★Implementácia viacstupňového{0}}procesu vstrekovania
Teória viacstupňového vstrekovania{0}
Počas injekcieroztaveného plastu do dutiny formy je tavenina vystavená zložitým termodynamickým a fluidným dynamickým silám. Ako je znázornené na obrázku, opisuje charakteristiky toku taveniny pri štyroch rôznych rýchlostiach vstrekovania. Obrázok (a) znázorňuje vlnité vzory prúdenia alebo fenomén „tryskania“, ku ktorému dochádza pri vysokorýchlostnom vstrekovaní-; Obrázok (b) zobrazuje stav prúdenia pri stredne- vysokej rýchlosti vstrekovania, kde je fenomén „tryskania“ na vtoku redukovaný a v podstate sa približuje k stavu „šírenia prúdu“; Obrázok (c) znázorňuje stav toku pri stredne-nízkej rýchlosti vstrekovania, kde tavenina vo všeobecnosti nevytvára fenomén „tryskania“ a tavenina môže naplniť formu stabilným „roztekajúcim sa prúdom“ s nízkou-rýchlosťou; Obrázok (d) znázorňuje nízkorýchlostné vstrekovanie, ktoré môže viesť k ťažkostiam alebo dokonca zlyhaniu pri plnení formy v dôsledku príliš nízkej rýchlosti plnenia.
Typicky extenzívny tok polymérnej taveniny podľa extenčného modelu toku tiež prebieha v troch stupňoch: počiatočný stupeň, kde čelo taveniny vykazuje radiálny tok, keď prechádza cez vtok; medzistupeň, v ktorom má čelo taveniny tvar oblúka-pod vplyvom vstrekovacieho tlaku; a konečný stupeň rovnomerného toku s viskoelastickou taveninou pôsobiacou ako predná hrana.
Charakteristiky toku taveniny v počiatočnom štádiu sú také, že tavenina vytekajúca z vtoku má pri pôsobení vstrekovacieho tlaku a rýchlosti vstrekovania určitú kinetickú energiu. Veľkosť tejto kinetickej energie (v tomto bode práve vstúpila do dutiny formy a nie je ovplyvnená žiadnym odporom prúdenia) ovplyvňuje charakteristiky radiálneho prúdenia a objem difúzie čela taveniny. Keď je táto sila obzvlášť silná, môže dôjsť k javu „tryskania“; keď je kinetická energia tejto sily primeraná, tavenina prúdi rovnomerne vo všetkých smeroch od zdroja, čo vedie k lepšiemu stavu difúzie.
Ako postupuje počiatočná fáza, tavenina sa rýchlo rozšíri a keď sa dostane do kontaktu so stenou dutiny formy, dôjde k dvom javom: a) smer prúdenia sa zmení v dôsledku síl, ktoré pôsobí stena dutiny formy; b) odpor prúdenia vzniká v dôsledku chladiacich a trecích účinkov steny dutiny formy, čo má za následok rozdiely v rýchlosti toku taveniny v rôznych bodoch. Táto charakteristika toku sa prejavuje ako nerovnaké rýchlosti toku v rôznych bodoch taveniny, pričom najvyššia rýchlosť toku je v jadre taveniny a tok materiálu prednej hrany má tvar oblúka; súčasne prúdenie v každom bode vytvára nerovnaký odpor a obmedzenie a odpor prúdenia má tendenciu rásť so zvyšujúcou sa vzdialenosťou prúdenia.
V tretej fáze roztavený materiál rýchlo prúdi do dutiny formy, pričom viskoelastická tavenina pôsobí ako čelo toku. V druhej a tretej fáze vstrekovania je hlavným faktorom ovplyvňujúcim vlastnosti plnenia formy kinetická energia generovaná vstrekovacím tlakom a rýchlosťou vstrekovania. Obrázok znázorňuje proces expanzie prúdenia a distribúciu rýchlosti. Vstrekované diely sa dodávajú v rôznych tvaroch a na obrázku je zobrazený iba jeden model. Charakteristiky toku, straty energie počas procesu plnenia formy a tvar výrobku spolu úzko súvisia a rôzne plasty majú rôzne charakteristiky toku.
1. Nízka-pleseň; 2. Studená-vrstva plastu; 3. Smer toku taveniny; 4. Rozloženie rýchlosti pri nízko-teplotnej forme.
Ideálny stav toku roztaveného materiálu v dutine formy
Ako bolo uvedené vyššie, charakteristiky rovnomerného expandujúceho toku a počiatočné štádiá toku plastovej taveniny z vtoku by nemali vykazovať javy podobné "tryskaniu" alebo charakteristikám tryskania. To si vyžaduje, aby tavenina nemala nadmerne vysokú kinetickú energiu v počiatočných štádiách toku do vtoku (nadmerná kinetická energia môže viesť k tryskaniu a serpentínovým vzorom); v strednej-fáze plnenia formy by mal mať expandujúci tok dostatočnú kinetickú energiu na prekonanie odporu toku a dosiahnutie rovnomerného stavu expanzie; v konečnom štádiu plnenia formy je potrebná viskoelastická tavenina na rýchle naplnenie formy, čím sa prekoná narastajúci odpor toku so zväčšujúcou sa vzdialenosťou toku a dosiahne sa vopred určená rovnomerná a stabilná rýchlosť toku. Na základe reologických princípov môže tento ideálny stav toku viesť k vstrekovaniu-výrobkov s vynikajúcimi fyzikálnymi a mechanickými vlastnosťami, k eliminácii vnútorného napätia a orientácie v produkte, k eliminácii klesajúcich stôp a línií povrchového toku a k zvýšeniu jednotnosti povrchového lesku produktu.
Implementácia viacstupňového procesu vstrekovania-
Viacstupňové vstrekovanie v podstate zahŕňa riadenie rôznych rýchlostí vstrekovania v momente, keď tavenina plastu vyplní dutinu formy, čo umožňuje, aby tavenina plastu počas procesu plnenia dosiahla takmer-ideálny stav. Tento ideálny proces plnenia nevnáša do plastového produktu chyby kvality, ani nevytvára napätie alebo orientačné sily. Vo všeobecnosti je proces vstrekovania dokončený v priebehu niekoľkých sekúnd až desiatok sekúnd a viacstupňový proces vstrekovania si vyžaduje transformáciu procesu plnenia na nepretržitú sekvenciu rôznych stavov plnenia riadených meniacimi sa rýchlosťami vstrekovania v tomto krátkom časovom rámci.
Podľa piatich{0}}požiadaviek skutočného viacstupňového vstrekovacieho procesu{1}} sa implementujú rôzne objemy vstrekovania a kinetickú energiu taveniny musí poskytnúť vstrekovací stroj. Súčasné vstrekovacie stroje už dokážu dosiahnuť segmentované alebo dokonca viacsegmentové riadenie vstrekovania, ako je znázornené na obrázku.
Ako je znázornené na obrázku vyššie, je možné dosiahnuť päť{0}}segmentové riadenie vstrekovania, pričom každý segment má iný vstrekovací objem. Objem vstreku riadený zdvihom je:
- Kde ΩLnje objem injekcie;
- Lnje vstrekovací zdvih;
- D je priemer skrutky vstrekovacieho stroja;
- p je hustota plastu.
Preto je možné v každom segmente použiť rôzne rýchlosti a tlaky vstrekovania na dosiahnutie požadovanej kinetickej energie roztaveného materiálu počas tohto štádia. Každý segment zodpovedá určitej zóne (n-zóne) v dutine formy. Aj keď sa kinetická energia prietoku mení v dôsledku vplyvu vtokového systému, zmena objemového prietoku by mala byť minimálna.
V skutočnej výrobe je rýchlosť vstrekovania vstrekovacích lisov, ktoré dosahujú viac{0}}stupňové vstrekovanie, riadená vo viacerých stupňoch. Typicky môže byť proces vstrekovania rozdelený do troch alebo štyroch zón, ako je znázornené na obrázku, a každá zóna môže byť nastavená s vlastnou vhodnou rýchlosťou vstrekovania, aby sa dosiahlo viacstupňové vstrekovanie. V súčasnosti majú niektoré vstrekovacie lisy aj viacstupňové pred-plastifikačné funkcie a viacstupňové{6}}pridržiavacie tlakové funkcie.
Viacstupňová krivka procesu vstrekovania
Hoci viacstupňové vstrekovanie opisuje stav roztaveného materiálu počas plnenia formy, jeho riadenie je realizované vstrekovacím lisom. Z hľadiska princípu riadenia vstrekovacieho stroja je možné využiť vzťah medzi rýchlosťou vstrekovania (vstrekovacím tlakom) a zdvihom závitovky. Obrázok ukazuje typickú krivku pre viacstupňový proces vstrekovania, pri ktorom sa na rôzne množstvá materiálu počas procesu vstrekovania aplikujú rôzne vstrekovacie tlaky a rýchlosti.
1–5 - 5 rôznych rýchlostí vstrekovania
Výhody viacstupňového vstrekovania{0}
Pri vstrekovaní má vysokorýchlostné a nízkorýchlostné vstrekovanie svoje výhody a nevýhody. Skúsenosti ukazujú, že vysokorýchlostné vstrekovanie má vo všeobecnosti tieto výhody: kratší čas vstrekovania; zvýšená vzdialenosť toku; zlepšená povrchová úprava výrobku; zvýšená pevnosť zvarových línií; a zabránenie deformácii chladením. Nízkorýchlostné vstrekovanie má na druhej strane vo všeobecnosti tieto výhody: účinná prevencia blesku; prevencia tokových značiek; prevencia problémov s odvetrávaním plesní; prevencia zadržiavania vzduchu; a prevencia deformácie molekulárnej orientácie.
Viac{0}}stupňové vstrekovanie spája výhody vysoko{1}}rýchlosti a nízkej{2}}rýchlosti vstrekovania, aby spĺňalo požiadavky čoraz zložitejšej geometrie plastových výrobkov a drastických zmien v priereze-rezov žľabov a dutín foriem. Môže tiež účinne eliminovať chyby, ako sú stopy po vstrekovaní, zmrštenie, bubliny, zvarové čiary a stopy po spálení počas procesu formovania.
Viacstupňový{0}}proces vstrekovania preráža tradičnú metódu vstrekovania a udržiavania tlaku, organicky spája výhody vysoko{1}}rýchlosti a nízkej{2}}rýchlosti vstrekovania. Implementáciou-viacstupňového riadenia počas procesu vstrekovania je možné prekonať mnohé chyby vstrekovaných dielov. Obrázok napríklad znázorňuje metódu, ktorá používa vstrekovanie pri nízkej-rýchlosti na začiatku procesu vstrekovania, vstrekovanie pri vysokej{7}}rýchlosti počas plnenia dutiny formy a potom vstrekovanie pri nízkej{8}}rýchlosti opäť na konci plnenia. Ovládaním a nastavením rýchlosti vstrekovania je možné predchádzať rôznym nežiaducim javom, ako sú otrepy, stopy po tryskaní, strieborné pruhy alebo stopy po popáleninách.
a-d: štyri rôzne rýchlosti vstrekovania
Praktické skúsenosti ukazujú, že ovládanie tlaku oleja, rýchlosti vstrekovania, polohy skrutky a rýchlosti skrutky vstrekovacieho stroja prostredníctvom viac{0}}úrovňového programového riadenia môže do značnej miery zlepšiť chyby vo vzhľade vstrekovaných-výrobkov, ako je zmršťovanie, skrútenie a ohýbanie.