หลักการฉีดขึ้นรูปและผังกระบวนการ

อุปกรณ์พื้นฐานสำหรับการฉีดขึ้นรูปคือเครื่องฉีดพลาสติกและแม่พิมพ์ฉีด รูปที่ 1-2 แสดงกระบวนการฉีดขึ้นรูปของเครื่องฉีดขึ้นรูปแบบสกรู

หลักการฉีดขึ้นรูป

△การไหลของกระบวนการฉีดขึ้นรูป

หลักการคือให้เติมพลาสติกที่เป็นเม็ดหรือผงลงในกระบอกเครื่องฉีดขึ้นรูป จากนั้นให้ความร้อนและละลาย จากนั้นสกรูของเครื่องฉีดขึ้นรูปด้วยแรงดันสูงและความเร็วสูงจะดันพลาสติกที่หลอมเหลวผ่านหัวฉีดที่ปลายด้านหน้าของกระบอกฉีด และฉีดเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์ที่ปิดอย่างรวดเร็ว [รูป. 1-2(a)] วัสดุหลอมที่เติมลงในคาวิตี้จะถูกทำให้เย็นลงและแข็งตัวภายใต้แรงกดดันเพื่อรักษารูปร่างที่กำหนดโดยคาวิตี้ [รูปที่. 1-2(b)] จากนั้น เปิดแม่พิมพ์และนำผลิตภัณฑ์ออกมา [รูป. 1-2(c)] ในระหว่างกระบวนการฉีดขึ้นรูป พลาสติกจะเกิดการเปลี่ยนแปลงหลายอย่าง รวมถึงการอ่อนตัว การหลอม การไหล การขึ้นรูป และการแข็งตัว

(รูปที่ 1-2 หลักการฉีดของเครื่องฉีดแบบสกรู)

การทำให้อ่อนลงและการหลอมละลาย:

รูปที่ 1-4 แสดงโครงสร้างกระบอกและสกรูของเครื่องฉีดพลาสติก เนื่องจากมีการติดตั้งเครื่องทำความร้อนแบบวงกลมไว้ที่ด้านนอกของถัง พลาสติกจึงละลายขณะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าภายใต้การหมุนของสกรู และสุดท้ายก็ถูกฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์ผ่านหัวฉีด

(L₁-ส่วนการให้อาหาร; ล₂-ส่วนการบีบอัด; ล₃-ส่วนการวัด; ชม.₁/h₂-อัตราส่วนกำลังอัด; D-เส้นผ่านศูนย์กลางของสกรู)

พลาสติกผ่านการเปลี่ยนแปลงต่อไปนี้ในระหว่างกระบวนการเติมแม่พิมพ์:

ก่อนที่สกรูจะหมุน (L₂) อุณหภูมิและความดันของแกนสกรูค่อนข้างต่ำเนื่องจากปริมาณการหลอมละลายลดลงเนื่องจากวัสดุเข้าสู่โพรงแม่พิมพ์ (L₁- หลังจากที่สกรูหมุนแล้ว (L₃) อุณหภูมิพลาสติกถึงอุณหภูมิหลอมละลายและหลอมละลายแล้ว เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของผลิตภัณฑ์ พลาสติกจะต้องละลายจนหมดก่อนที่จะ-หลอมใหม่ ในเวลานี้ หากพลาสติกได้เข้าสู่ขั้นตอนการบีบอัดในระดับหนึ่งของฟิวชั่นแล้ว ผลการลดก๊าซของมันจะได้รับผลกระทบอย่างมาก

แม้ว่าปริมาณ (ล₃) ยังคงเหมือนเดิม เนื่องจากความลึกของร่องสกรู h₀ ที่แตกต่างกัน พลาสติกจะพบกับระดับแรงเฉือนที่แตกต่างกันในระหว่างกระบวนการหมุนสกรู ดังนั้น ระดับของการทำให้เป็นพลาสติกจะแตกต่างกันไป

โดยสรุป ภายใต้วงจรการขึ้นรูปเดียวกัน ระดับและคุณภาพของการหลอมพลาสติกจะได้รับผลกระทบจากปริมาณก๊าซของสกรูและคุณภาพการหลอม:

① ความยาวที่มีประสิทธิภาพของสกรูเป็นสัดส่วนโดยตรง (เพิ่มขึ้น): L/D=22-25.

2 อัตราส่วนกำลังอัดของสกรู: h₁/h₂=2.0-3.0 (โดยทั่วไปคือ 2.5)

3 ส่วนการบีบอัดของสกรูค่อนข้างเป็นสัดส่วน: L₁/L₂=40%-60%

เนื่องจากค่าสูงเกินไป เวลาคงตัวของวัสดุก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน และการหมุนของสกรูจะส่งพลาสติกหลอมเหลวไปข้างหน้าอย่างต่อเนื่อง ในเวลานี้ พลาสติกจะยังคงไหลอยู่ในโพรงแม่พิมพ์ภายใต้ความกดดัน จากนั้นในรอบการขึ้นรูปหนึ่งรอบ (โดยไม่มีการแทรกแซงจากภายนอกก่อนที่สกรูจะเริ่มเคลื่อนไปข้างหน้า) หลังจากที่สกรูหมุน มันจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าภายใต้การกระทำของแรงกล ค่อยๆ อัดพลาสติกและฉีดเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์ ก่อนหน้านี้ การหลอมละลายจะถูกบีบอัดอย่างรวดเร็ว (เรียกว่าการบีบอัดทันที) ซึ่งสามารถทำให้เกิดการตกผลึกและทำให้เกิดข้อบกพร่องได้ง่าย การใช้การฉีดช้าๆ สามารถหลีกเลี่ยงการตกผลึกได้ (การตกผลึกโดยสมบูรณ์ ทำให้ไม่มีรูปร่างโดยสมบูรณ์เนื่องจากการเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว)

ไหล:

เมื่อวัสดุหลอมถูกฉีดเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์ภายใต้แรงดันสูงและความเร็วสูง จะเกิดปรากฏการณ์สองประการเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการฉีด หนึ่งคือพลาสติกที่สัมผัสกับผนังแม่พิมพ์ในสถานะหลอมเหลวจะแข็งตัวและก่อตัวเป็นชั้นบาง ๆ เนื่องจากการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วที่เกิดจากการสัมผัสกับพื้นผิวของโพรงแม่พิมพ์ ชั้นบางนี้เรียกว่าชั้นแช่แข็ง (หรือเรียกว่าชั้นแช่แข็งทันที) ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิของพลาสติกหลอมเหลวลดลง (สาเหตุหลักมาจากอิทธิพลของการสูญเสียความร้อนแฝงของการตกผลึก) ตัวอย่างเช่น ในโพลีเอทิลีน ความร้อนแฝงของการตกผลึกที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการทำให้เย็นลงของการหลอมผ่านผนังแม่พิมพ์สามารถสูงถึง 50 องศาหรือสูงกว่า ดังนั้นหลังจากที่การหลอมละลายเติมเต็มโพรงแม่พิมพ์ทั้งหมดและกลับสู่สภาวะเร่งด่วน อุณหภูมิจะลดลง ประการที่สองคือพลาสติกหลอมเหลวส่วนใหญ่จะยังคงรักษาทิศทางการไหลและไหลย้อนกลับ

ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 1-5 เมื่อสารหลอมสัมผัสกับผนังของโพรงแม่พิมพ์ จะทำให้เกิดชั้นน้ำแข็ง และจะมีอัตราการไหลที่เร็วขึ้นในส่วนกลางที่อยู่ห่างจากโพรง พลาสติกจะไหลเป็นชั้นๆ ในบริเวณระหว่างชั้นเยือกแข็งกับผนังโพรง หลังจากที่พลาสติกผ่านในสถานะดังกล่าวและถูกทำให้เย็นลงและขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์แล้ว ชั้นต่างๆ จะยังคงอยู่ในผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปในทิศทางขนานและทิศทางแนวตั้ง ส่งผลให้เกิดความแตกต่างในด้านความแข็งแรงและความเหนียวของผลิตภัณฑ์ ซึ่งจะมีอยู่ในระหว่างขั้นตอนการปล่อยและการขึ้นรูปของผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูป

1 - เครื่องฉีดพลาสติก; 2 - แม่พิมพ์ฉีดเรซิน (จริงๆ แล้วประกอบด้วยนักวิ่งหลักและประตู)

3 - เชื้อรา (ภายในโพรง); 4 - ส่วนที่มีอัตราการไหลเร็วกว่าตรงกลาง

5 - ส่วนที่มีอัตราการไหลช้ามากไปตามผนังโพรง 6 - โมเลกุลของเรซินที่ถูกวางแนวและยืดออก

7 - โมเลกุลของเรซินที่พันกัน

การสร้างและการบ่ม:

เมื่อฉีดพลาสติกหลอมเหลว จะเข้าสู่แม่พิมพ์ผ่านหัวฉีด เกิดเป็นรูปร่าง จากนั้นเย็นตัวลงและแข็งตัวจนกลายเป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป อย่างไรก็ตาม เวลาจริงที่ใช้ในการเติมพลาสติกหลอมเหลวลงในแม่พิมพ์คือหลายวินาที ซึ่งทำให้สังเกตกระบวนการเติมได้ยากมาก

วิศวกรชาวอเมริกัน Stevenson ใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อบรรยายถึงขั้นตอนการเติมประตูรถยนต์ที่ทำจากโพลีโพรพีลีนที่ถูกขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์ hot runner ที่มีประตู 2 บาน และคำนวณเวลาในการฉีด (เช่น เวลาในการเติม) เส้นเชื่อม และแรงจับยึดที่ต้องการ รูปที่ 1-6 แสดงแบบจำลองที่ได้จากการจำลองของเขา สถานะการไหลและการบรรจุของวัสดุหลอมในรูปที่ 1-6 ไม่แตกต่างจากที่คิดไว้มากนัก และอาจสะท้อนถึงกระบวนการบรรจุจริงของประตูรถยนต์ได้อย่างแม่นยำ

มีหลายวิธีในการจำลองการไหลของกระบวนการฉีดขึ้นรูป (เช่น วิธี FAN, ระบบจำลอง CAIM และระบบจำลอง Moldflow) ปัจจุบันวิธีการจำลองเหล่านี้ใช้ในการทำนายกระบวนการเติมพลาสติกหลอมเหลวในแม่พิมพ์ โดยมีเป้าหมายเพื่อการออกแบบแม่พิมพ์ที่มีเหตุผลมากขึ้น และการเลือกตำแหน่งหรือประเภทของประตู

หลังจากที่พลาสติกหลอมขึ้นรูปแล้ว จะเข้าสู่กระบวนการแข็งตัว ปรากฏการณ์หลักที่เกิดขึ้นระหว่างการแข็งตัวคือการหดตัว ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกันเนื่องจากการทำความเย็นและการตกผลึก รูปที่ 1-7 แสดงการหดตัวของโพลีเอทิลีนสามประเภทที่มีสภาพผลึกต่างกันเมื่ออุณหภูมิลดลง

(a-PE ที่มีความหนาแน่นสัมพัทธ์ 0.9645; b-PE ที่มีความหนาแน่นสัมพัทธ์ 0.95; c-PE ที่มีความหนาแน่นสัมพัทธ์ 0.918; d-เส้นโค้งอัตราการทำความเย็น: C₁, C₂, C₃-ทั้งสามมีอัตราการระบายความร้อนเท่ากัน)