★Implementazione del processo di stampaggio a iniezione multi-stadio
La teoria dello stampaggio a iniezione multi-fase
Durante l'iniezionedi plastica fusa nella cavità dello stampo, la massa fusa è soggetta a complesse forze termodinamiche e fluidodinamiche. Come mostrato nella figura vengono descritte le caratteristiche del flusso di fusione a quattro diverse velocità di iniezione. La Figura (a) mostra i modelli di flusso a serpentina o fenomeno di "getto" che si verifica durante lo stampaggio a iniezione ad alta velocità; La Figura (b) mostra lo stato del flusso ad una velocità di iniezione medio-alta, dove il fenomeno del "jetting" al gate è ridotto, avvicinandosi essenzialmente ad uno stato di "flusso diffuso"; La Figura (c) mostra lo stato del flusso a una velocità di iniezione medio-bassa, dove la massa fusa generalmente non produce un fenomeno di "getto" e la massa fusa può riempire lo stampo con un "flusso di diffusione" stabile e a bassa-velocità; La Figura (d) mostra lo stampaggio a iniezione a bassa-velocità, che può portare a difficoltà o addirittura a errori nel riempimento dello stampo a causa della velocità di riempimento eccessivamente lenta.
Tipicamente, anche il flusso estensionale del polimero fonde secondo il modello di flusso estensionale procede in tre fasi: la fase iniziale in cui il fronte di fusione mostra un flusso radiale mentre passa attraverso il cancello; lo stadio intermedio in cui il fronte di fusione assume la forma di un arco-sotto l'azione della pressione di iniezione; e lo stadio finale di flusso uniforme con la massa fusa viscoelastica che funge da bordo anteriore.
Le caratteristiche del flusso del materiale fuso nella fase iniziale prevedono che il materiale fuso che esce dal cancello possieda una certa energia cinetica sotto l'azione della pressione di iniezione e della velocità di iniezione. L'entità di questa energia cinetica (a questo punto è appena entrata nella cavità dello stampo e non è influenzata da alcuna resistenza al flusso) influenza le caratteristiche del flusso radiale e il volume di diffusione del fronte di fusione. Quando questa forza è particolarmente intensa si può verificare un fenomeno di “jetting”; quando l'energia cinetica di questa forza è adeguata, la massa fusa scorre uniformemente in tutte le direzioni dalla sorgente, determinando un migliore stato di diffusione.
Con il progredire della fase iniziale, il fuso si diffonderà rapidamente e quando entrerà in contatto con la parete della cavità dello stampo si verificheranno due fenomeni: a) la direzione del flusso viene alterata a causa delle forze esercitate dalla parete della cavità dello stampo; b) la resistenza al flusso viene generata a causa degli effetti di raffreddamento e attrito della parete della cavità dello stampo, con conseguenti differenze di velocità nel flusso del materiale fuso in diversi punti. Questa caratteristica del flusso si manifesta come velocità di flusso disuguali in diversi punti della massa fusa, con la velocità di flusso più elevata nel nucleo della massa fusa e il flusso del materiale del bordo anteriore che mostra una forma ad arco; contemporaneamente, il flusso in ciascun punto crea resistenza e costrizione disuguali e la resistenza al flusso tende ad aumentare con l'aumento della distanza del flusso.
Nella terza fase, il materiale fuso scorre rapidamente nella cavità dello stampo, con la massa fusa viscoelastica che funge da fronte del flusso. Nella seconda e terza fase dello stampaggio a iniezione, l'energia cinetica generata dalla pressione e dalla velocità di iniezione è il fattore principale che influenza le caratteristiche di riempimento dello stampo. La figura mostra il processo di espansione del flusso e la distribuzione della velocità. Le parti stampate a iniezione sono disponibili in diverse forme e nella figura è mostrato solo un modello. Le caratteristiche di flusso, la perdita di energia durante il processo di riempimento dello stampo e la forma del prodotto sono strettamente correlate e diverse plastiche hanno caratteristiche di flusso diverse.
1. Stampo a bassa-temperatura; 2. Strato di plastica solidificato a freddo-; 3. Direzione del flusso del materiale fuso; 4. Distribuzione della velocità nello stampo a bassa-temperatura.
Lo stato di flusso ideale del materiale fuso nella cavità dello stampo
Come accennato in precedenza, le caratteristiche del flusso di espansione uniforme e le fasi iniziali del flusso di fusione plastica dal punto di iniezione non dovrebbero mostrare fenomeni simili al "getto" o alle caratteristiche di getto. Ciò richiede che la massa fusa non possieda un'energia cinetica eccessivamente elevata nelle fasi iniziali del flusso verso il cancello (un'energia cinetica eccessiva può portare a modelli a getto e a serpentina); nella fase intermedia-del riempimento dello stampo, il flusso in espansione dovrebbe avere un'energia cinetica sufficiente per superare la resistenza al flusso e raggiungere uno stato di espansione uniforme; nella fase finale del riempimento dello stampo, la massa fusa viscoelastica è necessaria per riempire rapidamente lo stampo, superando la crescente resistenza al flusso con l'aumentare della distanza del flusso e ottenendo una portata uniforme e costante predeterminata. Basato su principi reologici, questo stato di flusso ideale può dare come risultato prodotti stampati a iniezione- con proprietà fisiche e meccaniche superiori, eliminare lo stress interno e l'orientamento nel prodotto, eliminare segni di avvallamento e linee di flusso superficiali e aumentare l'uniformità della lucentezza superficiale del prodotto.
Implementazione di un processo di iniezione in più-fasi
Lo stampaggio a iniezione multi-fase implica essenzialmente il controllo di diverse velocità di iniezione nel momento in cui la plastica fusa riempie la cavità dello stampo, consentendo alla plastica fusa di raggiungere uno stato quasi-ideale durante il processo di riempimento. Questo processo di riempimento ideale non introduce difetti di qualità nel prodotto plastico, né genera tensioni o forze di orientamento. Generalmente, il processo di stampaggio a iniezione viene completato in un periodo compreso tra pochi secondi e decine di secondi e il processo di stampaggio a iniezione a più-fasi richiede la trasformazione del processo di riempimento in una sequenza continua di diversi stati di riempimento controllati da velocità di iniezione variabili in questo breve lasso di tempo.
In base ai requisiti in cinque-fasi dell'effettivo processo di iniezione multi-fase, vengono implementati diversi volumi di iniezione e l'energia cinetica del materiale fuso deve essere fornita dalla macchina per lo stampaggio a iniezione. Le attuali macchine per lo stampaggio a iniezione possono già ottenere un controllo dell'iniezione segmentato o addirittura multi-segmento, come mostrato nella figura.
Come mostrato nella figura sopra, è possibile ottenere il controllo dell'iniezione a cinque-segmenti, in cui ciascun segmento ha un volume di iniezione diverso. Il volume di iniezione controllato dalla corsa è:
- Dove ΩLnè il volume di iniezione;
- Lnè la corsa di iniezione;
- D è il diametro della vite della pressa ad iniezione;
- p è la densità della plastica.
Pertanto, è possibile utilizzare velocità e pressioni di iniezione diverse in ciascun segmento per ottenere l'energia cinetica desiderata del materiale fuso durante questa fase. Ogni segmento corrisponde a una zona specifica (n-zona) nella cavità dello stampo. Sebbene l'energia cinetica del flusso cambi a causa dell'influenza del sistema di colata, la variazione della portata volumetrica dovrebbe essere minima.
Nella produzione effettiva, la velocità di iniezione delle macchine per lo stampaggio a iniezione che raggiungono l'iniezione multi-stadio viene controllata in più fasi. In genere, il processo di iniezione può essere suddiviso in tre o quattro zone, come mostrato nel diagramma, e ciascuna zona può essere impostata con la propria velocità di iniezione appropriata per ottenere uno stampaggio a iniezione multi-stadio. Attualmente, alcune macchine per lo stampaggio a iniezione sono dotate anche di funzioni di pre-plastificazione multi-fase-e di pressione di mantenimento multi-fase.
Curva del processo di stampaggio a iniezione multi-fase
Sebbene lo stampaggio a iniezione multi-fase descriva lo stato del materiale fuso durante il riempimento dello stampo, il suo controllo è implementato dalla macchina per lo stampaggio a iniezione. Dal punto di vista del principio di controllo della macchina per lo stampaggio a iniezione, è possibile utilizzare la relazione tra la velocità di iniezione (pressione di iniezione) e la corsa di alimentazione della vite. La figura mostra una curva tipica per un processo di stampaggio a iniezione multi-fase, in cui diverse pressioni e velocità di iniezione vengono applicate a diverse quantità di materiale durante il processo di iniezione.
1–5 - 5 diverse velocità di iniezione
Vantaggi dello stampaggio a iniezione multi-stadio
Nello stampaggio a iniezione, l'iniezione ad alta-velocità e quella a bassa-velocità presentano ciascuna vantaggi e svantaggi. L'esperienza dimostra che l'iniezione ad alta-velocità presenta generalmente i seguenti vantaggi: tempi di iniezione più brevi; aumento della distanza del flusso; migliore finitura superficiale del prodotto; maggiore resistenza delle linee di saldatura; e prevenzione della deformazione da raffreddamento. L'iniezione a bassa-velocità, d'altra parte, presenta generalmente i seguenti vantaggi: efficace prevenzione del flash; prevenzione dei segni di flusso; prevenzione dei problemi di ventilazione dello stampo; prevenzione dell'intrappolamento dell'aria; e prevenzione della deformazione dell'orientamento molecolare.
Lo stampaggio a iniezione multi-stadio combina i vantaggi dell'iniezione ad alta-velocità e a bassa-velocità per soddisfare i requisiti di geometrie sempre più complesse di prodotti in plastica e cambiamenti drastici nelle-sezioni trasversali dei canali e delle cavità dello stampo. Può anche eliminare efficacemente difetti come segni di iniezione, restringimento, bolle, linee di saldatura e segni di bruciatura durante il processo di stampaggio.
Il processo di stampaggio a iniezione multi-fase rivoluziona il tradizionale metodo di iniezione e mantenimento della pressione, combinando organicamente i vantaggi del processo di iniezione ad alta-velocità e a bassa-velocità. Implementando il controllo a più fasi-durante il processo di iniezione, è possibile superare molti difetti nelle parti stampate a iniezione. Ad esempio, la figura mostra un metodo che utilizza l'iniezione a bassa-velocità all'inizio del processo di iniezione, l'iniezione ad alta-velocità durante il riempimento della cavità dello stampo e infine l'iniezione a bassa-velocità nuovamente verso la fine del riempimento. Attraverso il controllo e la regolazione della velocità di iniezione è possibile prevenire e migliorare diversi fenomeni indesiderati come bave, segni di getto, striature argentate o segni di bruciatura.
a-d: quattro diverse velocità di iniezione
L'esperienza pratica dimostra che il controllo della pressione dell'olio, della velocità di iniezione, della posizione della vite e della velocità della vite della macchina per lo stampaggio a iniezione attraverso il controllo del programma multi-livello può migliorare notevolmente i difetti nell'aspetto dei prodotti stampati a iniezione-, come ritiro, deformazione e sbavatura.