Déformation de produits moulés par injection
La déformation est l'un des défauts courants du moulage par injection de pièces en plastique à coque mince, car elle implique une prédiction précise de la déformation par gauchissement, et les lois de déformation par gauchissement des pièces moulées par injection de différents matériaux et formes varient considérablement. Lorsque la quantité de gauchissement dépasse l'erreur admissible, cela devient un défaut de formage, qui à son tour affecte l'assemblage du produit.
La prédiction précise de la déformation par gauchissement d'un grand nombre de pièces à parois de plus en plus minces (épaisseur de paroi inférieure à 2 mm) est une condition préalable à un contrôle efficace des défauts de gauchissement. L'analyse de la déformation par gauchissement adopte principalement une analyse qualitative, et des mesures sont prises à partir de la conception du produit, de la conception du moule et des conditions du processus de moulage par injection pour éviter autant que possible une grande déformation par gauchissement.
Analyse des causes
Moule
La position, la forme et le nombre de portes de la porte du moule à injection affecteront l'état de remplissage du plastique dans la cavité du moule, entraînant une déformation de la pièce en plastique.
Plus la distance d'écoulement est longue, plus la contrainte interne causée par l'écoulement et l'alimentation entre la couche gelée et la couche d'écoulement centrale est importante ; au contraire, plus la distance d'écoulement est courte, plus le temps d'écoulement de la porte à l'extrémité d'écoulement de la pièce est court, et le moule gèlera lors du remplissage L'épaisseur de la couche est amincie, la contrainte interne est réduite et le gauchissement la déformation est également fortement réduite. Si une seule porte centrale ou une seule porte latérale est utilisée, la pièce en plastique moulé sera déformée car le taux de retrait dans la direction du diamètre est supérieur à celui dans la direction circonférentielle; si plusieurs portes ponctuelles sont utilisées à la place, cela peut empêcher efficacement le gauchissement et la déformation.
Lorsque la coulée par points est utilisée pour le moulage, également en raison de l'anisotropie du retrait plastique, la position et le nombre de portes ont une grande influence sur le degré de déformation des pièces en plastique. Parce que 30 % de PA6 renforcé de fibre de verre est utilisé, on obtient une grande pièce moulée par injection avec un poids de 4,95 kg, il y a donc de nombreuses nervures de renforcement le long de la direction d'écoulement des murs environnants, de sorte que chaque porte peut être entièrement équilibrée.
De plus, l'utilisation de plusieurs portes peut également réduire le rapport d'écoulement plastique (L/t), de sorte que la densité du matériau dans la cavité du moule est plus uniforme et le retrait est plus uniforme. En même temps, toute la pièce en plastique peut être remplie sous une petite pression d'injection. La pression d'injection inférieure peut réduire la tendance à l'orientation moléculaire des plastiques et réduire sa contrainte interne, réduisant ainsi la déformation des pièces en plastique.
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Température du moule : La température du moule a une grande influence sur les performances internes et la qualité apparente du produit. La température du moule dépend de la présence ou de l'absence de cristallinité plastique, de la taille et de la structure du produit, des exigences de performance et d'autres conditions du procédé (température de fusion, vitesse et pression d'injection, cycle de moulage, etc.)
Contrôle de la pression : la pression dans le processus de moulage par injection comprend la pression de plastification et la pression d'injection, et affecte directement la plastification des plastiques et la qualité du produit.
L'utilisation de méthodes expérimentales pour étudier le gauchissement des produits en plastique se reflète principalement dans l'étude des effets des propriétés des matériaux, de la géométrie et de la taille du produit et des conditions du processus de moulage par injection sur le gauchissement du produit. Un grand nombre d'expériences ont été conçues pour obtenir l'influence de la géométrie de la porte, des paramètres de garnissage (pression de maintien et temps de maintien) et de l'élasticité du moule sur la taille finale du produit.
Le PET a été utilisé comme base polymère et les caractéristiques de déformation de différents matériaux et de panneaux d'épaisseur de paroi différente ont été étudiées. La relation entre le taux de renforcement du disque moulé par injection de 33 % de fibres PA66 renforcées de verre, l'anisotropie du coefficient de dilatation thermique linéaire, l'épaisseur du produit et le gauchissement a été étudiée expérimentalement, et le concept d'indice de gauchissement a été proposé pour la première fois. . Les caractéristiques de gauchissement et la relation entre l'indice de gauchissement, le gauchissement et l'état d'orientation des fibres, et la relation entre le rendement et l'indice de gauchissement ont été étudiées.
La méthode expérimentale pour étudier la déformation par gauchissement est souvent limitée à une forme géométrique spécifique, à des matériaux et à des conditions de processus spécifiques, et ne peut pas pleinement prendre en compte l'influence de nombreux facteurs sur la déformation par gauchissement, et ne peut pas prédire un gauchissement possible pendant la phase de conception du produit. La taille de la déformation. En utilisation réelle, les limites de la formule empirique sont également évidentes, non seulement affectées par les conditions expérimentales, mais également liées à de nombreux facteurs tels que la méthode de traitement des données expérimentales et les conditions d'application de la formule empirique, et une formule empirique ne convient qu'aux conditions expérimentales. proche du processus de production.
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rétrécir/déformer
Étant donné que la déformation par gauchissement est liée à un retrait inégal, la relation entre le retrait et le gauchissement du produit est analysée en étudiant le comportement de retrait de différents plastiques dans différentes conditions de traitement. Sur la base de la simulation du flux de moulage par injection, du maintien de la pression et du refroidissement, à travers des expériences et des méthodes de régression linéaire, un modèle de prédiction du retrait des produits moulés par injection est proposé. Sur la base de la prédiction du retrait, la déformation des produits est calculée à l'aide de programmes de simulation d'analyse structurelle.
Il est difficile d'obtenir des produits avec une précision dimensionnelle élevée avec des matériaux à fort taux de retrait. Pour rechercher une haute précision, des résines amorphes et des résines à retrait constant dans toutes les directions doivent être utilisées autant que possible. Pour de nombreux matériaux, le retrait du produit est mesuré dans les conditions de modification du débit, de la pression de maintien, du temps de maintien, de la température du moule, du temps de remplissage, de l'épaisseur du produit et d'autres paramètres.
Selon les résultats des tests, le rétrécissement du produit est divisé en trois parties : rétrécissement volumique, rétrécissement irrégulier causé par l'orientation moléculaire et rétrécissement irrégulier causé par un refroidissement déséquilibré. Les méthodes de prédiction du retrait pour le retrait volumétrique, le contenu cristallin, le confinement du moule, l'orientation plastique, etc., utilisent les résultats d'analyse d'écoulement et de refroidissement pour prédire la contrainte de retrait.
Conception du système de refroidissement
Pendant le processus d'injection, le taux de refroidissement irrégulier de la pièce en plastique entraînera également le rétrécissement irrégulier de la pièce en plastique. Cette différence de retrait entraînera la génération d'un moment de flexion et d'un gauchissement de la pièce en plastique.
Si la différence de température entre la cavité du moule et le noyau utilisé dans le moulage par injection de pièces en plastique plates est trop grande, la masse fondue près de la surface de la cavité du moule froid se refroidira rapidement, tandis que la couche de matériau près de la surface de la cavité du moule chaud continuera à rétrécir, le rétrécissement irrégulier déformera la pièce en plastique. Par conséquent, le refroidissement du moule d'injection doit faire attention à l'équilibre de température de la cavité et du noyau, et la différence de température entre les deux ne doit pas être trop grande.
En plus de considérer que la température sur les surfaces intérieure et extérieure de la pièce en plastique a tendance à être équilibrée, la température de chaque côté de la pièce en plastique doit également être considérée comme cohérente, c'est-à-dire que lorsque le moule est refroidi, essayez de maintenir la température de la cavité et du noyau uniforme partout, de sorte que la vitesse de refroidissement de la pièce en plastique soit équilibrée, de sorte que le retrait soit plus uniforme partout, empêchant efficacement la déformation. Par conséquent, la disposition des trous d'eau de refroidissement sur le moule est très importante. Une fois la distance entre la paroi du tuyau et la surface de la cavité déterminée, la distance entre les trous d'eau de refroidissement doit être aussi petite que possible pour garantir que la température de la paroi de la cavité est uniforme.
Dans le même temps, étant donné que la température du milieu de refroidissement augmente avec l'augmentation de la longueur du canal d'eau de refroidissement, la cavité et le noyau du moule auront une différence de température le long du canal d'eau. Par conséquent, la longueur du canal d'eau de chaque circuit de refroidissement doit être inférieure à 2 m. Plusieurs circuits de refroidissement doivent être mis en place dans de grands moules, et l'entrée d'un circuit est située près de la sortie de l'autre circuit. Pour les pièces en plastique longues, un circuit de refroidissement doit être utilisé pour réduire la longueur du circuit de refroidissement, c'est-à-dire pour réduire la différence de température du moule, de manière à assurer un refroidissement uniforme des pièces en plastique.
La conception du système d'éjection affecte également directement la déformation de la pièce en plastique. Si l'agencement du système d'éjection est déséquilibré, cela provoquera un déséquilibre de la force d'éjection et déformera la pièce en plastique. Par conséquent, lors de la conception du système d'éjection, il convient de s'efforcer d'équilibrer la résistance au démoulage.
De plus, la section transversale de la tige d'éjection ne doit pas être trop petite pour éviter que la pièce en plastique ne se déforme en raison d'une force par unité de surface excessive (surtout lorsque la température de démoulage est trop élevée). L'éjecteur doit être disposé le plus près possible de la pièce présentant la plus grande résistance au démoulage. Sous réserve de ne pas affecter la qualité des pièces en plastique (y compris les exigences d'utilisation, la précision dimensionnelle et l'apparence, etc.), autant d'éjecteurs que possible doivent être installés pour réduire la déformation globale des pièces en plastique.
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Lorsque du plastique souple est utilisé pour produire de grandes cavités profondes et des pièces en plastique à parois minces, en raison de la résistance élevée au démoulage et du matériau souple, si une seule méthode d'éjection mécanique est complètement adoptée, les pièces en plastique seront déformées ou même poussées. Ou la pièce en plastique sera mise au rebut en raison du pliage. Il sera préférable d'utiliser une combinaison multi-composants ou une combinaison de pression de gaz (hydraulique) et d'éjection mécanique.
Influence des contraintes thermiques résiduelles sur le gauchissement et la déformation des produits
Dans le processus de moulage par injection, la contrainte thermique résiduelle est un facteur important qui provoque le gauchissement et la déformation, et a un impact plus important sur la qualité des produits moulés par injection. Étant donné que l'influence de la contrainte thermique résiduelle sur le gauchissement du produit est très complexe, les concepteurs de moules peuvent l'analyser et la prévoir à l'aide du logiciel CAE de moulage par injection.
Pendant le processus de moulage du plastique fondu, en raison de l'orientation et du retrait inégaux, la contrainte interne est inégale, donc après que le produit est sorti du moule, il se déformera et se déformera sous l'action d'une contrainte interne inégale. Par conséquent, de nombreux chercheurs analysent et calculent la contrainte interne et le gauchissement des produits du point de vue de la mécanique. Dans certaines littératures étrangères, le gauchissement est considéré comme étant causé par une contrainte résiduelle générée par un retrait irrégulier.
Dans l'étape de refroidissement du moulage par injection, lorsque la température est supérieure à la température de transition vitreuse, le plastique est un fluide viscoélastique, accompagné d'une relaxation des contraintes : lorsque la température est inférieure à la température de transition vitreuse, le plastique devient solide. Cette transition de phase liquide-solide et la relaxation des contraintes des plastiques pendant le refroidissement ont une grande influence sur la prédiction précise de la contrainte résiduelle et de la déformation résiduelle des produits.
La transition de phase et le comportement de relaxation des contraintes des plastiques du liquide au solide pendant la phase de refroidissement. Pour la zone non polymérisée, le plastique présente un comportement visqueux, qui est décrit par un modèle de fluide visqueux ; pour la zone durcie, le plastique présente un comportement viscoélastique, qui est décrit par un modèle solide linéaire standard, utilisant un modèle de transition de phase viscoélastique et une méthode d'éléments finis bidimensionnels pour prédire les contraintes thermiques résiduelles et les déformations de gauchissement correspondantes.
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Influence de l'étape de plastification sur la déformation en gauchissement du produit
Dans l'étape de plastification, les particules de verre sont transformées en un état fluide visqueux pour fournir la masse fondue nécessaire au remplissage du moule. Dans ce processus, la différence de température du polymère dans la direction axiale et la direction radiale (par rapport à la vis) provoquera une contrainte dans le plastique ; de plus, la pression d'injection, la vitesse et d'autres paramètres de la machine d'injection affecteront considérablement le degré d'orientation moléculaire pendant le remplissage. , provoquant une déformation par gauchissement.
Utilisez une faible vitesse au début de l'injection, une vitesse élevée lors du remplissage de la cavité du moule et une injection à faible vitesse lorsque le remplissage est proche de la fin. Grâce au contrôle et au réglage de la vitesse d'injection, divers phénomènes indésirables tels que les bavures, les marques de pulvérisation, les barres d'argent ou les marques de brûlure peuvent être évités et améliorés.
Le programme de contrôle d'injection en plusieurs étapes peut raisonnablement définir la pression d'injection en plusieurs étapes, la vitesse d'injection, la pression de maintien et la méthode de fusion en fonction de la structure du coureur, de la forme de la porte et de la structure de la pièce moulée par injection, ce qui est propice pour améliorer l'effet plastifiant et améliorer la qualité du produit, réduire le taux de défauts et prolonger la durée de vie du moule/de la machine.
En contrôlant la pression d'huile, la position de la vis et la vitesse de la vis de la machine de moulage par injection via un programme à plusieurs niveaux, elle peut chercher à améliorer l'apparence des pièces moulées, à améliorer les mesures correspondantes de retrait, de gauchissement et de bavure, et à réduire le irrégularité de taille de chaque partie moulée par injection de chaque moule. .
En contrôlant la pression d'huile, la position de la vis et la vitesse de la vis de la machine de moulage par injection via un programme à plusieurs niveaux, il peut chercher à améliorer l'apparence des pièces moulées, améliorer les mesures correspondantes pour le retrait, le gauchissement et les bavures, et réduire les irrégularités de la taille de chaque partie moulée par injection de chaque moule. .
Influence des étapes de remplissage et de refroidissement du moule sur le gauchissement du produit
Sous l'action de la pression d'injection, le plastique fondu est rempli dans la cavité du moule, refroidi et solidifié dans la cavité, qui est le maillon clé du moulage par injection. Dans ce processus, la température, la pression et la vitesse sont couplées, ce qui a un impact important sur la qualité et l'efficacité de la production des pièces en plastique.
Des pressions et des vitesses d'écoulement plus élevées génèrent des taux de cisaillement élevés, qui provoquent des différences d'orientation des molécules parallèles et perpendiculaires à la direction de l'écoulement, créant un « effet de congélation ». "L'effet de congélation" va générer une contrainte de congélation et former la contrainte interne de la pièce en plastique. L'influence de la température sur la déformation par gauchissement se reflète dans les aspects suivants.
A. La différence de température entre les surfaces supérieure et inférieure des pièces en plastique provoquera des contraintes thermiques et des déformations thermiques ;
B. La différence de température entre les différentes zones de la pièce en plastique entraînera un rétrécissement inégal entre les différentes zones ;
C. Différents états de température affecteront le rétrécissement des pièces en plastique.
Influence de l'étape de démoulage sur la déformation en gauchissement du produit
Les pièces en plastique sont principalement des polymères vitreux pendant le processus de sortie de la cavité et de refroidissement à température ambiante. Une force de démoulage déséquilibrée, un mouvement instable du mécanisme d'éjection ou une zone d'éjection inappropriée du démoulage peuvent facilement déformer le produit. Dans le même temps, la contrainte figée dans la pièce plastique lors des phases de remplissage et de refroidissement va être relâchée sous forme de déformation due à la perte des contraintes externes, entraînant une déformation en gauchissement.
Véritable approche 3D pour calculer les contraintes résiduelles et la forme finale (retrait et gauchissement). Ils ont considéré l'influence de l'étape de compactage, divisé le produit en trois couches et analysé la contrainte résiduelle et la déformation par un maillage tridimensionnel. , un modèle de simulation numérique des contraintes et déformations résiduelles induites après la phase de compactage est proposé.
Lors du calcul de la contrainte résiduelle, un modèle thermoviscoélastique (incluant la relaxation volumique) est utilisé. La méthode des éléments finis qu'elle adopte est basée sur la théorie de la coque composée d'éléments plans, qui convient aux produits moulés par injection à parois minces et aux formes complexes.
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La solution à l'effet du retrait des produits moulés par injection sur la déformation par gauchissement
La cause directe du gauchissement des produits moulés par injection est le retrait irrégulier des pièces en plastique. Si l'impact du retrait pendant le processus de remplissage n'est pas pris en compte dans la phase de conception du moule, la forme géométrique du produit sera très différente des exigences de conception et une déformation importante entraînera la mise au rebut du produit. En plus de la déformation causée par l'étape de remplissage, la différence de température entre les parois supérieure et inférieure du moule entraînera également la différence de retrait entre les surfaces supérieure et inférieure de la pièce en plastique, entraînant une déformation par gauchissement.
Pour l'analyse du gauchissement, le retrait lui-même n'est pas important, mais la différence de retrait est importante. Dans le processus de moulage par injection, le taux de retrait du plastique dans la direction d'écoulement est supérieur à celui dans la direction verticale en raison de la disposition des molécules de polymère le long de la direction d'écoulement pendant l'étape de moulage par injection du plastique fondu, ce qui entraîne une déformation par déformation. de la pièce moulée par injection. Généralement, un retrait uniforme ne provoque que des changements dans le volume des pièces en plastique, et seul un retrait irrégulier peut provoquer une déformation par gauchissement.
La différence entre le taux de retrait des plastiques cristallins dans le sens de l'écoulement et le sens vertical est supérieure à celle des plastiques amorphes, et son taux de retrait est également supérieur à celui des plastiques amorphes. La superposition du taux de retrait élevé des plastiques cristallins et de l'anisotropie du retrait conduit à ce que les plastiques cristallins ont une tendance beaucoup plus grande à se déformer que les plastiques amorphes.
Le processus de moulage par injection en plusieurs étapes sélectionné sur la base de l'analyse de la forme géométrique du produit : parce que la cavité du produit est profonde et que la paroi est mince, la cavité du moule forme un canal d'écoulement long et étroit, et la masse fondue doit s'écouler à travers cette partie très rapidement Sinon, il est facile de refroidir et de se solidifier, ce qui entraînera le risque de remplir la cavité du moule, donc l'injection à grande vitesse doit être réglée ici.
Cependant, l'injection à grande vitesse apportera beaucoup d'énergie cinétique à la masse fondue. Lorsque la fonte s'écoule vers le bas, elle produit un impact inertiel important, entraînant une perte d'énergie et un débordement. A ce moment, la fonte doit être ralentie et la pression de remplissage doit être réduite. Maintenir la pression dite de maintien (pression secondaire, pression de suivi) pour que la masse fondue complète le retrait de la masse fondue dans la cavité du moule avant que la porte ne se solidifie, ce qui met en avant les exigences de vitesse d'injection à plusieurs étages et de pression sur l'injection procédé de moulage.
Solution au gauchissement et à la déformation des produits dus aux contraintes thermiques résiduelles
La vitesse de la surface du fluide doit être constante. L'injection rapide doit être utilisée pour empêcher la masse fondue de geler pendant le processus d'injection. Le réglage de la vitesse de tir doit permettre un remplissage rapide dans les zones critiques (telles que les coureurs) tout en ralentissant à l'entrée d'eau. La vitesse d'injection doit garantir que la cavité du moule est remplie et s'arrête immédiatement pour éviter le surremplissage, la bavure et les contraintes résiduelles.
