Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Основы компьютерного моделирования процессов изготовления изделий из пластмасс литьем под давлением. Интерпретация результатов анализа. Учебное пособи

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 144 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Рис. 2.20. Задержка потока расплава вследствие изменения сечения

оформляющей полости

ному замедлению течения полимера в тонкой секции. В этом случае расплав полимера будет охлаждаться более быстро, и его вязкость увеличится. Более высокая вязкость будет препятствовать течению, вызывая еще более быстрое охлаждение, что приведет к усилению этой проблемы и ее распространению на соседние области.

«Задержки» течения могут происходить в ребрах или в тонких областях изделия со значительным изменением толщины стенки (рис. 2.21).

Рис. 2.21. Участок детали с высоким сопротивлением

процессу течения

На рисунке обведена красным область, в которой предлагается более высокое сопротивление потоку, потому что она гораздо тоньше, чем остальные области изделия. Эффекта «задержек» можно избежать,

если впуск в изделие расположить на другой его стороне, перпендикулярной данной. В этом случае расплав заполнит и узкую область без дополнительных задержек.

«Задержки» могут снизить качество деталей вследствие изменения внешнего вида поверхности, высоких остаточных напряжений, неоднородности ориентации макромолекул полимера. Если же «задержки» могут полностью остановить движение фронта расплава полимера, часть полости может остаться незаполненной.

Просмотр результатов «Время заполнения» (Fill time) и результатов, показывающих изменение температуры, могут помочь объяснить, почему произошли «задержки». В этих областях будет наблюдаться большой градиент температуры и ее существенное уменьшение.

Для устранения эффекта «задержек» желательно руководствоваться ниже приведенными рекомендациями:

- перенос места впрыска как можно дальше от тонкостенных участков, в этом случае уменьшается время до достижения высокого давления в конце стадии заполнения, что способствует полному оформлению тонкостенного участка;

- расположение места впрыска полимера таким образом, что основная часть полости заполняется до того, как расплав достигнет тонкой области, отсутствие альтернативных путей потока расплава;

- расположение места впрыска полимера таким образом, чтобы давление было максимально, когда расплав достигнет тонкой области;

- увеличение толщины стенки, где происходят «задержки», чтобы уменьшить сопротивление потоку расплава полимера;

- использование менее вязкого полимера (с более высоким индексом течения);

- более быстрый впрыск;

- увеличение температуры расплава так, чтобы в тонкой области она не понизилась до критических значений.

2.11 Переуплотнение

Переуплотнение является одной из важных причин коробления изделий. Полимеры относятся к легко сжимаемым материалам. Основная причина переуплотнения и, следовательно, коробления – несбалансированность потоков расплава. Расплав всегда вначале будет заполнять самую удобную для течения часть изделия.

Если результат «Время заполнения» (Fill time) показывает, что один поток расплава полимера заканчивает путь раньше других поттоков, это может оказаться причиной переуплотнения. Хотя эта область уже заполнена, она все равно остается под давлением, пока не будет заполнена остальная часть оформляющей полости. Это давление и вызовет переуплотнение материала в данной области (рис. 2.22).

Рис. 2.22. Участки изделия с разной плотностью

В процессе переуплотнения полимер продолжает течь с постепенно уменьшающейся скоростью при постоянном увеличении толщины пристенного застывшего слоя.

По мере образования каждой новой зоны застывшего материала в ней будут одновременно происходить процессы течения и застывания, в результате которых в поперечном сечении, имеющем различную ориентацию, появится собственное локальное поле напряжений.

Другие области с малым уплотнением будут иметь низкий уровень ориентации и усадки. Это приведет к различиям в плотности, усадке изделия, напряжениям и в итоге к короблению.

Для решения проблем переуплотнения необходимо:

- сбалансировать пути потоков;

- сделать толще или тоньше различные части изделия, чтобы

способствовать или препятствовать течению расплава;

- переместить место впрыска в положение, в котором будут

схожие длины потоков, заполняющих форму;

- разделить полость формы на секции и каждую секцию

заполнять своей точкой впрыска;

- удалите ненужные точки впрыска.

2.12 Сварные швы (линии спая), следы течения и воздушные ловушки

Спаи образуются в результате соединения двух (или нескольких) потоков расплава, образующихся при заполнении материалом формы.

Образование спая возможно в результате обтекания материалом вставки, знака, находящихся в форме, которые разделяют поток расплава на два потока. После вставки (знака) два раздельных потока соединяются. В месте соединения потоков расплав сплавляется под действием давления литья и образуется монолит – спай (стыковой шов). В формах с несколькими впусками линии спая неизбежны. Даже когда они допустимы с точки зрения внешнего вида (в месте соединения потоков скапливается воздух, на поверхности изделия остается тонкая слабо видимая риска), они создают в изделии области пониженной прочности, так как действуют как концентраторы напряжений.

Компьютерный анализ может показать положение линий спая. Следы течения подобны линиям спая, но при этом фронты потоков двигаются в параллельном направлении.

Чтобы подтвердить наличие этих эффектов, необходимо посмотреть результаты анализа «Сварные швы» (Weld Lines) и «Воздушные ловушки» (Air Traps). Сварные швы и воздушные ловушки могут привести к структурным и визуальным дефектам, среди которых наиболее часто встречающихся является «эффект ипподрома» (Racetrack Effect).

Рис. 2.23. «Эффект ипподрома»

На рис. 2.23 показана часть формы с толстым ободом. Путь потока 1 короче, чем путь потока 2. Дальше поток 1 движется по толстому ободу быстрее (эффект «беговая дорожка»). В результате встреча потоков происходит вблизи угла формы c образованием линии спая и воздушной ловушки. Если слегка увеличить толщину стенки в районе потока 2 или сделать стенку тоньше в районе потока 1, потоки будут достигать толстый обод одновременно, т.е. потоки будут сбалансированы.

Приведенный пример в симметричной форме с толстым ободом достаточно легко решить. В более сложных случаях, может потребоваться уменьшение толщины толстого обода, изменение места впрыска расплава и нескольких точек впрыска в форму.

2.13 Температура фронта потока расплава (Temperature at flow front)

Результат «Температура фронта потока расплава» генерируется в Midplane, Fusion и 3D анализах и показывает температуру расплава полимера, которую он имеет в момент, когда фронт потока расплава достигает тот или иной узел сетки. Можно посмотреть результат на момент окончания заполнения или в определенные моменты времени в ходе анализа (рис. 2.24).

Рис. 2.24. Температура фронта потока полимера

Если температура фронта потока в какой–либо части формы слишком низкая, в этом месте могут иметь место явление «задержки» или происходить недолив формы. В областях формы, где температура фронта потока слишком высока, могут иметь место деградация материала и поверхностные дефекты. Поэтому, температурой фронта потока всегда надо управлять в пределах рекомендуемого диапазона температуры для полимера. Для этого охлаждающие каналы системы термостатирования формы надо проектировать так, чтобы охлаждение было равномерным. Места перегрева часто определяются вокруг точек впрыска в форму и конечных участков заполнения. Следует обратить внимание на то, образуются ли горячие или холодные участки внутри формы. Холодные участки (цветовые пятна) указывают на эффект «задержки» течения расплава.

2.14 Давление в момент переключения контроля заполнения скорость/давление (Pressure at V/P switchover)

Данный результат отображает распределение давления расплава полимера в оформляющей полости в момент переключения анализа с режима управления объемной скоростью на режим управления давлением (рис. 2.25).

Рис. 2.25. Распределение давления в форме в момент заполнения

В начале заполнения давление расплава в форме равно нулю (или одной атмосфере по абсолютной шкале давления). При заполнении давление начинает возрастать по мере продвижения расплава в форме. Полимер всегда движется в направлении отрицательного градиента давления (это похоже на воду, текущую сверху вниз). Максимальное давление находится в месте впрыска полимера, а минимальное – в конечной точке течения фронта расплава. Величина давления (или градиент давления) зависит от сопротивления течению полимера в пресс–форме: к расплаву с высокой вязкостью требуется прилагать большее давление, чтобы заполнить оформляющую полость. Тонкостенные участки в оформляющей полости, узкие ребра жесткости, участки с большой длинной для гарантированного заполнения требуют большего градиента давления и, следовательно, более высокого давления.

Типичное максимальное гидравлическое давление литья термопластавтомата ~14 МПа. Когда полимер впрыскивается и нагнетается в сопло, из-за меньшей площади сопла необходимо учитывать коэффициент усиления давления, принимаемый в пределах 8–15. Таким образом, давление, доступное в сопле материального цилиндра, находится, как правило, в диапазоне от 110 до 210 МПа. Обычно максимальное давление впрыска в сопле составляет около 140 МПа. Рекомендуется использовать в качестве максимального давление 100 МПа для всей отливки (с учетом литниковой системы) и 70 МПа максимум – для оформляющей полости. Существует большое количество литьевых машин с более высокими значениями максимального давления. Если максимальное давление литьевой машины известно, в расчетах используют не более чем 75 % от максимального давления на всю пресс-форму и ~50 % – на оформляющую полость.

Часть оформляющей полости в этом результате анализа остается незаполненной, она будет заполняться уже на стадии выдержки под давлением, в соответствии с заданным режимом в параметрах процесса (Process Settings).

2.15 Переключение на выдержку под давлением (Switch over point)

Момент переключения с режима управления скоростью впрыска (стадия впрыска) на режим управления давлением (стадия выдержки под давлением) – один из наиболее важных технологических параметров процесса литья (рис. 2.26).

Рис. 2.26. Распределение давления в форме на стадии выдержки

под давлением

Обычно этот момент происходит до того, как вся оформляющая полость оказывается заполнена, то есть переключение на режим управления давлением производится в самом конце стадии заполнения, при этом основная часть изделия (обычно 93–99 % по объему) должна заполняться в режиме управления скоростью впрыска.

Дальше заполнение осуществляется при постоянном давлении, достигнутом к моменту переключения, или на задаваемом профиле давления. В любом случае после переключения режима контроля скорость перемещения шнека обычно уменьшается. При преждевременном переключении на режим управления давлением оставшаяся часть изделия заполняется при более низкой скорости впрыска. Это вызывает остывание фронта расплава, что может приводить к недоливу, дефектам поверхности, остаточным напряжениям, короблению, выходу из строя литьевой машины и др. Если же переключение на выдержку под давлением запаздывает, после заполнения изделия расплавом в

гидросистеме машины развивается пиковое давление, вызывающее раскрытие пресс-формы, переуплотнение изделия.

В системах управления термопластавтоматов выводится фактическое время до переключения на режим выдержки под давлением (время впрыска), а также положение шнека при таком переключении. Стабильность данных параметров во много определяет стабильность процесса литья.

В современных машинах переключение на выдержку под давлением может производиться следующими способами:

- по положению шнека;

- по времени впрыска;

- по давлению впрыска, контролируемому в гидроцилиндре

узла впрыска;

- по скорости изменения давления в гидроцилиндре узла

впрыска;

- по уменьшению скорости поступательного движения шнека;

- по давлению, контролируемому в сопле литьевой машины;

- по давлению в пресс-форме.

Переключение по положению шнека – стандартный метод переключения для современных систем управления любого уровня.

Данный метод предпочтителен для изделий, имеющих сложную геометрию. Метод переключения по времени впрыска реализован только на некоторых литьевых машинах. Другим стандартным методом является метод переключения по, так называемому, давлению впрыска (давлению заполнения), контролируемому в гидроцилиндре узла впрыска. При достижении заданного давления впрыска происходит переключение на режим управления давлением.

Недостаток данного метода – большое расстояние между полостью формы и точкой контроля давления, что затрудняет регулирование процесса и может приводить к переуплотнению изделия.

Метод контроля скорости изменения давления (дифференциальный метод) – эффективный метод переключения на выдержку под давлением в том числе и при повышенной нестабильности условий литья и характеристик полимера. В этом методе в гидроцилиндре узла впрыска контролируется скорость изменения давления (первая производная) во времени. В момент окончания впрыска скорость изменения давления резко увеличивается. Система фиксирует данные изменения и дает команду на переключение в режим управления давлением. Для повышения эффективности этого метода желательно

уменьшать скорость впрыска в конце процесса заполнения. Рекомендуется применять данный метод для изделий с относительно простой геометрией.

Аналогично работает и метод переключения, основанный на контроле скорости движения шнека: резкое уменьшение скорости поступательного движения шнека в момент окончания впрыска фиксируется системой. Переключение по давлению, контролируемом на сопле литьевой машине, требует дополнительных финансовых затрат и применяется в некоторых системах автоматического управления с самонастройкой процесса. Для переключения по давлению, контролируемому в литьевой полости, требуется установка в пресс–форме датчика давления. Датчик устанавливается в точке полости, определяющей качество. Эта точка обычно соответствует 30–40 % пути течения расплава. В последние годы данный способ переключения получил достаточно широкое распространение.

Фактический момент переключения на выдержку под давлением может отличаться от заданного. Если переключение производится по положению шнека или времени впрыска, при достижении заданного давления впрыска система перейдет в режим управления давлением, т.е. будет выполнять заданный профиль давления выдержки.

Выбор метода переключения в MOLDFLOW осуществляется в окошке Process Settings Wizard в опции Velocity/pressure switch-over (рис. 2.27).

Рис. 2.27. Задание давления и номера узла контрольной точки

для контроля переключения по давлению в контрольной точке

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 144 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]