★Implementacija više{0}}faznog procesa injekcijskog prešanja
Teorija više-stupanjskog injekcijskog prešanja
Tijekom injekcijerastaljene plastike u šupljinu kalupa, talina je izložena složenim termodinamičkim silama i silama dinamike fluida. Kao što je prikazano na slici, opisuje karakteristike protoka taline pri četiri različite brzine ubrizgavanja. Slika (a) prikazuje zmijoliki tok ili fenomen "mlazanja" koji se javlja tijekom-brzinskog injekcijskog prešanja; Slika (b) prikazuje stanje protoka pri srednjo-visokoj brzini ubrizgavanja, gdje je fenomen "mlazanja" na vratima smanjen, u biti se približava stanju "protoka širenja"; Slika (c) prikazuje stanje protoka pri srednjo-niskoj brzini ubrizgavanja, gdje talina općenito ne proizvodi fenomen "mlazanja", a talina može ispuniti kalup malom-brzinom, stabilnim "protokom širenja"; Slika (d) prikazuje malo{6}}brzinsko brizganje, što može dovesti do poteškoća ili čak neuspjeha u punjenju kalupa zbog prespore brzine punjenja.
Tipično, ekstenzijski tok polimernih talina prema modelu ekstenzijskog toka također se odvija u tri faze: početni stadij gdje front taline pokazuje radijalni tok dok prolazi kroz vrata; međufaza u kojoj je fronta taline lučno-oblikovana pod djelovanjem tlaka ubrizgavanja; i završni stadij jednolikog protoka s viskoelastičnom talinom koja djeluje kao vodeći rub.
Karakteristike tečenja taline u početnoj fazi su da talina koja istječe iz otvora posjeduje određenu kinetičku energiju pod djelovanjem tlaka i brzine injektiranja. Veličina te kinetičke energije (u ovoj točki, upravo je ušla u šupljinu kalupa i na nju ne utječe nikakav otpor protoku) utječe na karakteristike radijalnog protoka i volumen difuzije fronte taline. Kada je ova sila posebno jaka, može doći do fenomena "mlazanja"; kada je kinetička energija te sile odgovarajuća, talina teče ravnomjerno u svim smjerovima od izvora, što rezultira boljim stanjem difuzije.
Kako početna faza napreduje, talina će se brzo širiti i dva će se fenomena dogoditi kada dođe u dodir sa stijenkom šupljine kalupa: a) smjer protoka se mijenja zbog sila koje djeluju stijenke šupljine kalupa; b) otpor protoku nastaje zbog učinaka hlađenja i trenja stijenke šupljine kalupa, što rezultira razlikama u brzini protoka taline na različitim točkama. Ova karakteristika protoka očituje se kao nejednake brzine protoka na različitim točkama taline, s najvećom brzinom protoka u jezgri taline, a protok materijala na rubu koji pokazuje lučni oblik; istodobno, protok u svakoj točki stvara nejednak otpor i ograničenje, a otpor protoka ima tendenciju povećanja s povećanjem udaljenosti protoka.
U trećoj fazi rastaljeni materijal brzo teče u kalupnu šupljinu, pri čemu viskoelastična talina djeluje kao fronta toka. U drugoj i trećoj fazi injekcijskog prešanja, kinetička energija generirana pritiskom injektiranja i brzinom ubrizgavanja glavni je faktor koji utječe na karakteristike punjenja kalupa. Slika prikazuje proces strujanja ekspanzije i raspodjelu brzina. Brizganjem lijevani dijelovi dolaze u raznim oblicima, a na slici je prikazan samo jedan model. Karakteristike protoka, gubitak energije tijekom procesa punjenja kalupa i oblik proizvoda usko su povezani, a različite plastike imaju različite karakteristike protoka.
1. Kalup za-nisku temperaturu; 2. Hladno-stvrdnuti sloj plastike; 3. Smjer toka taline; 4. Raspodjela brzine u kalupu za-nisku temperaturu.
Idealno stanje protoka rastaljenog materijala u kalupnoj šupljini
Kao što je gore spomenuto, karakteristike ravnomjernog protoka koji se širi i početne faze protoka plastične taline iz otvora ne bi trebale pokazivati pojave slične "mlazanju" ili karakteristikama mlaza. To zahtijeva da talina ne posjeduje pretjerano visoku kinetičku energiju u početnim fazama protoka do otvora (pretjerana kinetička energija može dovesti do mlaznih i zmijolikih uzoraka); u srednjoj-fazi punjenja kalupa, protok koji se širi trebao bi imati dovoljnu kinetičku energiju da prevlada otpor protoka i postigne ravnomjerno stanje ekspanzije; u završnoj fazi punjenja kalupa, viskoelastična talina je potrebna za brzo punjenje kalupa, prevladavajući sve veći otpor protoka s povećanjem udaljenosti protoka i postizanje unaprijed određene jednolike i postojane brzine protoka. Na temelju reoloških načela, ovo idealno stanje tečenja može rezultirati injekcijskim{3}}lijevanim proizvodima s vrhunskim fizičkim i mehaničkim svojstvima, eliminirati unutarnje naprezanje i orijentaciju u proizvodu, eliminirati tragove udubljenja i površinske linije tečenja te povećati ujednačenost površinskog sjaja proizvoda.
Implementacija više{0}}faznog procesa ubrizgavanja
Više{0}}stupanjsko injekcijsko prešanje u biti uključuje kontrolu različitih brzina ubrizgavanja u trenutku kada talina plastike ispuni šupljinu kalupa, dopuštajući da talina plastike dosegne gotovo-idealno stanje tijekom procesa punjenja. Ovaj idealan proces punjenja ne dovodi do nedostataka u kvaliteti plastičnog proizvoda, niti stvara naprezanje ili sile orijentacije. Općenito, proces injekcijskog prešanja dovršava se u roku od nekoliko sekundi do desetaka sekundi, a više{4}}fazni postupak injekcijskog prešanja zahtijeva transformaciju procesa punjenja u kontinuirani niz različitih stanja punjenja kontroliranih različitim brzinama injektiranja unutar ovog kratkog vremenskog okvira.
U skladu sa zahtjevima od pet-faza stvarnog više{1}}faznog procesa ubrizgavanja, primjenjuju se različiti volumeni ubrizgavanja, a kinetičku energiju taline mora osigurati stroj za injekcijsko prešanje. Sadašnji strojevi za injekcijsko prešanje već mogu postići segmentiranu, ili čak više{3}}segmentnu kontrolu injekcijskog prešanja, kao što je prikazano na slici.
Kao što je prikazano na gornjoj slici, može se postići kontrola ubrizgavanja u pet-segmenata, pri čemu svaki segment ima drugačiji volumen ubrizgavanja. Volumen ubrizgavanja kontroliran hodom je:
- Gdje je ΩLnje volumen injekcije;
- Lnje takt ubrizgavanja;
- D je promjer vijka stroja za injekcijsko prešanje;
- p je gustoća plastike.
Stoga se u svakom segmentu mogu koristiti različite brzine ubrizgavanja i pritisci kako bi se postigla željena kinetička energija rastaljenog materijala tijekom ove faze. Svaki segment odgovara određenoj zoni (n-zona) u šupljini kalupa. Iako se kinetička energija protoka mijenja zbog utjecaja zapornog sustava, varijacija volumetrijske brzine protoka trebala bi biti minimalna.
U stvarnoj proizvodnji, brzina ubrizgavanja strojeva za injekcijsko prešanje koji postižu više{0}}stupanjsko ubrizgavanje kontrolira se u više faza. Uobičajeno, proces ubrizgavanja može se podijeliti u tri ili četiri zone, kao što je prikazano na dijagramu, a svaka zona može biti postavljena s vlastitom odgovarajućom brzinom ubrizgavanja kako bi se postiglo više{2}}stupanjsko injekcijsko prešanje. Trenutačno, neki strojevi za injekcijsko prešanje također imaju više{4}}stupanjske funkcije pred-plastificiranja i više-fazne funkcije držanja pritiska.
Više{0}}krivulja procesa injekcijskog prešanja
Iako više{0}}stupanjsko injekcijsko prešanje opisuje stanje rastaljenog materijala tijekom punjenja kalupa, njegovu kontrolu provodi stroj za injekcijsko prešanje. Iz perspektive principa upravljanja strojem za injekcijsko prešanje, može se koristiti odnos između brzine injektiranja (pritiska injektiranja) i hoda pužnog punjenja. Slika prikazuje tipičnu krivulju za više{3}}fazni proces injekcijskog prešanja, gdje se različiti pritisci i brzine ubrizgavanja primjenjuju na različite količine materijala tijekom procesa ubrizgavanja.
1–5 - 5 različitih brzina ubrizgavanja
Prednosti više{0}}stupanjskog injekcijskog prešanja
U injekcijskom prešanju, velika{0}}brzina i mala-brzina injektiranja imaju svoje prednosti i nedostatke. Iskustvo pokazuje da-ubrizgavanje velike brzine općenito ima sljedeće prednosti: kraće vrijeme ubrizgavanja; povećana udaljenost protoka; poboljšana površinska obrada proizvoda; povećana čvrstoća linija zavara; i sprječavanje deformacije hlađenjem. S druge-brzinsko ubrizgavanje općenito ima sljedeće prednosti: učinkovito sprječavanje bljeska; sprječavanje tragova protoka; sprječavanje problema s ventilacijom plijesni; sprječavanje zarobljavanja zraka; i sprječavanje deformacije molekularne orijentacije.
Više{0}}stupanjsko injekcijsko prešanje kombinira prednosti velike-brzine i niske-brzine ubrizgavanja kako bi se zadovoljili zahtjevi sve složenijih geometrija plastičnih proizvoda i drastičnih promjena u-presjecima kalupnih klizača i šupljina. Također može učinkovito eliminirati nedostatke kao što su tragovi ubrizgavanja, skupljanje, mjehurići, linije zavara i tragovi spaljivanja tijekom procesa kalupljenja.
Više{0}}fazni postupak injekcijskog prešanja probija tradicionalnu metodu ubrizgavanja i pritiska držanja, organski kombinirajući prednosti obrade ubrizgavanjem velike-brzine i male-brzine. Implementacijom više-stupanjske kontrole tijekom procesa ubrizgavanja mogu se prevladati mnogi nedostaci u dijelovima lijevanim ubrizgavanjem. Na primjer, slika prikazuje metodu koja koristi ubrizgavanje male-brzine na početku procesa ubrizgavanja, ubrizgavanje velike-brzine tijekom punjenja šupljine kalupa, a zatim ponovno ubrizgavanje-niske brzine pri kraju punjenja. Kontrolom i prilagodbom brzine ubrizgavanja mogu se spriječiti i poboljšati različiti nepoželjni fenomeni kao što su neravnine, tragovi mlaza, srebrne pruge ili tragovi opeklina.
a-d: četiri različite brzine ubrizgavanja
Praktično iskustvo pokazuje da upravljanje tlakom ulja, brzinom ubrizgavanja, položajem vijka i brzinom vijka stroja za injekcijsko prešanje putem upravljanja programom na više-razina može uvelike poboljšati nedostatke u izgledu-proizvoda prešanih ubrizgavanjem, kao što su skupljanje, savijanje i treptanje.