Lỗi kích thước của sản phẩm nhựa chủ yếu đến từ sự co rút của nhựa trong quá trình đúc và sự mất ổn định của các yếu tố ảnh hưởng khác nhau. Nói một cách đơn giản, đó là bơm nhựa đã được nung nóng và nóng chảy vào khuôn, sau khi làm nguội và tạo hình, thể tích của nó sẽ nhỏ hơn khoang khuôn. Mức độ giảm và sự biến động của quá trình cùng nhau quyết định độ chính xác của kích thước cuối cùng.
Cụ thể, lỗi chủ yếu đến từ các khía cạnh sau:
Nguyên nhân sâu xa của lỗi kích thước nhựa nằm trước hết ở tính chất vật lý của vật liệu polymer của nó. Từ-làm đầy khuôn ở nhiệt độ cao cho đến quá trình hóa rắn ở nhiệt độ phòng, khối lượng nhựa nóng chảy chắc chắn sẽ co lại, hiện tượng này được gọi là độ co của khuôn. Nó không phải là một giá trị cố định mà là một biến số chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố.
Hành vi kết tinh và hiệu ứng định hướng của nhựa: Đối với các loại nhựa kết tinh như PA66 và POM, các chuỗi phân tử sẽ được sắp xếp một cách đều đặn để tạo thành mạng tinh thể trong quá trình làm mát và thể tích riêng sẽ thay đổi đáng kể. Tốc độ co ngót thường nằm trong khoảng từ 1,5% đến 3,0% và biên độ dao động lớn; Nhựa không kết tinh (như ABS và PC) có sự đóng băng chuỗi phân tử không ổn định, tốc độ co ngót thấp hơn (khoảng 0,4% ~ 0,8%) và đảm bảo kích thước dễ dàng hơn. Ngoài ra, trong quá trình đổ đầy khuôn nóng chảy, các chuỗi phân tử bị kéo dài dọc theo hướng dòng chảy và hướng đông cứng này sẽ gây ra sự giãn ứng suất sau khi tháo khuôn, dẫn đến độ co không nhất quán giữa hướng dòng chảy và hướng thẳng đứng của sản phẩm, tức là dị hướng. Đây chính là nguyên nhân sâu xa bên trong khiến sản phẩm bị biến dạng cong vênh.
Ảnh hưởng của trạng thái nguyên liệu thô và vật liệu tái chế: Độ ẩm của nguyên liệu thô có thể thay đổi độ nhớt nóng chảy, đặc biệt đối với các vật liệu hấp thụ độ ẩm như PA, trong đó độ ẩm đóng vai trò là chất hóa dẻo và làm tăng tốc độ co ngót của khuôn. Đồng thời, việc bổ sung thêm vật liệu tái chế sẽ làm thay đổi chỉ số nóng chảy do đứt gãy chuỗi phân tử. Nếu trộn không đều thì dung sai kích thước của cùng một lô sản phẩm sẽ bị phân tán đáng kể.
2, Chế tạo và kết cấu khuôn: “trần vật lý” chính xác
Khoang khuôn là "bậc thầy" của sản phẩm, nhưng độ chính xác chế tạo và trạng thái cơ học của chính khuôn chủ sẽ quyết định giới hạn trên của kích thước sản phẩm.
1
Dung sai xử lý và bồi thường không đủ
Chắc chắn sẽ có dung sai xử lý cơ học trong sản xuất khuôn, và quan trọng hơn là nếu không tính đến tốc độ co ngót trong quá trình thiết kế (chẳng hạn như không tính đến hướng của sợi thủy tinh hoặc độ co ngót sau ép đùn), ngay cả khi khuôn được xử lý đến mức micromet, sản phẩm cuối cùng vẫn sẽ là rác thải với độ lệch rất lớn.
2
Biến dạng cứng và mài mòn
Áp suất phun thường đạt tới hàng chục megapascal. Nếu độ cứng của khuôn không đủ, khoang khuôn sẽ giãn nở đàn hồi dưới áp suất cao, dẫn đến độ dày thành của sản phẩm tăng lên. Đồng thời, đối với nhựa có thêm sợi thủy tinh (GF), bề mặt khoang khuôn sẽ bị ăn mòn do nóng chảy dẫn đến hiện tượng mài mòn. Sau khi- sản xuất lâu dài, kích thước của khoang khuôn sẽ tăng lên và độ dày thành của sản phẩm cũng sẽ tăng theo. Ngoài ra, sự hao mòn của cơ cấu dẫn hướng có thể gây ra sự lệch hướng của khuôn, trực tiếp dẫn đến sai lệch kích thước hình học không thể đảo ngược.
biến quá trình nhất thời
Các thông số quy trình là các biến tích cực nhất và thay đổi thường xuyên trong quy trình ép phun, trực tiếp xác định đặc tính dòng chảy, tốc độ làm mát và trạng thái co ngót của chất nóng chảy trong khoang khuôn. Trong số đó, sức mạnh tổng hợp và trò chơi của nhiệt độ, áp suất và thời gian tạo thành các nguyên nhân gây ra lỗi kích thước.
Kiểm soát nhiệt độ xuyên suốt toàn bộ quá trình ép phun, bao gồm nhiệt độ thùng, nhiệt độ vòi phun và nhiệt độ khuôn. Nhiệt độ khuôn là thông số nhiệt độ có ảnh hưởng lớn nhất đến độ chính xác về kích thước của sản phẩm. Nhiệt độ khuôn trực tiếp điều khiển quá trình làm nguội và tạo hình của sản phẩm. Trong khoảng thời gian từ khi mầm đóng băng đến khi lấy sản phẩm ra, nhiệt độ của khuôn quyết định độ kết tinh của nhựa kết tinh. Khi nhiệt độ khuôn tăng lên, độ kết tinh tăng lên và độ co rút tăng lên. Nhưng nếu nhiệt độ khuôn quá thấp hoặc không đồng đều, việc làm mát sản phẩm không đủ cũng có thể dẫn đến mất ổn định kích thước. Để ép phun chính xác, nhiệt độ khuôn cần được kiểm soát chính xác trong một phạm vi cụ thể (chẳng hạn như 35-45 độ C) để kiểm soát độ co rút kích thước trong các chỉ số đủ tiêu chuẩn.
Nhiệt độ của thùng vật liệu là một biến quan trọng khác. Nếu nhiệt độ quá cao (vượt quá phạm vi xử lý khuyến nghị là 5-10 độ C), độ nhớt của nhựa nóng chảy sẽ giảm và khả năng chảy sẽ quá mạnh. Trong giai đoạn làm mát, không gian trống cho chuyển động của chuỗi phân tử sẽ tăng lên, tốc độ co rút sẽ tăng lên và độ lệch kích thước có thể đạt 0,1% -0,3%; Nếu nhiệt độ quá thấp, khả năng chảy tan chảy kém, chất làm đầy không đủ và kích thước sản phẩm có xu hướng nhỏ hơn.
Trong số rất nhiều thông số của quy trình, áp suất giữ có tác động lớn nhất đến kích thước của sản phẩm. Trong giai đoạn áp suất giữ, việc bổ sung vật liệu liên tục vào khoang khuôn được sử dụng để bù cho độ co ngót do làm mát - áp suất giữ không đủ có thể gây ra độ co quá mức và kích thước nhỏ hơn; Việc giữ áp suất quá mức có thể khiến sản phẩm có kích thước quá lớn hoặc thậm chí có các cạnh chập chờn. Dữ liệu thực tế cho thấy, với mỗi dao động 10MPa của áp suất giữ, độ lệch kích thước của một số bộ phận nhựa chính xác có thể tăng hơn 0,02mm. Nghiên cứu cũng cho thấy thành của bộ phận đúc càng mỏng thì tác động của áp lực giữ lên kích thước càng lớn. Thời gian nắm giữ cũng không thể bỏ qua. Nếu thời gian quá ngắn thì không thể bù đắp hiệu quả cho độ co ngót và nếu thời gian quá dài có thể gây ra hiện tượng đổ đầy.
Áp suất phun và tốc độ phun chủ yếu ảnh hưởng đến giai đoạn nạp. Áp suất phun quá thấp, khiến cho chất nóng chảy khó lấp đầy hoàn toàn khoang khuôn, đặc biệt đối với các cấu trúc có thành mỏng-phức tạp dễ bị ảnh hưởng ngắn; Tốc độ và áp suất phun cao hơn, kết hợp với thời gian nạp và giữ kéo dài thích hợp, có lợi cho việc khắc phục các lỗi không ổn định về kích thước.
Tác động của tốc độ tiêm tinh tế hơn. Phun tốc độ cao sẽ gây ra dòng chảy cắt mạnh của chất nóng chảy trong kênh và khoang, dẫn đến tăng nhiệt độ cục bộ và giảm độ nhớt do gia nhiệt cắt. Tuy nhiên, đồng thời, trường dòng cắt tạo ra sự định hướng của chuỗi polymer dọc theo hướng dòng chảy. Hướng cố định này dẫn đến sự giãn ứng suất sau khi tháo khuôn, dẫn đến lượng co ngót khác nhau của sản phẩm theo hướng dòng chảy và hướng vuông góc - tức là độ co bất đẳng hướng. Đây là một trong những nguyên nhân cơ bản khiến sản phẩm bị cong vênh, biến dạng.
Tất cả các thông số của quá trình phải được kiểm soát chặt chẽ theo yêu cầu của quy trình, đặc biệt là chu trình đúc của từng loại chi tiết nhựa phải nhất quán và không được thay đổi tùy tiện. Bất kỳ biến động nhỏ nào về nhiệt độ, áp suất và thời gian sẽ được phản ánh trong dung sai kích thước cuối cùng thông qua các hiệu ứng tích lũy.
'Trần phần cứng' của lỗi kích thước
Độ chính xác của chính máy ép phun quyết định liệu các hướng dẫn quy trình có thể được thực hiện một cách trung thực hay không và là cơ sở vật lý của độ chính xác về chiều. Nếu độ chính xác của thiết bị không đủ thì ngay cả những thông số quy trình chính xác nhất cũng không thể chuyển đổi thành sản phẩm đủ tiêu chuẩn.
Đúc phun chính xác yêu cầu hệ thống điều khiển của máy ép phun phải đảm bảo khả năng lặp lại tốt của các thông số quy trình khác nhau. Điều này yêu cầu điều khiển phản hồi nhiều giai đoạn đối với các thông số quy trình như thể tích phun, áp suất phun, tốc độ phun, áp suất giữ, áp suất ngược và tốc độ vít, trong khi bộ điều khiển PID được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ chính xác của thùng và vòi phun.
Các máy ép phun servo cao cấp-hiện đại có thể đạt được độ chính xác về khả năng lặp lại trọng lượng dưới 3 ‰ và độ chính xác khi mở khuôn trong phạm vi ± 0,2mm thông qua điều khiển vòng-đóng. Khả năng điều khiển-vòng kín của hệ thống phun thậm chí có thể đạt được độ chính xác định vị lặp lại trong khoảng 0,01 mm. Để so sánh, thời gian đáp ứng chuyển đổi hành động ép phun của máy ép phun thông thường là khoảng 300 mili giây, trong khi máy ép phun siêu chính xác vòng lặp đóng hoàn toàn-tốt hơn nhiều so với mức này.
Hệ thống thủy lực là trái tim của máy ép phun. Máy ép phun chính xác thường yêu cầu điều khiển-vòng kín làm nóng và làm mát dầu thủy lực để ổn định nhiệt độ dầu ở khoảng 50-55 độ C, nhằm ngăn chặn sự dao động về độ nhớt và tốc độ dòng chảy do thay đổi nhiệt độ dầu, có thể dẫn đến sự mất ổn định của các thông số quy trình. Hệ thống thủy lực servo tiên tiến có thể đạt được khả năng kiểm soát dao động áp suất dưới ± 0,5bar và độ chính xác lặp lại của trục chuyển động chính đạt ± 0,05%. Độ chính xác của cảm biến dịch chuyển yêu cầu tối thiểu là 0,1mm để kiểm soát chặt chẽ hành trình đo, hành trình phun và độ dày tấm vật liệu dư, đảm bảo lượng phun chính xác mỗi lần.
Áp suất phun cần thiết cho quá trình ép phun chính xác cao hơn nhiều so với áp suất ép phun thông thường - ép phun thông thường yêu cầu 40-120MPa, trong khi quá trình ép phun chính xác yêu cầu tăng lên 180-250MPa, và một số thậm chí lên tới 415MPa. Dưới áp suất đúc cao như vậy, nếu độ cứng của hệ thống kẹp của máy ép phun không đủ, mẫu sẽ bị biến dạng đàn hồi, khiến bề mặt phân khuôn mở ra và sản phẩm tạo ra các vệt, dẫn đến giảm độ chính xác. Do đó, thiết kế mẫu có độ cứng cao và phân bố lực khóa đồng đều là điều kiện tiên quyết để đảm bảo độ chính xác.
Sự mài mòn của vít và thùng là nguyên nhân phổ biến làm giảm độ chính xác của thiết bị. Đặc biệt là vòng chống đảo ngược (còn gọi là vòng cao su), nó bị mòn nghiêm trọng sau một thời gian dài-sản xuất vật liệu làm đầy gia cố (chẳng hạn như sợi thủy tinh). Vòng chống đảo ngược bị bịt kín kém có thể làm tan chảy trào ngược trong quá trình phun, dẫn đến phép đo không ổn định và dao động ở điểm cuối phun. Điều này thể hiện trực tiếp ở sự phân tán trọng lượng của từng sản phẩm đúc và sự khác biệt về kích thước giữa các lô sản phẩm.
5, Can thiệp môi trường: 'biến bên ngoài' tiềm ẩn và dai dẳng
Các yếu tố môi trường là những biến số dễ bị bỏ qua nhất nhưng có ảnh hưởng liên tục trong quá trình ép phun.
1. Biến động nhiệt độ môi trường theo mùa
Sự thay đổi nhiệt độ trong môi trường xưởng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả làm mát của khuôn và kiểm soát nhiệt độ nóng chảy. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm có thể khiến khuôn liên tục giãn nở và co lại, đồng thời việc kiểm soát nhiệt độ của bộ điều khiển nhiệt độ khuôn bị ảnh hưởng bởi sự can thiệp của môi trường, dẫn đến độ co rút không ổn định và biến động về kích thước của sản phẩm trong cùng một lô. Dữ liệu đo thực tế cho thấy cứ nhiệt độ môi trường tăng thêm 5 độ C thì tỷ lệ sai lệch kích thước của sản phẩm chất liệu PP tăng 12% -15%. Lấy vật liệu PC làm ví dụ, cứ nhiệt độ thay đổi 5 độ C thì độ lệch kích thước có thể đạt tới 0,05% -0,1%. Các bộ phận đúc phun được sản xuất trong môi trường nhiệt độ thấp thường biểu hiện các hiện tượng như giảm kích thước và tăng độ cong vênh. Điều này đòi hỏi nhà sản xuất phải điều chỉnh nhiệt độ quá trình của thiết bị và khuôn mẫu kịp thời theo những thay đổi của môi trường bên ngoài.
2. Độ ẩm và độ giãn nở hấp thụ độ ẩm của vật liệu
The influence of humidity on plastic size is also significant. Polyamide materials, represented by nylon (PA), contain polar amide groups in their molecular chains and are easily bound to water molecules. The equilibrium moisture content of non reinforced PA6 or PA66 can reach 3% under standard atmospheric conditions (23 ° C, 50% RH). In high humidity environments (relative humidity>60%), khả năng mở rộng kích thước có thể đạt 0,2% -0,5%. Khi độ ẩm thay đổi 10%, biến động kích thước của vật liệu nylon có thể đạt 0,1% -0,3%.
Điều khó khăn hơn nữa là sự hấp thụ và giãn nở độ ẩm của một số vật liệu nhất định thể hiện đặc tính dị hướng - độ ẩm môi trường càng cao và thời gian càng dài thì kích thước của vật liệu PA66 được gia cố bằng sợi thủy tinh càng lớn và sự thay đổi kích thước theo hướng dòng chảy thẳng đứng lớn hơn hướng dòng chảy. Điều này có nghĩa là ngay cả với cùng một vật liệu và sản phẩm, phản ứng của các kích thước khác nhau đối với độ ẩm sẽ khác nhau theo các hướng khác nhau, đặt ra những thách thức bổ sung cho việc thiết kế các phụ kiện chính xác.
3. Biến dạng nhiệt của thiết bị
Biến dạng nhiệt do thiết bị- vận hành trong thời gian dài cũng có thể dẫn đến sai lệch kích thước. Các bộ phận khác nhau của máy ép phun giãn nở do nhiệt ma sát trong quá trình hoạt động liên tục, có thể thay đổi các thông số chính như độ chính xác kẹp khuôn và hành trình phun. Sự trôi chậm và liên tục này thường khiến người vận hành khó phát hiện ngay.
6, Logic điều khiển hệ thống
Tóm lại, các thông số của quá trình ép phun, độ chính xác của thiết bị và nhiễu của môi trường không phải là những tác động riêng lẻ mà là một hệ thống động được ghép nối và truyền đi từng lớp. Các tham số quy trình là "bộ điều chỉnh thời gian thực", độ chính xác của thiết bị là "đảm bảo thực thi" và môi trường là "tiếng ồn nền". Để đảm bảo độ chính xác về kích thước, bạn phải thiết lập tư duy kiểm soát có hệ thống: chọn các máy ép phun vòng lặp-đóng{4}}có độ chính xác cao và thường xuyên bảo trì chúng; Áp dụng máy nhiệt độ khuôn và hệ thống kiểm soát nhiệt độ xưởng để cách ly nhiễu môi trường; Thực hiện xử lý kiểm soát độ ẩm và sấy khô nghiêm ngặt đối với các vật liệu nhạy cảm (chẳng hạn như PA); Và liên tục theo dõi độ ổn định của các tham số quy trình thông qua Kiểm soát quy trình thống kê (SPC). Chỉ bằng cách kiểm soát ba chiều này như một tổng thể hữu cơ thì các lỗi khách quan mới có thể được nén liên tục và ổn định trong vùng dung sai thiết kế.
