Echipamentul de bază pentruturnare prin injecțieeste o mașină de turnat prin injecție și o matriță de injecție. Figura 1-2 arată procesul de turnare prin injecție al unei mașini de turnare prin injecție de tip șurub.
Principiul turnării prin injecție
△Fluxul procesului de turnare prin injecție
Principiul este că plasticul granular sau pulbere este adăugat în cilindrul mașinii de turnat prin injecție, încălzit și topit, iar apoi presiunea mare și viteza mare a șurubului mașinii de turnat prin injecție împinge plasticul topit prin duza de la capătul frontal al cilindrului și îl injectează rapid în cavitatea închisă a matriței [Fig . 1-2(a)]. Topitura care umple cavitatea este răcită și solidificată sub presiune pentru a menține forma dată de cavitate [Fig. 1-2(b)]. Apoi matrița este deschisă și produsul este scos [Fig. 1-2(c)]. În timpul procesului de turnare prin injecție, plasticul suferă o serie de modificări, inclusiv înmuiere, topire, curgere, modelare și solidificare.
(Figura 1-2 Principiul de turnare prin injecție al mașinii de injecție de tip șurub)
Înmuiere și topire:
Figura 1-4 prezintă structura cilindrului și șuruburilor unei mașini de turnat prin injecție. Deoarece un încălzitor circular este instalat pe exteriorul cilindrului, plasticul se topește pe măsură ce se deplasează înainte sub rotația șurubului și este în cele din urmă injectat în matriță prin duză.
(L1-Secțiunea de hrănire; L2-Secțiunea de compresie; L3-Secțiunea de măsurare; h1/h2-Raportul de compresie; D-Diametrul șurubului)
Plasticul suferă următoarele modificări în timpul procesului de umplere a matriței:
Înainte ca șurubul să se rotească (L2), temperatura și presiunea tijei șurubului sunt relativ scăzute din cauza reducerii volumului de topire cauzată de intrarea materialului în cavitatea matriței (L1). După ce șurubul se rotește (L3), temperatura plasticului a atins temperatura de topire și s-a topit. Pentru a asigura calitatea produsului, plasticul trebuie să fie complet topit înainte de re-topire. În acest moment, dacă plasticul a intrat deja în stadiul de compresie la un anumit grad de fuziune, efectul său de degazare va fi foarte afectat.
Chiar dacă cantitatea (L3) rămâne la fel, datorită adâncimii diferitelor caneluri h₀, plasticul va experimenta grade diferite de acțiune de forfecare în timpul procesului de rotație a șurubului, astfel gradul de plasticizare va varia.
În rezumat, în cadrul aceluiași ciclu de turnare, gradul și calitatea topirii plasticului vor fi afectate de conținutul de gaz al șurubului și de calitatea topirii:
① Lungimea efectivă a șurubului este direct proporțională (crește): L/D=22-25.
② Raportul de compresie al șurubului: h₁/h₂=2.0-3.0 (în general 2,5).
③ Partea de compresie a șurubului este relativ proporțională: L₁/L₂=40%-60%.
Deoarece valoarea este prea mare, timpul de rezidență al materialului va crește și el, iar rotația șurubului va trimite continuu plasticul topit înainte. În acest moment, plasticul va continua să curgă în cavitatea matriței sub presiune și apoi într-un ciclu de turnare (fără intervenție externă înainte ca șurubul să înceapă să se miște înainte). După ce șurubul se rotește, acesta se va deplasa înainte sub acțiunea forței mecanice, compactând treptat plasticul și injectându-l în cavitatea matriței. În clipa dinainte, topitura sa va fi supusă unei compresii rapide (numită compresie instantanee), care poate provoca cu ușurință cristalizarea și duce la defecte. Utilizarea injecției lente poate evita cristalizarea (cristalizarea completă, făcându-l complet amorf datorită răcirii rapide).
Flux:
Când topitura este injectată în cavitatea matriței sub presiune mare și viteză mare, în timpul procesului de injecție vor avea loc două fenomene. Unul este că plasticul în contact cu peretele matriței în starea topit se va solidifica și va forma un strat subțire datorită răcirii rapide cauzate de contactul cu suprafața cavității matriței. Acest strat subțire se numește strat înghețat (sau numit strat înghețat instantaneu), ceea ce va determina scăderea temperaturii plasticului topit în sine (în principal din cauza influenței pierderii căldurii latente de cristalizare). De exemplu, în polietilenă, căldura latentă de cristalizare eliberată în timpul procesului de răcire a topiturii prin peretele matriței poate ajunge la 50 de grade sau mai mult. Prin urmare, după ce topitura umple întreaga cavitate a matriței și revine la o stare urgentă, temperatura va scădea. Al doilea este că o porțiune mai mare a plasticului topit va continua să-și mențină direcția de curgere și să fie supusă curgerii inverse.
După cum se poate observa din Figura 1-5, atunci când topitura este în contact cu peretele cavității matriței, va produce un strat înghețat și va fi generat un debit mai rapid în partea centrală departe de cavitate. Plasticul va curge în mod stratificat în zona dintre stratul înghețat și peretele cavității. După ce plasticul trece printr-o astfel de stare și este răcit și modelat într-un produs, stratificarea va exista în continuare în produsul turnat într-o direcție paralelă și o direcție verticală, rezultând diferențe de rezistență și tenacitate a produsului, care vor exista în timpul etapelor de eliberare și modelare a produsului turnat.
1 - Mașină de turnat prin injecție; 2 - Matriță de injecție cu rășină (de fapt compusă din canal principal și poartă);
3 - Mucegai (în interiorul cavității); 4 - Piesa cu un debit mai rapid în centru;
5 - Piesa cu un debit foarte lent de-a lungul peretelui cavităţii; 6 - Molecule de rășină care sunt orientate și întinse;
7 - Molecule de rășină care sunt încurcate împreună.
Modelare și întărire:
Când plasticul topit este injectat, acesta intră în matriță printr-o duză, ia formă, apoi se răcește și se solidifică pentru a deveni produsul finit. Cu toate acestea, timpul efectiv necesar pentru ca plasticul topit să umple matrița este de câteva secunde, ceea ce face foarte dificilă observarea procesului de umplere.
Inginerul american Stevenson a folosit simularea pe computer pentru a descrie procesul de umplere al unei uși de mașină din polipropilenă care este turnată folosind o matriță cu canal cald cu două porți și a calculat timpul de injecție (adică timpul de umplere), linia de sudare și forța de strângere necesară. Figura 1-6 ilustrează modelul obținut din simularea sa. Curgerea și starea de umplere a topiturii din Figura 1-6 nu este semnificativ diferită de ceea ce a fost imaginat și poate reflecta cu acuratețe procesul real de umplere al ușii unei mașini.
Există multe metode pentru simularea fluxului proceselor de turnare prin injecție (cum ar fi metoda FAN, sistemul de simulare CAIM și sistemul de simulare Moldflow). Aceste metode de simulare sunt utilizate în prezent pentru a prezice procesul de umplere a plasticului topit într-o matriță, urmărind un design mai rațional al matriței și selectarea locației sau tipului porții.
După ce plasticul topit este modelat, acesta intră în procesul de solidificare. Principalul fenomen care are loc în timpul solidificării este contracția, care are loc simultan datorită răcirii și cristalizării. Figura 1-7 arată contracția a trei tipuri de polietilenă cu cristalinități diferite pe măsură ce temperatura scade.
(a-PE cu o densitate relativă de 0,9645; b-PE cu o densitate relativă de 0,95; c-PE cu o densitate relativă de 0,918; d-Curbe de viteză de răcire: C1, C2, C3-toate trei au aceeași viteză de răcire.)