5 практических советов по предотвращению деформации при литье под давлением

Деформация — один из наиболее распространенных дефектов при литье пластмасс под давлением. Она проявляется в виде изгиба, скручивания и загибания кромок деталей, что напрямую ухудшает точность сборки и внешний вид поверхности. В тяжелых случаях это приводит к массовому браку. В основе деформации лежит неравномерная внутренняя усадка во время охлаждения пластика, обусловленная конструкцией детали, пресс-формой, материалом, параметрами процесса и системой охлаждения. Ниже приведены пять проверенных на практике советов по эффективному снижению дефектов деформации деталей, изготовленных методом литья под давлением.

Совет 1: Оптимизируйте конструкцию детали, чтобы минимизировать вариации усадки на этапе производства.

Геометрия детали является основной причиной деформации. Многие проблемы с деформацией проявляются только после вскрытия пресс-формы, однако их истоки лежат на ранней стадии проектирования.

• Необходимо поддерживать постоянную толщину стенок и избегать локально утолщенных участков. Утолщенные участки медленно остывают и значительно сжимаются, легко вызывая усадку и деформацию; разница в толщине стенок должна контролироваться в пределах ≤20%.
• Для крупных плоских деталей следует добавить усиливающие ребра. Толщина ребер не должна превышать 2/3 толщины основной стенки, чтобы предотвратить усадку и деформацию внутрь за ребрами.
• Для уменьшения концентрации напряжений следует применять скругления углов. При изготовлении больших панелей следует избегать идеально плоских поверхностей; рекомендуется небольшой предварительный уклон или компенсация кривизны.
• Устраните скопление материала в местах крепления и опорах, чтобы предотвратить образование локальных чрезмерно толстых пластических участков.

Совет 2: Оптимизируйте конструкцию литникового канала и место впрыска для баланса потока расплава и усадки.

Конфигурация литниковой системы определяет путь потока расплава и распределение давления. Несбалансированная литниковая система приводит к неравномерной усадке в разных зонах и, как следствие, к скручиванию и деформации.

• Для крупных симметричных деталей следует использовать центральную или многоточечную симметричную литниковую систему. Следует избегать односторонней смещенной литниковой системы, которая создает несоответствие усадки между направлением потока и поперечным направлением потока.
• Избегайте размещения затворов на торцах с тонкими стенками, иначе давление набивки не сможет передаваться в достаточной мере.
• Не следует использовать затворы меньшего размера. Малые затворы создают чрезмерное тепловое воздействие и высокое внутреннее напряжение. Затворы не должны замерзать преждевременно, чтобы обеспечить достаточную герметизацию для компенсации усадки.
• Для многогнездных пресс-форм необходимо обеспечить сбалансированность литниковых каналов, чтобы все полости заполнялись и уплотнялись равномерно, предотвращая неравномерную деформацию между ними.

Совет 3: Улучшите систему охлаждения пресс-формы для равномерного охлаждения.

Значительная часть деформаций возникает из-за неравномерного охлаждения: если одна сторона охлаждается быстрее другой, то разные скорости усадки приведут к деформации детали в сторону более горячей, медленно остывающей стороны.

• Размещайте охлаждающие каналы как можно ближе к поверхности полости с соблюдением необходимого расстояния, чтобы обеспечить равномерное охлаждение всей детали. Приоритет следует отдавать контурам охлаждения для толстых профилей, стоек и выступов.
• Устраните очаги перегрева, вызванные плесенью. В таких очагах наблюдается более сильная усадка, из-за чего детали притягиваются к горячей зоне.
• Необходимо поддерживать разумную разницу температур между сердечником и полостью; следует избегать чрезмерного температурного разрыва. Равномерная температура пресс-формы особенно важна для полукристаллических материалов.
• Регулярно проверяйте каналы охлаждения на наличие накипи и засоров. Засоренные каналы приводят к локальным сбоям в системе охлаждения и повторной деформации.

Совет 4: Тонкая настройка параметров литья под давлением для снижения внутренних напряжений.

После завершения изготовления детали и пресс-формы, наиболее прямым решением проблемы деформации на месте является корректировка технологического процесса. Основная цель – снижение внутренних напряжений и компенсация усадки.

• Контроль температуры пресс-формы : для кристаллических материалов (ПП, ПОМ, ПА) следует избегать чрезмерно низкой температуры пресс-формы, поскольку быстрое охлаждение вызывает высокое остаточное внутреннее напряжение. Для аморфных материалов следует минимизировать колебания температуры пресс-формы.
• Давление и время упаковки : Правильная упаковка компенсирует усадку пластика. Чрезмерная упаковка создает остаточное напряжение, а недостаточная – приводит к сильной усадке; найдите оптимальные настройки.
• Температура плавления : Слишком высокая температура плавления увеличивает общую усадку; слишком низкая температура плавления усиливает напряжение, связанное с ориентацией молекул, и также вызывает деформацию.
• Скорость впрыска : Избегайте высокоскоростного впрыска, который вызывает сильную молекулярную ориентацию. Высвобождающееся ориентационное напряжение приведет к скручиванию готовых деталей.
• Достаточное время охлаждения : выталкивайте детали только после полного охлаждения. Принудительное выталкивание недостаточно охлажденных деталей напрямую приводит к деформации, вызванной выталкиванием.

Совет: Деформация часто возникает из-за комбинированного воздействия ориентации молекул и усадки. В первую очередь следует регулировать плотность упаковки и температуру пресс-формы, а не просто увеличивать давление.

Совет 5: Выбор материала и последующая обработка для снятия остаточного внутреннего напряжения.

Пластмассовые материалы характеризуются широким диапазоном значений усадки. Кристаллические полимеры по своей природе имеют более высокую усадку и более склонны к деформации, чем аморфные материалы.

• Для деталей с высоким риском деформации использование армированных стекловолокном материалов может уменьшить усадку при формовании. Следует отметить, что ориентация стекловолокна может привести к анизотропной деформации.
• Избегайте произвольного изменения марки одного и того же продукта. Колебания усадки между различными партиями материала могут привести к повторной деформации.
• Не следует размещать тяжелые грузы на только что извлеченных деталях. Охлаждайте и стабилизируйте детали на специальных приспособлениях. По возможности, применяйте термическую обработку для снятия остаточного напряжения, возникающего при литье, и предотвращения медленной деформации во время хранения.

Заключение

Деформация деталей, изготовленных методом литья под давлением, редко возникает из-за одного фактора. Приоритетными задачами являются геометрия детали, затем литниковая система и система охлаждения пресс-формы, после чего — оптимизация процесса, а выбор материала и постобработка — в качестве дополнительных мер. При возникновении дефектов, связанных с деформацией, следует проводить диагностику, следуя этой последовательности, чтобы быстро выявить первопричины, сократить затраты на метод проб и ошибок и стабилизировать выход годной продукции при массовом производстве.