شود. 51.02 میلی متر . بعد عرضی برای همان ویژگی، جایی که S عرضی = 1.5٪، در 50 / (1 - 0.015) = کاهش می یابد 50.76 میلی متر .
طراحی گیت به طور مستقیم بر راندمان بسته بندی و در نتیجه جمع شدگی نظارت می کند. اصول کلیدی:
با توجه به حساسیت انقباض موثر به شرایط فرآیند و عدم قطعیت در پیشبینی مقادیر دقیق برای یک هندسه معین، ابزارسازان با تجربه از استراتژی ایمن فولاد : حفره ها عمداً در انتهای پایین محدوده انقباض مورد انتظار بریده می شوند (تولید یک قطعه بزرگ که باید با برداشتن فولاد تحمل شود - یعنی باز کردن حفره). این بسیار کم هزینه تر از سناریوی معکوس است که در آن حفره بیش از حد بزرگ بریده شده و فولاد باید از طریق جوشکاری اضافه شود.
شبیهسازی جریان قالب نقش مهمی در پیشبینی انقباض قبل از برش فولاد دارد. ابزارهای شبیه سازی مدرن می توانند انقباض در داخل را پیش بینی کنند 0.1-0.2٪ مقادیر واقعی برای موادی که به خوبی مشخص می شوند، کاهش اتکا به مزایای محافظه کارانه ایمن فولادی و فعال کردن اهداف دقت برش اول تهاجمی تر.
انقباض affects dimensional accuracy through three distinct failure modes, each requiring a different corrective approach:
اگر انقباض اعمال شده در حین طراحی حفره با انقباض واقعی به دست آمده در تولید متفاوت باشد، تمام ابعاد قطعه به طور سیستماتیک در یک جهت جابجا می شوند. این ساده ترین حالت خرابی است: قطعات به طور مداوم در کل دوره تولید بیش از حد یا کم اندازه می شوند. با تنظیم ابعاد حفره (حذف یا افزودن فولاد) پس از آزمایشات تولید، انقباض موثر واقعی در پنجره فرآیند تایید شده، اصلاح می شود.
انقباض دیفرانسیل - ناشی از تغییر ضخامت دیوار، خنک کننده نامتقارن، یا مواد پر از شیشه با جهت گیری بالا - باعث ایجاد تاب خوردگی می شود: با انقباض مناطق مختلف به مقادیر مختلف، قطعه از صفحه خارج می شود. تاب برداشتن با پوسته پوسته شدن حفره قابل اصلاح نیست. نیاز به تغییر در طراحی مدار خنک کننده، محل دروازه، هندسه قطعه (افزودن دنده برای مقاومت در برابر خمش)، یا انتخاب مواد دارد. در موارد شدید، حفره عمداً در جهت مخالف اعوجاج پیشبینیشده تاب میخورد - تکنیکی که گاهی اوقات نامیده میشود. " جبران قبل از تغییر شکل " - به طوری که قسمت تاب خورده به هندسه مسطح هدف بازگردد.
حتی با وجود حفره ای که به درستی جبران شده است، تنوع ابعادی ناشی از انقباض بین عکس ها قابلیت فرآیند (Cpk) را کاهش می دهد. منابع تغییر شکل شات به شات شامل نوسانات در فشار نگهداری، دمای مذاب، دمای آب خنک کننده و فشار برگشتی است. تولید با دقت بالا - به ویژه برای دستگاههای پزشکی، اجزای نوری و مجموعههای مکانیکی با تحمل نزدیک - نیازمند کنترل دقیق فرآیند در تمام این متغیرها، با تکرارپذیری فشار نگهدارنده است. ± 0.5٪ یا بهتر است یک مشخصات رایج برای انتخاب پرس دقیق باشد.
| مواد | تایپ کنید | انقباض Rate (unfilled) | انقباض Rate (GF30) | خطر ناهمسانگردی |
|---|---|---|---|---|
| ABS | بی شکل | 0.4-0.8٪ | 0.1-0.3٪ | کم |
| PC | بی شکل | 0.5-0.7٪ | 0.1-0.3٪ | کم |
| PP (هموپلیمر) | نیمه کریستالی | 1.5-2.5٪ | 0.4-0.8٪ | متوسط – زیاد |
| PA6 (نایلون 6) | نیمه کریستالی | 0.8-1.5٪ | 0.3-0.5٪ | بالا (نمرات GF) |
| PA6.6 (Nylon 6.6) | نیمه کریستالی | 1.0-2.0٪ | 0.3-0.6٪ | بالا (نمرات GF) |
| POM (استال) | نیمه کریستالی | 2.0-3.5٪ | 0.5-1.0٪ | بالا (نمرات GF) |
| HDPE | نیمه کریستالی | 2.0-4.0٪ | N/A (به ندرت GF) | متوسط |
انقباض rates range from approximately 0.1% for rigid amorphous materials such as PMMA, up to 4.0% or more for unfilled semi-crystalline polymers such as HDPE and POM. Most common engineering resins fall in the range of 0.4–2.5%. Material datasheets always publish a nominal shrinkage range; the actual value achieved in production depends on wall thickness, mold temperature, holding pressure, and gate design.
پلیمرهای نیمه کریستالی در طول انجماد تحت کاهش حجمی اضافی قرار می گیرند زیرا زنجیره های مولکولی در مناطق کریستالی منظم سازماندهی می شوند - یک انتقال فاز که شامل افزایش چگالی قابل توجهی است. پلیمرهای آمورف فاقد این مکانیسم تبلور هستند و تنها به دلیل انقباض حرارتی منقبض می شوند و مقادیر انقباض بسیار کمتر و قابل پیش بینی تری تولید می کنند.
در طول مرحله نگهداری، مذاب اضافی تحت فشار وارد حفره می شود تا کاهش حجمی را با جامد شدن قطعه جبران کند. فشار نگهداری بالاتر مواد بیشتری را در همان حجم حفره بسته بندی می کند و به طور مستقیم شکاف ابعادی بین اندازه حفره و اندازه قطعه نهایی را کاهش می دهد. فشار نگه داشتن موثرترین پارامتر تک فرآیندی برای کنترل بزرگی انقباض است.
انقباض is the uniform reduction in size of a part as it cools. Warpage is distortion — out-of-plane bending or twisting — caused by differential shrinkage at different locations within the same part. Shrinkage is corrected by scaling the mold cavity; warpage requires changes to cooling circuit design, gate location, wall thickness uniformity, or material selection, and cannot be corrected by cavity scaling alone.
روش استاندارد صنعت بر اساس ISO 294-4 اندازه گیری انقباض 16 تا 24 ساعت پس از پرتاب در دمای 23 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی 50 درصد است. برای مواد نیمه کریستالی با تبلور قابل توجه پس از قالب (PP، PA، POM)، 48-72 ساعت بیشتر نماینده بعد پایدار نهایی است. قطعات نایلونی که رطوبت را در حین سرویس جذب میکنند باید هم در حالت خشک (DAM) و هم پس از تهویه رطوبت اندازهگیری شوند تا محدوده ابعادی کامل در محیط سرویس را درک کنید.
حق چاپ © شرکت قالب گیری دقیق Suzhou Huanxin ، Ltd. تمامی حقوق محفوظ است.
