Kesalahan ukuran produk plastik terutama berasal dari penyusutan plastik selama proses pencetakan dan ketidakstabilan berbagai faktor yang mempengaruhi. Sederhananya, plastik yang dipanaskan dan dicairkan dimasukkan ke dalam cetakan, dan setelah didinginkan dan dibentuk, volumenya akan lebih kecil dari rongga cetakan. Besarnya reduksi dan fluktuasi proses bersama-sama menentukan keakuratan ukuran akhir.
Secara khusus, kesalahan terutama berasal dari aspek berikut:
Akar penyebab kesalahan ukuran plastik pertama-tama terletak pada sifat fisik bahan polimernya. Mulai dari-pengisian cetakan pada suhu tinggi hingga pemadatan pada suhu kamar, volume lelehan plastik pasti akan menyusut, yang disebut penyusutan cetakan. Ini bukanlah nilai tetap, tetapi variabel yang dipengaruhi oleh banyak faktor.
Perilaku kristalisasi dan efek orientasi resin: Untuk plastik kristal seperti PA66 dan POM, rantai molekul akan disusun secara teratur untuk membentuk kisi selama pendinginan, dan volume spesifik akan berubah secara dramatis. Tingkat penyusutan biasanya antara 1,5% dan 3,0%, dan amplitudo fluktuasinya besar; Plastik non-kristal (seperti ABS dan PC) memiliki pembekuan rantai molekul yang tidak teratur, tingkat penyusutan yang lebih rendah (sekitar 0,4%~0,8%), dan jaminan ukuran yang lebih mudah. Selain itu, selama pengisian cetakan lelehan, rantai molekul diregangkan sepanjang arah aliran, dan orientasi beku ini akan menyebabkan relaksasi tegangan setelah pembongkaran, sehingga terjadi penyusutan yang tidak konsisten antara arah aliran dan arah vertikal produk, yaitu anisotropi. Ini adalah penyebab internal yang mendalam dari deformasi lengkungan produk.
Pengaruh status bahan baku dan bahan daur ulang: Kadar air bahan mentah dapat mengubah viskositas lelehan, terutama untuk bahan penyerap kelembapan seperti PA, dimana kelembapan berperan sebagai pemlastis dan meningkatkan laju penyusutan cetakan. Pada saat yang sama, penambahan bahan daur ulang akan mengubah indeks lelehan karena putusnya rantai molekul. Jika pencampuran tidak merata, toleransi dimensi dari batch produk yang sama akan tersebar secara signifikan.
2, Pembuatan dan struktur cetakan: "langit-langit fisik" yang presisi
Rongga cetakan adalah "master" produk, tetapi keakuratan produksi dan kondisi mekanis dari master itu sendiri menentukan batas atas ukuran produk.
1
Toleransi dan kompensasi pemrosesan tidak memadai
Ada toleransi pemrosesan mekanis yang tidak dapat dihindari dalam pembuatan cetakan, dan yang lebih penting, jika laju penyusutan tidak diperhitungkan selama desain (seperti tidak mempertimbangkan orientasi serat kaca atau penyusutan pasca ekstrusi), bahkan jika cetakan diproses hingga tingkat mikrometer, produk akhir akan tetap menjadi limbah dengan penyimpangan yang sangat besar.
2
Deformasi dan keausan yang kaku
Tekanan injeksi seringkali mencapai puluhan megapascal. Jika kekakuan cetakan tidak mencukupi, rongga cetakan akan mengalami pemuaian elastis di bawah tekanan tinggi, yang mengakibatkan peningkatan ketebalan dinding produk. Pada saat yang sama, untuk plastik yang ditambahkan fiberglass (GF), permukaan rongga cetakan akan terkikis oleh lelehan, sehingga mengakibatkan keausan abrasif. Setelah produksi jangka panjang-, ukuran rongga cetakan akan meningkat, dan ketebalan dinding produk juga akan meningkat. Selain itu, keausan pada mekanisme pemandu dapat menyebabkan ketidaksejajaran cetakan, yang secara langsung mengakibatkan penyimpangan dimensi geometris yang tidak dapat diubah.
variabel proses sementara
Parameter proses merupakan variabel yang paling aktif dan sering berubah dalam proses pencetakan injeksi, yang secara langsung menentukan perilaku aliran, laju pendinginan, dan keadaan penyusutan lelehan dalam rongga cetakan. Diantaranya, sinergi dan permainan suhu, tekanan, dan waktu merupakan sumber dinamis kesalahan ukuran.
Kontrol suhu dijalankan melalui seluruh proses pencetakan injeksi, termasuk suhu barel, suhu nosel, dan suhu cetakan. Suhu cetakan merupakan parameter suhu yang memiliki pengaruh terbesar terhadap keakuratan dimensi produk. Suhu cetakan secara langsung mengontrol proses pendinginan dan pembentukan produk. Selama periode dari pembekuan sariawan hingga pembongkaran produk, suhu cetakan menentukan kristalinitas plastik kristal. Ketika suhu cetakan meningkat, kristalinitas meningkat dan penyusutan meningkat. Namun jika suhu cetakan terlalu rendah atau tidak merata, pendinginan produk yang tidak memadai juga dapat menyebabkan ketidakstabilan dimensi. Untuk cetakan injeksi presisi, suhu cetakan perlu dikontrol secara tepat dalam kisaran tertentu (seperti 35-45 derajat C) untuk mengontrol penyusutan dimensi dalam indikator yang memenuhi syarat.
Suhu barel material adalah variabel penting lainnya. Jika suhu terlalu tinggi (melebihi kisaran pemrosesan yang disarankan yaitu 5-10 derajat C), viskositas lelehan plastik akan menurun dan kemampuan mengalir akan terlalu kuat. Selama tahap pendinginan, ruang bebas untuk pergerakan rantai molekul akan meningkat, laju penyusutan akan meningkat, dan deviasi ukuran dapat mencapai 0,1% -0,3%; Jika suhu terlalu rendah, kemampuan aliran lelehan buruk, pengisian tidak mencukupi, dan ukuran produk cenderung lebih kecil.
Di antara berbagai parameter proses, tekanan penahan mempunyai pengaruh paling besar terhadap ukuran produk. Selama tahap tekanan penahan, pengisian material secara terus menerus ke rongga cetakan digunakan untuk mengkompensasi penyusutan pendinginan - tekanan penahan yang tidak mencukupi dapat menyebabkan penyusutan yang berlebihan dan dimensi yang lebih kecil; Penahan tekanan yang berlebihan dapat mengakibatkan produk menjadi terlalu besar atau bahkan bagian pinggirnya terlihat menonjol. Data praktis menunjukkan bahwa untuk setiap fluktuasi tekanan penahan sebesar 10MPa, deviasi dimensi beberapa bagian plastik presisi dapat meningkat lebih dari 0,02 mm. Studi tersebut juga menunjukkan bahwa semakin tipis dinding bagian yang dicetak, semakin besar dampak tekanan penahan terhadap ukurannya. Waktu tunggu juga tidak bisa diabaikan. Jika waktunya terlalu singkat, maka tidak dapat mengimbangi penyusutan secara efektif, dan jika waktunya terlalu lama dapat menyebabkan pengisian berlebih.
Tekanan injeksi dan kecepatan injeksi terutama mempengaruhi tahap pengisian. Tekanan injeksi terlalu rendah, sehingga menyulitkan lelehan untuk mengisi rongga cetakan sepenuhnya, terutama untuk struktur-berdinding tipis yang rumit dan rentan terhadap tembakan pendek; Kecepatan dan tekanan injeksi yang lebih tinggi, dikombinasikan dengan waktu pengisian dan penahanan yang diperpanjang, bermanfaat untuk mengatasi kesalahan ketidakstabilan ukuran.
Dampak kecepatan injeksi lebih halus. Injeksi kecepatan tinggi akan menyebabkan aliran geser yang kuat pada lelehan di saluran dan rongga, yang mengakibatkan peningkatan suhu lokal dan penurunan viskositas akibat pemanasan geser. Namun, pada saat yang sama, medan aliran geser menginduksi orientasi rantai polimer sepanjang arah aliran. Orientasi beku ini menyebabkan relaksasi tegangan setelah pembongkaran, sehingga menghasilkan jumlah penyusutan produk yang berbeda pada arah aliran dan arah tegak lurus - yaitu penyusutan anisotropik. Ini adalah salah satu penyebab utama produk melengkung dan berubah bentuk.
Semua parameter proses harus dikontrol secara ketat sesuai dengan kebutuhan proses, terutama siklus pencetakan setiap jenis komponen plastik harus konsisten dan tidak dapat diubah sembarangan. Fluktuasi kecil apa pun pada suhu, tekanan, dan waktu akan tercermin dalam toleransi dimensi akhir melalui efek kumulatif.
'langit-langit perangkat keras' dari kesalahan dimensi
Keakuratan mesin cetak injeksi itu sendiri menentukan apakah instruksi proses dapat dijalankan dengan tepat dan merupakan dasar fisik dari akurasi dimensi. Jika keakuratan peralatan itu sendiri tidak mencukupi, bahkan parameter proses yang paling tepat pun tidak dapat diubah menjadi produk yang berkualitas.
Pencetakan injeksi yang presisi mensyaratkan bahwa sistem kontrol mesin cetak injeksi harus memastikan pengulangan yang baik dari berbagai parameter proses. Hal ini memerlukan kontrol umpan balik multi-tahap parameter proses seperti volume injeksi, tekanan injeksi, kecepatan injeksi, tekanan penahan, tekanan balik, dan kecepatan sekrup, sedangkan pengontrol PID digunakan untuk kontrol suhu laras dan nosel yang tepat.
Mesin cetak injeksi servo kelas atas yang modern dapat mencapai akurasi pengulangan bobot kurang dari 3 ‰ dan akurasi pembukaan cetakan dalam ± 0,2 mm melalui kontrol loop tertutup. Kontrol loop-tertutup pada sistem injeksi bahkan dapat mencapai akurasi pemosisian berulang dalam jarak 0,01 mm. Sebagai perbandingan, waktu respons peralihan tindakan injeksi pada mesin cetak injeksi biasa adalah sekitar 300 ms, sedangkan mesin cetak injeksi ultra presisi loop tertutup penuh jauh lebih baik daripada level ini.
Sistem hidrolik adalah jantung kekuatan mesin cetak injeksi. Mesin cetak injeksi presisi umumnya memerlukan kontrol loop tertutup pada pemanasan dan pendinginan oli hidrolik untuk menstabilkan suhu oli pada sekitar 50-55 derajat C, untuk mencegah fluktuasi viskositas dan laju aliran yang disebabkan oleh perubahan suhu oli, yang dapat menyebabkan ketidakstabilan parameter proses. Sistem hidrolik servo canggih dapat mencapai kontrol fluktuasi tekanan di bawah ± 0,5bar, dan akurasi pengulangan sumbu gerak utama mencapai ± 0,05%. Keakuratan sensor perpindahan harus minimal 0,1 mm untuk mengontrol secara ketat langkah pengukuran, langkah injeksi, dan ketebalan bantalan bahan sisa, untuk memastikan volume injeksi yang akurat setiap saat.
Tekanan injeksi yang diperlukan untuk cetakan injeksi presisi jauh lebih tinggi dibandingkan dengan cetakan injeksi biasa - cetakan injeksi biasa memerlukan 40-120MPa, sedangkan cetakan injeksi presisi memerlukan peningkatan hingga 180-250MPa, bahkan ada yang hingga 415MPa. Di bawah tekanan cetakan yang tinggi, jika kekakuan sistem penjepitan mesin cetak injeksi tidak mencukupi, templat akan mengalami deformasi elastis, menyebabkan permukaan belahan cetakan terbuka dan produk menghasilkan gerinda, yang mengakibatkan penurunan akurasi. Oleh karena itu, desain templat dengan kekakuan tinggi dan distribusi gaya penguncian yang seragam merupakan prasyarat untuk memastikan akurasi.
Keausan sekrup dan barel merupakan penyebab umum penurunan akurasi peralatan. Khususnya cincin anti terbalik (juga dikenal sebagai cincin karet), cincin ini akan sangat aus setelah-produksi bahan pengisi yang diperkuat (seperti fiberglass) dalam jangka waktu lama. Penyegelan cincin anti terbalik yang buruk dapat menyebabkan refluks lelehan selama injeksi, menyebabkan pengukuran tidak stabil dan fluktuasi pada titik akhir injeksi. Hal ini secara langsung tercermin dalam penyebaran berat setiap produk cetakan dan perbedaan ukuran antar batch
5, Gangguan lingkungan: 'variabel eksternal' yang tersembunyi dan persisten
Faktor lingkungan adalah variabel yang paling mudah diabaikan namun terus berpengaruh dalam proses pencetakan injeksi.
1. Fluktuasi musiman suhu lingkungan
Perubahan suhu di lingkungan bengkel secara langsung mempengaruhi efisiensi pendinginan cetakan dan pengendalian suhu leleh. Perbedaan suhu antara siang dan malam dapat menyebabkan cetakan mengembang dan berkontraksi berulang kali, dan kontrol suhu pengontrol suhu cetakan dipengaruhi oleh gangguan lingkungan, mengakibatkan penyusutan yang tidak stabil dan fluktuasi ukuran produk dalam batch yang sama. Data pengukuran sebenarnya menunjukkan bahwa untuk setiap kenaikan suhu ruangan sebesar 5 derajat C, tingkat deviasi ukuran produk bahan PP meningkat sebesar 12% -15%. Ambil contoh material PC, untuk setiap perubahan suhu 5 derajat C, deviasi dimensinya bisa mencapai 0,05% -0,1%. Bagian cetakan injeksi yang diproduksi di lingkungan bersuhu rendah umumnya menunjukkan fenomena seperti pengecilan ukuran dan peningkatan kelengkungan. Hal ini mengharuskan produsen untuk menyesuaikan suhu proses peralatan dan cetakan secara tepat waktu sesuai dengan perubahan lingkungan eksternal.
2. Perluasan kelembaban dan penyerapan air bahan
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%), perluasan ukurannya bisa mencapai 0,2% -0,5%. Ketika kelembapan berubah 10%, fluktuasi ukuran bahan nilon bisa mencapai 0,1% -0,3%.
Yang lebih rumit lagi adalah penyerapan kelembapan dan pemuaian material tertentu menunjukkan karakteristik anisotropik - semakin tinggi kelembapan lingkungan dan semakin lama waktunya, semakin besar ukuran material PA66 yang diperkuat serat kaca, dan perubahan ukuran pada arah aliran vertikal lebih besar dibandingkan pada arah aliran. Artinya, bahkan dengan bahan dan produk yang sama, respons dimensi yang berbeda terhadap kelembapan bervariasi ke arah yang berbeda, sehingga menimbulkan tantangan tambahan pada desain alat kelengkapan yang presisi.
3. Deformasi termal peralatan
Deformasi termal yang disebabkan oleh-pengoperasian peralatan dalam jangka panjang juga dapat menyebabkan penyimpangan dimensi. Berbagai komponen mesin cetak injeksi mengembang karena panas gesekan selama pengoperasian terus menerus, yang dapat mengubah parameter utama seperti akurasi penjepitan cetakan dan langkah injeksi. Penyimpangan yang lambat dan terus menerus ini seringkali sulit dideteksi oleh operator dengan segera.
6, Logika Pengendalian Sistem
Singkatnya, parameter proses pencetakan injeksi, keakuratan peralatan, dan gangguan lingkungan bukanlah efek yang terisolasi, melainkan sistem dinamis yang digabungkan dan ditransmisikan lapis demi lapis. Parameter prosesnya adalah "-pengatur waktu nyata", akurasi peralatan adalah "jaminan eksekusi", dan lingkungan adalah "kebisingan latar belakang". Untuk memastikan keakuratan dimensi, pola pikir pengendalian yang sistematis harus ditetapkan: memilih mesin cetakan injeksi-loop tertutup-presisi tinggi dan merawatnya secara rutin; Mengadopsi mesin suhu cetakan dan sistem kontrol suhu bengkel untuk mengisolasi gangguan lingkungan; Menerapkan perlakuan pengeringan dan kontrol kelembapan yang ketat untuk bahan sensitif (seperti PA); Dan terus memantau stabilitas parameter proses melalui Statistical Process Control (SPC). Hanya dengan mengendalikan ketiga dimensi ini sebagai satu kesatuan organik, kesalahan objektif dapat dikompresi secara terus menerus dan stabil dalam zona toleransi desain.
