Kjerneteknologier innen formflytanalyse for optimalisering av injeksjonsformfeil

I moderne sprøytestøpeproduksjon er produktfeilrater, materialsvinn og produksjonsstopp forårsaket av formfeil vanlige smertepunkter i bransjen. Ifølge bransjestatistikk er beståttprosenten for førstegangs støpeforsøk uten optimalisering av støpestrømningsanalyse bare 40 %–50 %, mens vanlige feil direkte fører til en reduksjon i produksjonseffektiviteten på over 30 %. Basert på prinsipper for beregningsmessig fluiddynamikk (CFD) og termodynamikk, kan støpestrømningsanalyse nøyaktig simulere hele prosessen med plastsmelting i støpehulrommet, noe som gir et vitenskapelig grunnlag for støpedesign og prosessjustering. Spline-testformen er en nøkkelbærer for å verifisere analyseresultater, og kombinasjonen av de to danner kjernesystemet for feilkontroll.

I. Vanlige feil ved sprøytestøper og deres innvirkning på produksjonen

1. Typer vanlige feil

Typiske defekter i sprøytestøpeproduksjon inkluderer flash, short shot, luftbobler, vridningsdeformasjon, sveiselinjer og synkemerker. Blant disse er forekomsten av flash i tynnveggede produkter så høy som 60 %; sveiselinjer er vanlige i produkter med komplekse hulrom; og vridningsdeformasjon er fremtredende i tekniske plastprodukter som ABS og PC.

2. Innvirkning på produksjonseffektivitet og produktkvalitet

Omarbeidingsraten forårsaket av flash er omtrent 15–20 %, med en gjennomsnittlig omarbeidingstid på 3–5 minutter per stykk; materialsvinn forårsaket av korte skudd står for 8–12 %; og skrapraten for produkter med vridningsdeformasjon kan være så høy som 25 %. I tillegg utgjør formstans og feilsøkingstiden på grunn av defekthåndtering 20–25 % av den totale produksjonstiden, noe som begrenser produksjonskapasiteten betydelig.

II. Grunnleggende prinsipper og nøkkeldata for formstrømningsanalyse

1. Grunnprinsipp for formstrømningsanalyse

Ved å etablere en 3D-formmodell og en plastmaterialdatabase simulerer den hele smelteprosessen fra injeksjon til avkjøling og størkning. Ved hjelp av numeriske beregninger reproduserer den fordelingen av temperaturfelt, trykkfelt og hastighetsfelt, og forutsier plasseringen og årsaken til defekter.

2. Tolkning av nøkkeldataindikatorer

Kjernedataindikatorer inkluderer strømningstid, trykkfordeling, temperaturfordeling, skjærhastighet og størkningstid. Forskjellen i strømningstid bør kontrolleres innenfor ±0,3 sekunder; det maksimale injeksjonstrykket i hulrommet bør være mindre enn 85 % av formens tillatte trykk (det tillatte trykket for generelle tekniske plastformer er 150–200 MPa); ensartethetsfeilen i temperaturfordelingen bør være ≤5 ℃; skjærhastigheten bør kontrolleres mellom 1000–5000 s⁻¹; og størkningstiden utgjør vanligvis 70–80 % av den totale kjøletiden.

III. Kjernemetoder for formstrømningsanalyse for optimalisering av sprøytestøpefeil

1. Optimalisering av portdesign

(1) Bestemmelse av portposisjon: Basert på simuleringen av smeltestrømningsbanen, settes porten på det fjerneste punktet for smeltestrømning i hulrommet eller posisjonen med maksimal veggtykkelse, og unngår de viktigste spenningsbærende områdene i produktet. For produkter med ett hulrom er antallet porter vanligvis 1–2.

Optimalisering av portstørrelse: Beregnet basert på materialets fluiditet og produktvekt, er portdiameteren for små PP-produkter 0,8–1,2 mm, og for store produkter er den 1,5–2,5 mm.

2. Optimalisering av løpesystem

Design av løperoppsett: Prioritet gis til en balansert oppsett for å sikre jevn smelteavstand og trykktap i hvert hulrom. Forskjellen i løperlengde bør kontrolleres innenfor 5 %. Diameteren på hovedløperen er 1–2 mm større enn diameteren på underløperne, og diameteren på underløperne er 4–8 mm.

Optimalisering av løpestørrelse: Sørg for at trykktapet til smelten i løperøret er ≤30 MPa, og reduser fyllingstidsforskjellen for flerhulromsformer til innenfor 0,2 sekunder.

3. Optimalisering av kjølesystemet

Design av kjølevannskanaler: Følg prinsippet om "nært hulrommet og jevn fordeling". Avstanden mellom vannkanalen og hulrommets overflate er 15–25 mm, og avstanden mellom vannkanalene er 25–35 mm. Konforme vannkanaler brukes til former med komplekse buede overflater, noe som kan forbedre kjølejevnheten med mer enn 40 %.

Valg av kjølemedium: For vanlige produkter brukes industrielt kjølevann (temperatur 20–25 ℃) med en strømningshastighet på 1,5–2,5 m/s; for teknisk plast eller tykkveggede produkter brukes isvannskjøling (temperatur 5–10 ℃), og temperaturvariasjonene på formoverflaten er ≤3 ℃.

4. Optimalisering av injeksjonsprosessparametre

Injeksjonstrykk og -hastighet: Injeksjonstrykket er satt til 1,1–1,2 ganger hulrommets maksimale trykk. En segmentert hastighet er valgt: 30–50 mm/s i det første fyllingstrinnet, 60–100 mm/s i mellomtrinnet og 20–40 mm/s i det siste trinnet.

Holdetrykk og -tid: Holdetrykket er 60–80 % av injeksjonstrykket. Holdetiden bestemmes av produktets veggtykkelse – for hver 1 mm økning i veggtykkelse forlenges holdetiden med 1–1,5 sekunder.

Støpetemperatur: Tønnetemperaturen er 20–40 ℃ høyere enn plastens smeltepunkt (200–240 ℃ for ABS-materialer, 260–300 ℃ for PC-materialer); for støpetemperatur er den 40–80 ℃ for krystallinsk plast og 60–120 ℃ for amorf plast.

IV. Anvendelse av spline-testformer i formstrømningsanalyse

1. Oversikt over spline-testformer

En standardform som er spesielt brukt til å verifisere resultater av formflytanalyser, og som bruker størrelsen på ISO 527-2 standard strekkfaste riller (170 mm × 15 mm × 4 mm). Den kan designes med ett eller flere hulrom, og utstyres med standard porter, løpere og kjølesystemer. Ved å produsere standard riller registrerer den konsistensen mellom materialets støpeytelse og analysedata.

2. Viktige designpunkter for spline-testformer

Kjernematerialet i formen er fortrinnsvis støpestål S136 eller H13, med en hardhet på HRC50-55 etter varmebehandling; overflateruheten i hulrommet er Ra≤0,8 μm; utstøtingssystemet bruker en kombinasjon av utstøterpinner og utstøterplater, med en utstøterpinnediameter på 2-3 mm og en avstand på 30-40 mm; og monteringshull for temperatursensorer er reservert for å overvåke hulromstemperaturen i sanntid.

3. Splinetestingens rolle i formstrømningsanalyse

Den fungerer som en "kalibrator" for analyseresultater, og korrigerer modellparametere ved å sammenligne simulerte og målte data. Hvis for eksempel formstrømningsanalysen forutsier en spline-forvrengning på 0,5 mm og den faktiske målingen er 0,52 mm, kan feilen reduseres til innenfor ±3 % etter justering. Samtidig kan den verifisere prosessparametere på forhånd – for eksempel å teste sveiselinjestyrken til splines under forskjellige injeksjonshastigheter for å bestemme det optimale prosessområdet.

V. Praktisk caseanalyse

Et selskap brukte ABS-materiale til å produsere dørlister til biler. Den første formtesten viste alvorlige sveiselinjer og vridningsdeformasjon, med en defektrate på 12 %. Formstrømningsanalyse viste at den opprinnelige formen med én port resulterte i en for lang smeltefyllingsbane, og ujevn fordeling av kjølevannskanaler forårsaket en temperaturforskjell på 8 ℃ i hulrommet.

Optimaliseringsplan: Legg til 1 hjelpeport og bruk en balansert løpekanal; juster avstanden mellom kjølevannskanalene til 30 mm og legg til 2 konforme vannkanaler. Splinetesting viste at strekkfastheten til splinesveiselinjen økte fra 18 MPa til 25 MPa, og vridningen minket fra 0,8 mm til 0,3 mm.

Etter at optimaliseringsplanen var iverksatt, oppfylte produktets sveiselinjestyrke standarden, vridningsdeformasjonen var kontrollerbar, defektraten falt til 2,5 %, produksjonseffektiviteten økte med 28 % og materialsvinn per batch gikk ned med 10 %.

VI. Utviklingstrender innen mold flow analyse-teknologi

1. Integrasjon med AI og stordata

I en retning av intelligens identifiserer AI-algoritmer automatisk designfeil og parameteroptimaliseringsområder, og kombinerer dem med stordata for å realisere selvlæring og selvkalibrering av modeller. Noen systemer kan fullføre hele prosessanalysen av komplekse former i løpet av 10 minutter, noe som forbedrer effektiviteten med mer enn 50 %.

2. Simulering av flerfysisk feltkobling

Styrk koblingsanalysen av strømningsfelt, temperaturfelt og spenningsfelt, simuler samspillet mellom smeltestrøm og deformasjon av formstrukturen, og kombiner med programvarebasert samarbeidssimulering for å realisere digital verifisering av hele kjeden fra design til ytelsesforutsigelse.

VII. Konklusjon

Formstrømningsanalyse er kjerneteknologien for å optimalisere defekter i sprøytestøper, og splinetestformer forbedrer påliteligheten til optimaliseringsløsninger. Ved å optimalisere design og prosesser, kombinert med splinetestverifisering, kan forekomsten av defekter reduseres betydelig, og beståttprosenten for førstegangs støpeforsøk kan forbedres. Med utviklingen av teknologiintegrasjon vil formstrømningsanalyse spille en større rolle innen presisjonssprøytestøping, og fremme bransjens transformasjon mot høy effektivitet, nøyaktighet og intelligens. Å etablere et lukket system for "formstrømningsanalyse - splinetesting - støpeoptimalisering" er nøkkelen for bedrifter til å forbedre sin konkurranseevne.