Kerntechnologieën voor matrijsstroomanalyse voor het optimaliseren van spuitgietdefecten

In de moderne spuitgietproductie zijn productdefecten, materiaalverspilling en productiestops als gevolg van matrijsdefecten veelvoorkomende pijnpunten in de industrie. Volgens industriestatistieken bedraagt ​​het slagingspercentage bij een eerste matrijsproef zonder geoptimaliseerde matrijsstroomanalyse slechts 40%-50%, terwijl veelvoorkomende defecten direct leiden tot een afname van de productie-efficiëntie met meer dan 30%. Gebaseerd op computationele vloeistofdynamica (CFD) en thermodynamische principes, kan matrijsstroomanalyse het volledige proces van het smelten van kunststof in de matrijsholte nauwkeurig simuleren, wat een wetenschappelijke basis biedt voor matrijsontwerp en procesaanpassing. De splinetestmatrijs is een belangrijk hulpmiddel voor het verifiëren van analyseresultaten en de combinatie van beide vormt het kernsysteem voor defectcontrole.

I. Veelvoorkomende defecten van spuitgietmatrijzen en hun impact op de productie

1. Soorten veelvoorkomende defecten

Typische defecten bij spuitgieten zijn onder meer braamvorming, korte schot, luchtbellen, kromtrekken, lasnaden en verzakkingen. Het percentage braamvorming bij dunwandige producten kan oplopen tot wel 60%; lasnaden komen vaak voor bij producten met complexe holtes; en kromtrekken komt veel voor bij technische kunststofproducten zoals ABS en PC.

2. Impact op productie-efficiëntie en productkwaliteit

Het nabewerkingspercentage als gevolg van braamvorming bedraagt ​​ongeveer 15%-20%, met een gemiddelde nabewerkingstijd van 3-5 minuten per stuk; materiaalverspilling door korte schoten is goed voor 8%-12%; en het afvalpercentage van producten met kromtrekkende vervorming kan oplopen tot 25%. Bovendien bedraagt ​​de tijd die nodig is om de matrijs stil te leggen en fouten op te sporen als gevolg van defectbehandeling 20%-25% van de totale productietijd, wat de productiecapaciteit ernstig beperkt.

II. Basisprincipes en kerngegevens van schimmelstroomanalyse

1. Basisprincipe van schimmelstroomanalyse

Door een 3D-matrijsmodel en een database met kunststofmaterialen te maken, simuleert het het volledige proces van smelten, van injectie tot afkoeling en stolling. Met behulp van numerieke berekeningen reproduceert het de verdeling van temperatuur-, druk- en snelheidsvelden en voorspelt het de locatie en oorzaak van defecten.

2. Interpretatie van belangrijke gegevensindicatoren

Kerngegevensindicatoren zijn onder andere de doorlooptijd, drukverdeling, temperatuurverdeling, afschuifsnelheid en stollingstijd. Het verschil in doorlooptijd moet binnen ±0,3 s worden gehouden; de maximale injectiedruk in de holte moet minder zijn dan 85% van de toegestane druk van de matrijs (de toegestane druk van algemene technische kunststofmatrijzen is 150-200 MPa); de uniformiteitsfout in de temperatuurverdeling moet ≤5 °C zijn; de afschuifsnelheid moet worden geregeld tussen 1000 en 5000 s⁻¹; en ​​de stollingstijd bedraagt ​​doorgaans 70%-80% van de totale afkoeltijd.

III. Kernmethoden voor matrijsstroomanalyse voor het optimaliseren van spuitgietdefecten

1. Optimalisatie van het poortontwerp

(1) Bepaling van de positie van de poort: Op basis van de simulatie van het smeltstroompad wordt de poort ingesteld op het verste punt van de smeltstroom in de holte of op de positie met de grootste wanddikte, waarbij de belangrijkste spanningsdragende delen van het product worden vermeden. Voor producten met één holte bedraagt ​​het aantal poorten meestal 1-2.

Optimalisatie van de poortgrootte: De poortdiameter voor kleine PP-producten is 0,8-1,2 mm, voor grote producten 1,5-2,5 mm. Deze wordt berekend op basis van de vloeibaarheid van het materiaal en het productgewicht.

2. Optimalisatie van het runnersysteem

Ontwerp van de gootindeling: Prioriteit wordt gegeven aan een evenwichtige indeling om een ​​consistente smeltstroomafstand en drukverlies in elke holte te garanderen. Het lengteverschil tussen de goot en de goot moet binnen 5% blijven. De diameter van de hoofdgoot is 1-2 mm groter dan die van de subgoot, en de diameter van de subgoot is 4-8 mm.

Optimalisatie van de gietkanaalgrootte: zorg dat het drukverlies van het gesmolten materiaal in het gietkanaal ≤30MPa is en verminder het vultijdverschil van mallen met meerdere holtes tot maximaal 0,2s.

3. Optimalisatie van het koelsysteem

Ontwerp van koelwaterkanalen: Volg het principe van "dicht bij de holte en gelijkmatige verdeling". De afstand tussen het waterkanaal en het holteoppervlak is 15-25 mm en de afstand tussen de waterkanalen is 25-35 mm. Conforme waterkanalen worden gebruikt voor mallen met complexe gebogen oppervlakken, wat de uniformiteit van de koeling met meer dan 40% kan verbeteren.

Keuze van koelmedium: Industrieel koelwater (temperatuur 20-25℃) met een stroomsnelheid van 1,5-2,5 m/s wordt gebruikt voor gewone producten; ijswaterkoeling (temperatuur 5-10℃) wordt gebruikt voor technische kunststoffen of dikwandige producten, waarbij de temperatuurschommeling van het matrijsoppervlak ≤3℃ bedraagt.

4. Optimalisatie van injectieprocesparameters

Injectiedruk en -snelheid: De injectiedruk wordt ingesteld op 1,1-1,2 keer de maximale druk van de holte. Er wordt een gesegmenteerde snelheid gehanteerd: 30-50 mm/s in de eerste vulfase, 60-100 mm/s in de middelste fase en 20-40 mm/s in de laatste fase.

Houddruk en -tijd: De houddruk bedraagt ​​60%-80% van de injectiedruk. De houdtijd wordt bepaald door de wanddikte van het product: voor elke 1 mm toename in wanddikte wordt de houdtijd met 1-1,5 seconde verlengd.

Vormtemperatuur: De cilindertemperatuur is 20-40℃ hoger dan het smeltpunt van het plastic (200-240℃ voor ABS-materialen, 260-300℃ voor PC-materialen); de matrijstemperatuur is 40-80℃ voor kristallijne kunststoffen en 60-120℃ voor amorfe kunststoffen.

IV. Toepassing van spline-testmallen bij matrijsstroomanalyse

1. Overzicht van spline-testmallen

Een standaardmal die speciaal wordt gebruikt om de resultaten van matrijsstroomanalyses te verifiëren, met de afmetingen van de ISO 527-2 standaard trekspieken (170 mm × 15 mm × 4 mm). Deze mal kan worden ontworpen met één of meerdere holtes en is uitgerust met standaard sleuven, geleiders en koelsystemen. Door standaardspieken te produceren, detecteert de mal de consistentie tussen de materiaalvormprestaties en de analysegegevens.

2. Belangrijkste ontwerppunten van spline-testmallen

Het kernmateriaal van de matrijs is bij voorkeur S136 of H13 matrijsstaal, met een hardheid van HRC50-55 na warmtebehandeling. De oppervlakteruwheid van de holte is Ra≤0,8 μm. Het uitwerpsysteem maakt gebruik van een combinatie van uitwerppennen en uitwerpplaten met een diameter van de uitwerppennen van 2-3 mm en een tussenruimte van 30-40 mm. Er zijn bevestigingsgaten voor temperatuursensoren gereserveerd om de temperatuur in de holte in realtime te bewaken.

3. De rol van splinetesten bij de analyse van de matrijsstroom

Het dient als een "kalibrator" voor analyseresultaten en corrigeert modelparameters door gesimuleerde en gemeten gegevens te vergelijken. Als de matrijsstroomanalyse bijvoorbeeld een kromtrekking van de splines van 0,5 mm voorspelt en de werkelijke meting 0,52 mm is, kan de fout na aanpassing worden teruggebracht tot ±3%. Tegelijkertijd kan het procesparameters vooraf verifiëren, zoals het testen van de laslijnsterkte van splines bij verschillende injectiesnelheden om het optimale procesbereik te bepalen.

V. Praktische casusanalyse

Een bedrijf gebruikte ABS-materiaal voor de productie van autodeurlijsten. De eerste proef met de mal toonde ernstige lasnaden en kromtrekkende vervorming, met een defectpercentage van 12%. Uit een matrijsstroomanalyse bleek dat het ontwerp met één poort van de oorspronkelijke matrijs resulteerde in een te lang smeltpad, en dat de ongelijkmatige verdeling van koelwaterkanalen een temperatuurverschil van 8 °C in de holte veroorzaakte.

Optimalisatieplan: Voeg 1 hulppoort toe en gebruik een gebalanceerde geleider; pas de afstand tussen de koelwaterkanalen aan tot 30 mm en voeg 2 conforme waterkanalen toe. Splinetesten toonden aan dat de treksterkte van de spline-laslijn toenam van 18 MPa tot 25 MPa en dat de kromtrekking afnam van 0,8 mm tot 0,3 mm.

Na toepassing van het optimalisatieplan voldeed de laslijnsterkte van het product aan de norm, was kromtrekken beheersbaar, daalde het defectpercentage tot 2,5%, steeg de productie-efficiëntie met 28% en daalde het materiaalverlies per batch met 10%.

VI. Ontwikkelingstrends van de technologie voor schimmelstroomanalyse

1. Integratie met AI en Big Data

Op weg naar intelligentie identificeren AI-algoritmen automatisch ontwerpfouten en parameteroptimalisatieruimtes, en combineren ze met big data om zelflerende en zelfkalibrerende modellen te realiseren. Sommige systemen kunnen de volledige procesanalyse van complexe mallen binnen 10 minuten voltooien, wat de efficiëntie met meer dan 50% verbetert.

2. Simulatie van multi-fysische veldkoppeling

Versterk de koppelingsanalyse van het stromingsveld, het temperatuurveld en het spanningsveld, simuleer de interactie tussen smeltstroom en vervorming van de matrijsstructuur en combineer dit met collaboratieve simulatie via software om een ​​volledige digitale verificatieketen te realiseren, van ontwerp tot prestatievoorspelling.

VII. Conclusie

Mold flow-analyse is de kerntechnologie voor het optimaliseren van spuitgietdefecten, en splinetestmatrijzen verbeteren de betrouwbaarheid van optimalisatieoplossingen. Door ontwerp en processen te optimaliseren, in combinatie met splinetestverificatie, kan de incidentie van defecten aanzienlijk worden verminderd en kan het slagingspercentage bij een eerste matrijsproef worden verbeterd. Met de ontwikkeling van technologie-integratie zal mold flow-analyse een grotere rol spelen in de precisiespuitgietsector en de transformatie van de industrie naar hoge efficiëntie, nauwkeurigheid en intelligentie bevorderen. Het opzetten van een gesloten systeem van "mold flow-analyse - splinetesten - matrijsoptimalisatie" is essentieel voor bedrijven om hun concurrentievermogen te vergroten.