★Implementación de un proceso de moldeo por inyección de múltiples-etapas
La teoría del moldeo por inyección de múltiples-etapas
Durante la inyecciónCuando se introduce plástico fundido en la cavidad del molde, la masa fundida se somete a fuerzas termodinámicas y dinámicas de fluidos complejas. Como se muestra en la figura, se describen las características del flujo de fusión a cuatro velocidades de inyección diferentes. La figura (a) muestra los patrones de flujo serpentino o fenómeno de "chorro" que se produce durante el moldeo por inyección a alta-velocidad; La figura (b) muestra el estado del flujo a una velocidad de inyección media-alta, donde el fenómeno de "chorro" en la compuerta se reduce, acercándose esencialmente a un estado de "flujo extendido"; La figura (c) muestra el estado de flujo a una velocidad de inyección media-baja, donde la masa fundida generalmente no produce un fenómeno de "chorro" y la masa fundida puede llenar el molde con un "flujo de dispersión" estable y de baja-velocidad; La figura (d) muestra el moldeo por inyección a baja-velocidad, lo que puede provocar dificultades o incluso fallos en el llenado del molde debido a la velocidad de llenado excesivamente lenta.
Normalmente, el flujo extensional de polímeros fundidos según el modelo de flujo extensional también se desarrolla en tres etapas: la etapa inicial en la que el frente de fusión exhibe un flujo radial a medida que pasa a través de la compuerta; la etapa intermedia donde el frente de fusión tiene forma de arco-bajo la acción de la presión de inyección; y la etapa final de flujo uniforme con la masa fundida viscoelástica actuando como borde de ataque.
Las características de flujo de la masa fundida en la etapa inicial son que la masa fundida que sale por la compuerta posee una cierta energía cinética bajo la acción de la presión y la velocidad de inyección. La magnitud de esta energía cinética (en este punto, acaba de entrar en la cavidad del molde y no se ve afectada por ninguna resistencia al flujo) afecta las características del flujo radial y el volumen de difusión del frente de fusión. Cuando esta fuerza es particularmente fuerte, puede ocurrir un fenómeno de "chorro"; cuando la energía cinética de esta fuerza es apropiada, la masa fundida fluye uniformemente en todas direcciones desde la fuente, lo que resulta en un mejor estado de difusión.
A medida que avanza la etapa inicial, la masa fundida se esparcirá rápidamente y ocurrirán dos fenómenos cuando entre en contacto con la pared de la cavidad del molde: a) la dirección del flujo se altera debido a las fuerzas ejercidas por la pared de la cavidad del molde; b) la resistencia al flujo se genera debido a los efectos de enfriamiento y fricción de la pared de la cavidad del molde, lo que resulta en diferencias de velocidad en el flujo de fusión en diferentes puntos. Esta característica de flujo se manifiesta como velocidades de flujo desiguales en diferentes puntos de la masa fundida, con la velocidad de flujo más alta en el núcleo de la masa fundida y el flujo del material del borde de ataque presenta una forma de arco; simultáneamente, el flujo en cada punto crea una resistencia y restricción desiguales, y la resistencia al flujo tiende a aumentar con el aumento de la distancia del flujo.
En la tercera etapa, el material fundido fluye rápidamente hacia la cavidad del molde, con la masa fundida viscoelástica actuando como frente de flujo. En la segunda y tercera etapa del moldeo por inyección, la energía cinética generada por la presión y la velocidad de inyección es el factor principal que afecta las características de llenado del molde. La figura muestra el proceso de flujo de expansión y la distribución de velocidades. Las piezas moldeadas por inyección vienen en una variedad de formas y en la figura solo se muestra un modelo. Las características de flujo, la pérdida de energía durante el proceso de llenado del molde y la forma del producto están estrechamente relacionadas, y diferentes plásticos tienen diferentes características de flujo.
1. Molde de baja-temperatura; 2. Capa de plástico solidificada en frío-; 3. Dirección del flujo de la masa fundida; 4. Distribución de velocidades en el molde de baja-temperatura.
El estado de flujo ideal del material fundido en la cavidad del molde.
Como se mencionó anteriormente, las características del flujo de expansión uniforme y las etapas iniciales del flujo de plástico fundido desde la compuerta no deberían exhibir fenómenos similares a "chorro" o características de chorro. Esto requiere que la masa fundida no posea una energía cinética excesivamente alta en las etapas iniciales del flujo hacia la compuerta (una energía cinética excesiva puede provocar patrones de chorro y serpentinas); en la etapa media-del llenado del molde, el flujo en expansión debe tener suficiente energía cinética para superar la resistencia al flujo y lograr un estado de expansión uniforme; en la etapa final del llenado del molde, se requiere que la masa fundida viscoelástica llene el molde rápidamente, superando la creciente resistencia al flujo con el aumento de la distancia del flujo y logrando un caudal uniforme y estable predeterminado. Basado en principios reológicos, este estado de flujo ideal puede dar como resultado productos moldeados por inyección-con propiedades físicas y mecánicas superiores, eliminar la tensión interna y la orientación en el producto, eliminar marcas de hundimiento y líneas de flujo superficiales, y aumentar la uniformidad del brillo de la superficie del producto.
Implementación de un proceso de inyección de varias-etapas
El moldeo por inyección de varias etapas implica esencialmente controlar diferentes velocidades de inyección en el momento en que el plástico fundido llena la cavidad del molde, lo que permite que el plástico fundido alcance un estado casi-ideal durante el proceso de llenado. Este proceso de llenado ideal no introduce defectos de calidad en el producto plástico, ni genera tensiones o fuerzas de orientación. Generalmente, el proceso de moldeo por inyección se completa en unos pocos segundos a decenas de segundos, y el proceso de moldeo por inyección de varias etapas requiere transformar el proceso de llenado en una secuencia continua de diferentes estados de llenado controlados por velocidades de inyección variables dentro de este corto período de tiempo.
De acuerdo con los requisitos de cinco-etapas del proceso de inyección de múltiples-etapas real, se implementan diferentes volúmenes de inyección y la energía cinética de la masa fundida debe ser proporcionada por la máquina de moldeo por inyección. Las máquinas de moldeo por inyección actuales ya pueden lograr un control de inyección segmentado o incluso multi-segmentado, como se muestra en la figura.
Como se muestra en la figura anterior, se puede lograr un control de inyección de cinco-segmentos, y cada segmento tiene un volumen de inyección diferente. El volumen de inyección controlado por el golpe es:
- donde Ωlnes el volumen de inyección;
- Lnes la carrera de inyección;
- D es el diámetro del tornillo de la máquina de moldeo por inyección;
- p es la densidad del plástico.
Por lo tanto, se pueden utilizar diferentes velocidades y presiones de inyección en cada segmento para lograr la energía cinética deseada del material fundido durante esta etapa. Cada segmento corresponde a una zona específica (n-zona) en la cavidad del molde. Aunque la energía cinética del flujo cambia debido a la influencia del sistema de compuerta, la variación en el caudal volumétrico debe ser mínima.
En la producción real, la velocidad de inyección de las máquinas de moldeo por inyección que logran una inyección en múltiples-etapas se controla en múltiples etapas. Normalmente, el proceso de inyección se puede dividir en tres o cuatro zonas, como se muestra en el diagrama, y cada zona se puede configurar con su propia velocidad de inyección adecuada para lograr un moldeo por inyección de varias etapas. Actualmente, algunas máquinas de moldeo por inyección también tienen funciones de presión de mantenimiento de múltiples-etapas previas-y de presión de mantenimiento de múltiples-etapas.
Curva del proceso de moldeo por inyección en varias etapas
Aunque el moldeo por inyección en varias etapas describe el estado del material fundido durante el llenado del molde, su control lo implementa la máquina de moldeo por inyección. Desde la perspectiva del principio de control de la máquina de moldeo por inyección, se puede utilizar la relación entre la velocidad de inyección (presión de inyección) y la carrera de alimentación del tornillo. La figura muestra una curva típica para un proceso de moldeo por inyección de varias etapas, donde se aplican diferentes presiones y velocidades de inyección a diferentes cantidades de material durante el proceso de inyección.
1–5 - 5 velocidades de inyección diferentes
Ventajas del moldeo por inyección multi-etapa
En el moldeo por inyección, la inyección de alta-velocidad y de baja-velocidad tienen sus ventajas y desventajas. La experiencia demuestra que la inyección a alta-velocidad generalmente tiene las siguientes ventajas: tiempo de inyección más corto; mayor distancia de flujo; acabado superficial mejorado del producto; mayor resistencia de las líneas de soldadura; y prevención de la deformación por enfriamiento. Por otro lado, la inyección a baja velocidad- generalmente tiene las siguientes ventajas: prevención eficaz de la inflamación; prevención de marcas de flujo; prevención de problemas de ventilación de moho; prevención de atrapamiento de aire; y prevención de la deformación de la orientación molecular.
El moldeo por inyección de múltiples-etapas combina las ventajas de la inyección de alta-velocidad y baja-velocidad para cumplir con los requisitos de geometrías cada vez más complejas de productos plásticos y cambios drásticos en las-secciones transversales de los canales y cavidades del molde. También puede eliminar eficazmente defectos como marcas de inyección, contracción, burbujas, líneas de soldadura y marcas de quemaduras durante el proceso de moldeo.
El proceso de moldeo por inyección de múltiples-etapas rompe con el método tradicional de inyección y mantenimiento de presión, combinando orgánicamente las ventajas del procesamiento de inyección de alta-velocidad y baja-velocidad. Al implementar un control de múltiples etapas durante el proceso de inyección, se pueden superar muchos defectos en las piezas moldeadas por inyección. Por ejemplo, la figura muestra un método que utiliza inyección de baja-velocidad al comienzo del proceso de inyección, inyección de alta-velocidad durante el llenado de la cavidad del molde y luego inyección de baja-velocidad nuevamente cerca del final del llenado. Mediante el control y ajuste de la velocidad de inyección, se pueden prevenir y mejorar diversos fenómenos indeseables como rebabas, marcas de chorro, vetas plateadas o marcas de quemaduras.
a-d: cuatro velocidades de inyección diferentes
La experiencia práctica muestra que controlar la presión del aceite, la velocidad de inyección, la posición del tornillo y la velocidad del tornillo de la máquina de moldeo por inyección a través de un control de programa de múltiples-niveles puede mejorar en gran medida los defectos en la apariencia de los productos moldeados por inyección-, como la contracción, la deformación y el destello.