Procesul de turnare prin injecție a sticlelor de plastic

Procesul de turnare prin injecție: tehnologia de bază a turnării termoplastice

Procesul de turnare prin injecție este o tehnologie eficientă de turnare care procesează materiale termoplastice în diverse produse prin intermediul matrițelor. Datorită avantajelor automatizării ridicate, eficienței rapide a producției și preciziei ridicate a produsului, a devenit unul dintre cele mai utilizate procese în prelucrarea modernă a plasticului. De la articolele de masă și husele de telefon din plastic de zi cu zi, până la piesele auto de precizie și dispozitivele medicale, tehnologia de turnare prin injecție, cu adaptabilitatea și flexibilitatea sa puternică, susține fabricarea de produse în multe industrii și ocupă o poziție de neînlocuit în știința materialelor și producția industrială.

1. Principiile procesului și elementele de bază

Principiul de bază al procesului de turnare prin injecție este procesul ciclic de topire-solidificare: particulele solide de plastic sunt încălzite și topite într-o topitură dinamică fluidă, care este injectată sub presiune într-o cavitate închisă a matriței. După răcire și solidificare în cavitate, topitura formează un produs care este în concordanță cu forma cavității matriței. Acest proces trebuie realizat prin efectul sinergic al celor trei elemente principale: materiile prime, echipamentul de turnare prin injecție și matrițele.

Cerințe privind caracteristicile materiilor prime

Procesul de turnare prin injecție are cerințe specifice privind performanța materiilor prime (termoplastice), ceea ce afectează direct calitatea și eficiența turnării. Rata de curgere a topiturii (MFR) este un indicator cheie care reflectă fluiditatea topiturii de plastic. O MFR excesivă poate duce la contracții mari și la dimensiuni instabile ale produsului; dacă este prea mică, fluiditatea va fi slabă și pot apărea probleme precum lipsa materialului și umplerea insuficientă. Este necesar să se aleagă plasticul MFR adecvat în funcție de complexitatea produsului, cum ar fi selectarea PP și ABS cu fluiditate ridicată pentru piesele de precizie și PC și PA de înaltă rezistență pentru piesele structurale.

Stabilitatea termică a materialelor plastice este la fel de importantă. Acestea trebuie să poată rezista la temperatura de încălzire a cilindrului materialului (de obicei 150-350 ℃) fără degradare, altfel vor cauza decolorarea și scăderea proprietăților mecanice ale produsului. Prin urmare, înainte de procesare, este necesar să se confirme temperatura de descompunere termică a plasticului. De exemplu, PVC-ului trebuie să i se adauge un stabilizator termic pentru a preveni descompunerea. În plus, rata de contracție a plasticului (proporția de contracție la răcire după turnare) trebuie să fie corelată cu designul matriței. Diferitele materiale plastice au diferențe semnificative în ceea ce privește ratele de contracție (cum ar fi rata de contracție a PE de 1,5% -3%, rata de contracție a PC de 0,5% -0,7%), iar matrița trebuie să rezerve o alocație de contracție pentru a asigura precizia dimensională a produsului.

Printre materialele plastice turnate prin injecție se numără materialele plastice generale (PP, PE, ABS, PS), materialele plastice inginerești (PC, PA, POM, PBT) și materialele plastice speciale (PEEK, PI), care sunt potrivite pentru scenarii cu cerințe diferite de rezistență, rezistență la temperatură și rezistență chimică.

Compoziția echipamentului de turnare prin injecție

Mașina de turnare prin injecție este echipamentul principal al procesului de turnare prin injecție, alcătuit din patru părți: sistemul de injecție, sistemul de prindere a matriței, sistemul de transmisie hidraulică și sistemul de control electric. Sistemul de injecție este responsabil pentru topirea și injecția plasticului, incluzând pâlnia, cilindrul, șurubul și duza: pâlnia stochează particulele de plastic, care cad în cilindru prin gravitație; Înfășoară un inel de încălzire în jurul exteriorului cilindrului de material pentru a încălzi plasticul până la o stare topită; Șurubul finalizează transportul, compactarea și plastifierea (amestecarea topiturii) plasticului prin rotație și mișcare axială, iar topitura plastifiată este injectată în matriță printr-o duză.

Sistemul de prindere a matriței realizează deschiderea, închiderea și blocarea acesteia, fiind format dintr-un șablon fix, un șablon mobil, o tijă de tracțiune și un cilindru de prindere. Forța de prindere trebuie să corespundă presiunii de injecție și suprafeței proiectate a produsului pentru a preveni întinderea și deschiderea matriței și apariția bavurilor în timpul injecției. Formula de calcul a forței de prindere este: forța de prindere (kN) = suprafața proiectată a produsului (cm²) x presiunea de injecție (MPa) x factorul de siguranță (1,2-1,5).

Sistemul de transmisie hidraulică asigură puterea pentru injecție și închiderea matriței, controlând viteza și presiunea mișcării fiecărei componente; sistemul de control electric (PLC + ecran tactil) controlează cu precizie parametrii procesului (temperatură, presiune, timp) pentru a realiza o producție automatizată. Mașinile de turnare prin injecție de înaltă performanță sunt, de asemenea, echipate cu servomotoare, cu o rată de economisire a energiei de peste 30%.

Puncte cheie ale proiectării matriței

Matrița este cheia pentru determinarea formei și calității produsului, constând dintr-o cavitate, miez, sistem de turnare, sistem de răcire și sistem de ejecție. Suprafețele exterioare și interioare ale produsului formate de cavitate și miez sunt fabricate în mare parte din oțel matriță (cum ar fi P20, 718H), care trebuie călit și lustruit pentru a asigura netezimea suprafeței și rezistența la uzură.

Sistemul de turnare introduce materialul topit din duză în cavitatea matriței, incluzând canalul principal, canalul de deviere și matricea: canalul principal conectează duza și canalul de deviere, iar pentru o demulare ușoară trebuie proiectată o conicitate (2°-5°); Canalul de deviere distribuie topitura în mai multe cavități; Matricea este canalul final prin care topitura poate intra în cavitatea matriței, având o dimensiune mică (de obicei 0,5-2 mm), ceea ce este convenabil pentru tăierea topiturii și separarea produsului. Tipurile comune de matrice includ matricele laterale, matricele punctuale și matricele ascunse, care trebuie selectate în funcție de forma produsului.

Sistemul de răcire elimină căldura topiturii prin circulația apei, accelerând solidificarea produsului. Canalul de apă de răcire trebuie să fie aproape de suprafața cavității matriței (la 15-25 mm distanță) pentru a asigura o răcire uniformă. Timpul de răcire reprezintă 50%-70% din ciclul de turnare, afectând direct eficiența producției. Sistemul de ejecție (știftul ejectorului, placa superioară, tubul ejectorului) împinge produsul în afara matriței după răcire pentru a evita deformarea sau zgârieturile.

2. Fluxul procesului și parametrii cheie

Procesul de turnare prin injecție este un ciclu continuu, iar controlul parametrilor fiecărei verigi afectează direct calitatea produsului. Procesul complet include trei etape: pregătirea materiei prime, turnarea prin injecție și post-procesare.

Etapa de preparare a materiei prime

Materiile prime trebuie să fie supuse unui proces de pretratare și uscare: pretratarea include cernerea (îndepărtarea impurităților) și amestecarea (adăugarea de masterbatch de culoare și aditivi în proporție) pentru a asigura uniformitatea materiilor prime; Uscarea vizează materialele plastice higroscopice (cum ar fi PA, PC, PBT), care sunt predispuse la absorbția umezelii din aer și pot produce defecte precum bule și fire de argint la topire. Este necesar să se utilizeze o mașină de uscare (uscare cu aer cald sau uscare prin dezumidificare) pentru a reduce conținutul de umiditate sub 0,02% -0,05%. Parametrii de uscare variază în funcție de plastic (cum ar fi temperatura de uscare a PC-ului de 120 ℃ timp de 4-6 ore; temperatura de uscare a PA6 este de 80-90 ℃ timp de 4 ore).

Etapa de turnare prin injecție

Acesta este nucleul procesului, care constă în cinci etape: plastificare, injecție, menținerea presiunii, răcire și deschiderea și ejecția matriței. Plastificare: Rotația șurubului transportă particulele de plastic înainte și le topește sub încălzirea cilindrului și forfecarea șurubului, formând o topitură uniformă. Calitatea plastificării depinde de temperatura cilindrului, viteza șurubului și contrapresiunea (contrapresiunea în timpul rotirii șurubului). Dacă contrapresiunea este prea mare, va prelungi timpul de plastificare, iar dacă este prea mică, va duce la o plastificare inegală.

Injecție: Șurubul se mișcă rapid înainte pentru a injecta topitura în cavitatea matriței la presiune și viteză ridicate. Presiunea de injecție este de obicei de 50-150 MPa, iar viteza este de 30-150 mm/s. Aceasta trebuie ajustată în funcție de grosimea și complexitatea produsului: produsele cu pereți subțiri necesită presiune ridicată și viteză mare (pentru a reduce răcirea topiturii), iar produsele cu pereți groși necesită presiune scăzută și viteză redusă (pentru a preveni revărsarea).

Menținerea presiunii: După ce topitura umple cavitatea matriței, șurubul menține o anumită presiune pentru a alimenta cu material cavitatea, compensând contracția topiturii prin răcire. Menținerea presiunii este de obicei de 60% -80% din presiunea de injecție, iar timpul de menținere este determinat în funcție de grosimea produsului (produsele cu pereți groși necesită un timp de menținere prelungit). O menținere insuficientă poate duce la adâncirea produsului și la dimensiuni mai mici.

Răcire: După finalizarea menținerii presiunii, sistemul de răcire a matriței lucrează pentru a reduce temperatura produsului sub temperatura de deformare termică, permițându-i să se solidifice și să capete formă. Formula de calcul a timpului de răcire este: timpul de răcire (s) = (grosimea maximă a peretelui produsului (mm))² × coeficientul materialului, diferiți coeficienți plastici sunt diferiți (cum ar fi coeficientul PE 0,8, coeficientul PC 1,2).

Deschiderea și ejectarea matriței: După ce răcirea este completă, sistemul de închidere a matriței acționează șablonul mobil pentru a se retrage și a deschide matrița. Sistemul de ejectare ejectează produsul din matriță la o viteză lentă și uniformă pentru a preveni deformarea sau albirea produsului.

Etapa de postprocesare

Unele produse necesită post-procesare pentru a îmbunătăți performanța: îndepărtarea excesului de material de pe suprafața de țeavă și de separare prin îndepărtarea bavurilor; Tratamentul de recoacere (cum ar fi menținerea produselor din PC într-un cuptor la 120 ℃ timp de 2 ore) elimină stresul intern și previne crăparea produsului; Tratamentul de suprafață (vopsirea prin pulverizare, galvanizarea, serigrafia) îmbunătățește aspectul și funcționalitatea; Pentru produsele de calitate alimentară, curățarea și dezinfecția sunt necesare pentru a îndepărta petele de ulei și impuritățile.

3. Controlul calității și probleme frecvente

Calitatea produselor turnate prin injecție trebuie controlată din trei aspecte: aspectul, dimensiunea și proprietățile mecanice. Defectele comune trebuie rezolvate prin optimizarea parametrilor în timpul producției.

Indicatori de inspecție a calității

Cerințele de calitate a aspectului includ absența defectelor precum bavuri, materiale lipsă, bule, fire de argint, urme de contracție, zgârieturi etc., care pot fi obținute prin inspecție vizuală sau vizuală automată (cu o precizie de 0,01 mm); Precizia dimensională trebuie să respecte toleranța de desen (cum ar fi ± 0,1 mm), iar dimensiunile cheie trebuie măsurate folosind un instrument de măsurare a coordonatelor sau un șubler; Proprietățile mecanice (rezistența la tracțiune, rezistența la impact) trebuie să îndeplinească cerințele de utilizare, iar standardele de performanță sunt asigurate prin eșantionare și testare a materiilor prime și a produselor finite.

Defecte comune și soluții

Defectele de producție sunt adesea cauzate de parametri sau probleme ale matriței și pot fi ajustate în consecință: bavurile (excesul de material la marginea produsului) trebuie crescute sau reduse din cauza forței insuficiente de strângere a matriței sau a presiunii mari de injecție; Material insuficient (cavitatea neumplută) din cauza fluidității slabe a topiturii sau a volumului insuficient de injecție, este necesară creșterea temperaturii cilindrului de material, creșterea presiunii de injecție sau creșterea timpului de menținere; Bulele trebuie uscate mai mult sau viteza șurubului trebuie redusă (pentru a reduce încadrarea aerului) din cauza uscării insuficiente a materiilor prime sau a includerii aerului în topitură; Urmele de contracție (depresiuni superficiale) necesită creșterea presiunii de menținere sau optimizarea canalului de apă de răcire din cauza presiunii insuficiente sau a răcirii neuniforme; Deformarea prin deformare este cauzată de tensiunea internă excesivă și este necesară reducerea gradientului de temperatură al matriței sau reglarea poziției porții pentru a asigura un flux uniform al topiturii.

4. Domenii de aplicare și tendințe de dezvoltare

Procesul de turnare prin injecție, cu avantajele sale de eficiență ridicată și precizie, este utilizat pe scară largă în diverse industrii și se modernizează către inteligență și ecologicitate odată cu progresul tehnologic.

Principalele domenii de aplicare

Industria ambalajelor este cea mai mare piață pentru tehnologia de turnare prin injecție, producând capace de sticle, recipiente, cutii de turnare etc. De exemplu, capacele de sticle de apă minerală utilizează turnarea prin injecție din PP pentru a asigura etanșarea prin filet; Industria auto utilizează turnarea prin injecție pentru a produce piese interioare (bord de bord, panouri de uși), piese exterioare (bară de protecție) și piese funcționale (conectori), iar materialele plastice inginerești (aliaj PC/ABS) pentru a înlocui metalele în scopul reducerii greutății; Industria electrocasnicelor produce carcase (sertare de frigider, camere de aer pentru mașini de spălat) și componente structurale (angrenaje, suporturi), ABS devenind materialul principal datorită colorării ușoare și rezistenței moderate; Industria medicală utilizează turnarea prin injecție din materiale plastice de calitate medicală (PC, PP) pentru a produce seringi, carcase pentru seturi de perfuzie și componente pentru dispozitive medicale, necesitând matrițe curate și materii prime netoxice; Industria 3C produce piese de precizie, cum ar fi carcase pentru telefoane mobile, tastaturi, conectori etc., necesitând o toleranță dimensională de ± 0,02 mm și mașini și matrițe de turnare prin injecție de înaltă precizie.

Tendințe de dezvoltare tehnologică

Inteligența este direcția centrală, iar mașinile de turnare prin injecție sunt echipate cu senzori (presiune, temperatură, deplasare) și algoritmi de inteligență artificială pentru a monitoriza starea de topitură și calitatea produsului în timp real. Prin control adaptiv, parametrii sunt ajustați automat pentru a reduce intervenția manuală, iar rata de rebut este redusă la sub 0,5%; Internetul industrial permite conectarea în rețea a echipamentelor, monitorizarea de la distanță a datelor de producție și a consumului de energie și îmbunătățește eficiența managementului.

Ecologizarea se concentrează pe conservarea energiei, reducerea consumului și utilizarea circulară, cu o rată de penetrare a mașinilor de turnare prin injecție cu servomotor de peste 80% și o reducere cu 30% a consumului de energie; Tehnologia de turnare prin injecție pentru materiale plastice reciclate este matură, iar prin curățare și modificare, PP și ABS reciclate pot fi utilizate pentru produse care nu intră în contact cu alimentele; Aplicarea turnării prin injecție a materialelor plastice bio (PLA, PBAT) este în expansiune, reducând dependența de resursele fosile.

O inovație în tehnologia de precizie și turnare specială, micro-injecția prin turnare poate produce micro-produse cu o greutate mai mică de 0,1 g (cum ar fi micro-piese medicale) cu o precizie de ± 0,001 mm; turnarea prin injecție asistată de gaz utilizează injecția de azot pentru a crea produse cu pereți groși, reducând contracțiile și greutatea; turnare prin injecție dublă culoare/multicoloră pentru turnarea unică a produselor din mai multe materiale sau multicolore, îmbunătățind integrarea aspectului și funcționalității.

Fiind tehnologia de bază a prelucrării materialelor plastice, procesul de turnare prin injecție reflectă inovația colaborativă a materialelor, echipamentelor și matrițelor în procesul său de dezvoltare. De la necesitățile zilnice la piesele industriale de înaltă calitate, tehnologia de turnare prin injecție susține dezvoltarea industriei manufacturiere moderne cu caracteristicile sale eficiente și flexibile. Odată cu aprofundarea tehnologiei inteligente și ecologice, procesul de turnare prin injecție va juca un rol mai important în producția de precizie și conservarea resurselor, promovând industria manufacturieră să se îndrepte către o direcție de înaltă calitate.