Решения проблемы чрезмерной толщины стенок при литье под давлением

Чрезмерная толщина стенок — распространенная проблема при проектировании и производстве деталей, изготовленных методом литья под давлением. Она не только ухудшает качество продукции, но и увеличивает производственные затраты и снижает эффективность производства. Основные риски проявляются в следующих аспектах:

1. Частые дефекты формования: чрезмерная толщина стенок приводит к неравномерному охлаждению расплава, что затрудняет рассеивание внутреннего тепла. Это легко приводит к таким дефектам, как усадочные раковины, углубления, пузырьки и деформация. Например, когда толстостенная область сжимается во время охлаждения, поверхностный материал не успевает восполниться, что приводит к появлению явных усадочных раковин; не полностью охлажденный расплав внутри продолжает сжиматься, что может привести к образованию внутренних пузырьков и повлиять на структурную целостность изделия.

2. Низкая эффективность производства: Увеличение толщины стенок продлевает время заполнения расплавом и цикл охлаждения, значительно снижая эффективность литья под давлением. При одинаковых производственных условиях время охлаждения толстостенных деталей может быть в 2-3 раза больше, чем у деталей с разумной толщиной стенок, что приводит к существенному снижению производительности в единицу времени и увеличению энергопотребления.

3. Потери материалов и рост затрат: Чрезмерная толщина стенок приводит к увеличению расхода сырья, что напрямую повышает стоимость материалов. В то же время, увеличенное время охлаждения приводит к большему потреблению энергии и ускоренному износу пресс-формы, что еще больше увеличивает общие производственные затраты.

4. Плохие механические свойства: чрезмерная толщина стенок может привести к неравномерной кристаллизации внутри пластика и возникновению концентрации напряжений, что снижает механические свойства изделия, такие как ударная вязкость и прочность, а также влияет на срок службы и безопасность изделия.

Для решения проблемы чрезмерной толщины стенок необходим комплексный подход, охватывающий множество аспектов, таких как оптимизация проектных параметров, корректировка технологических процессов и адаптация материалов, с целью достижения цели «уменьшения толщины без ущерба для качества».

(I) Оптимизация конструкции изделия: контроль толщины стенок на этапе производства.

Конструкция изделия является основополагающим звеном в решении проблемы чрезмерной толщины стенок. Исходя из требований эксплуатации, необходимо уменьшить ненужную толщину стенок за счет научного подхода к проектированию, обеспечив при этом прочность конструкции.

1. Применение принципа равномерной толщины стенок: Идеальная толщина стенок деталей, изготовленных методом литья под давлением, должна быть постоянной, избегая локальных участков с чрезмерно толстыми стенками. При проектировании следует определить разумный диапазон толщины стенок, исходя из области применения изделия и условий нагружения (как правило, разумная толщина стенок для термопластов составляет 1-4 мм, которую необходимо корректировать в зависимости от конкретных свойств материала). Для деталей изделия, подверженных высоким нагрузкам, вместо увеличения толщины стенок можно использовать такие методы, как добавление ребер жесткости и скругленных переходов, что не только обеспечивает прочность, но и позволяет избежать локального чрезмерного утолщения.

2. Использование полых структур и облегчающих отверстий: Для крупносерийного производства деталей, изготовленных методом литья под давлением и не имеющих внутренних функциональных требований, можно использовать полые конструкции или облегчающие отверстия для уменьшения толщины стенок в центральной части. Например, для таких изделий, как корпуса бытовой техники и детали интерьера автомобилей, в ненапряженных зонах можно размещать решетчатые полые структуры, что не только снижает расход материала, но и облегчает течение расплава и охлаждение.

3. Оптимизация конструкции переходной зоны: переход между участками с различной толщиной стенок в изделии должен быть плавным, без резких переходов под прямым или острым углом. Это предотвращает застой и накопление расплава во время течения, а также снижает количество дефектов, вызванных неравномерным охлаждением. Для обеспечения плавного течения расплава рекомендуется контролировать угол наклона переходной зоны в пределах 30°-60°.

(II) Корректировка параметров процесса литья под давлением: адаптация к требованиям формования после уменьшения толщины.

После оптимизации структуры изделия необходимо скорректировать параметры процесса литья под давлением, чтобы обеспечить плавное формование деталей уменьшенной толщины и избежать таких проблем, как недостаточное заполнение и облой.

1. Улучшение текучести расплава: Для снижения вязкости расплава и повышения его текучести необходимо соответствующим образом повысить температуру цилиндра и пресс-формы, обеспечив быстрое заполнение полости расплавом с уменьшенной толщиной. Температуру цилиндра следует регулировать в зависимости от типа пластика (например, для полипропилена температура обычно составляет 180-220℃, а для АБС-пластика — 200-250℃), а температуру пресс-формы обычно поддерживают в диапазоне 40-80℃. Это позволяет избежать деградации материала, вызванной чрезмерно высокими температурами, или ухудшения текучести из-за чрезмерно низких температур.

2. Оптимизация давления и скорости впрыска: Увеличение давления и скорости впрыска позволяет сократить время заполнения расплавом и предотвратить недостаточное заполнение, вызванное уменьшением толщины стенок полости. Рекомендуется увеличить давление впрыска на 10–20% по сравнению с исходными параметрами (коррекция должна производиться с учетом несущей способности пресс-формы). Скорость впрыска может регулироваться сегментированным способом: быстрое заполнение на ранней стадии и медленное поддержание давления на более поздней стадии, что позволяет уменьшить ударное воздействие расплава и образование облоя.

3. Регулировка параметров выдержки под давлением и охлаждения: скорость охлаждения деталей, изготовленных методом литья под давлением с уменьшенной толщиной, ускоряется, поэтому время выдержки под давлением и время охлаждения необходимо соответствующим образом корректировать. Время выдержки под давлением можно сократить на 10–15%, чтобы избежать деформации изделия, вызванной чрезмерной выдержкой под давлением; время охлаждения следует оптимизировать в соответствии с фактической ситуацией литья, чтобы обеспечить температуру изделия ниже температуры тепловой деформации при извлечении из формы, тем самым уменьшая коробление.

(III) Выбор подходящих материалов и усовершенствование пресс-форм

1. Выбирайте материалы с высокой текучестью: для деталей, изготовленных методом литья под давлением, с тонкими стенками рекомендуется выбирать пластмассы с хорошей текучестью, такие как ПП, ПЭ и АБС, или модифицированные пластмассы (например, модифицированный ПВХ с добавлением пластификатора), чтобы упростить процесс формования. Избегайте использования материалов с плохой текучестью (таких как ПК и ПОМ) для тонкостенных изделий, если требования к формованию не могут быть удовлетворены путем оптимизации процесса или усовершенствования пресс-формы.

2.Оптимизация конструкции пресс-формы: Улучшите литниковую систему пресс-формы, увеличив размер литников и укоротив длину канала, чтобы уменьшить сопротивление потоку расплава. Например, используйте точечные или веерные литники для повышения эффективности заполнения расплава; установите холодные заготовки в канал, чтобы предотвратить попадание холодного материала в полость и ухудшение качества формования. Одновременно поверхность полости пресс-формы следует отполировать для уменьшения трения потока расплава и повышения эффективности заполнения.

3.Добавление вентиляционных систем: После уменьшения толщины стенок газу внутри полости становится сложнее выходить, что может легко привести к дефектам, таким как пузырьки и следы пригорания на изделии. Вентиляционные канавки следует располагать в конце полости пресс-формы, в застойных зонах потока расплава и других местах. Рекомендуемая ширина вентиляционной канавки составляет 0,01-0,03 мм, а глубина — 0,5-1 мм, что обеспечивает своевременный отвод газа в процессе формования.

(IV)Усиление контроля качества и итеративной оптимизации.

1. Установите стандарты контроля толщины стенок: Регулярно проверяйте толщину стенок деталей, изготовленных методом литья под давлением, во время производства, используя такие инструменты, как штангенциркули и ультразвуковые толщиномеры, чтобы убедиться, что фактическая толщина стенки соответствует проектным требованиям, и избежать локального превышения толщины, вызванного производственными отклонениями.

2. Проведение испытаний пресс-форм и итераций процесса: После корректировки структуры изделия и параметров процесса, проведите испытания пресс-форм для проверки состояния заполнения формы, качества поверхности и механических свойств изделия. При возникновении проблем, таких как недостаточное заполнение или усадочные раковины, проведите дальнейшую оптимизацию конструкции или параметров процесса до достижения квалификационного стандарта.

3. Долгосрочный мониторинг и обратная связь: Необходимо постоянно контролировать качество продукции в процессе массового производства, собирать данные о дефектах литья и регулярно анализировать их причины для оптимизации схемы. Например, если локализованные усадочные раковины возникают постоянно, может существовать возможность оптимизации толщины стенки в этой области, что потребует корректировки конструктивного решения.

1. Меры предосторожности и краткое изложение

Для решения проблемы чрезмерной толщины стенок в деталях, изготовленных методом литья под давлением, необходимо следовать принципу «приоритет проектирования, адаптация процесса и подбор материала». Суть заключается в максимальном минимизировании ненужной толщины стенок при условии соблюдения функциональных требований и механических свойств изделия. При этом следует учитывать следующие моменты:

1. При оптимизации конструкции не следует чрезмерно уменьшать толщину стенок. Необходимо проверить соответствие изделия требованиям эксплуатации с помощью испытаний на прочность, чтобы избежать проблем с качеством, таких как разрушение и деформация изделия, вызванные слишком тонкими стенками.

2. Корректировку параметров процесса следует проводить поэтапно. Избегайте резких изменений за один раз, чтобы предотвратить появление новых дефектов литья, таких как облой и прилипание к форме;

3. Улучшение пресс-формы должно сочетаться с учетом структуры изделия и характеристик материала. Следует избегать необдуманного добавления литниковых каналов или вентиляционных канавок, поскольку это может повлиять на срок службы пресс-формы и внешний вид изделия.

В заключение, решение проблемы чрезмерной толщины стенок в деталях, изготовленных методом литья под давлением, представляет собой системный проект. Он требует совместной оптимизации с различных сторон, включая проектирование, процесс, материалы и пресс-формы. Это не только устраняет существующие дефекты, но и обеспечивает баланс между эффективностью производства и контролем затрат, в конечном итоге достигая взаимовыгодной ситуации как в отношении качества продукции, так и экономической выгоды.