Причины дефектов литьевых форм

В производстве литья под давлением дефекты продукции не только напрямую снижают процент выхода продукции (средний показатель брака по отрасли из-за таких проблем может варьироваться от 5% до 15%), но также увеличивают затраты на доработку и отходы. Их причины требуют всестороннего исследования на 360 градусов, охватывающего «форму, обработку, материал и машину». Среди них пресс-форма, действующая как «формующий носитель» для расплавленного пластика, играет ключевую роль в определении возникновения дефектов, в зависимости от рациональности ее конструкции и состояния ежедневного обслуживания. Ниже приведен углубленный анализ дефектов высокочастотного литья под давлением с точки зрения пресс-формы, а также ключевые решения:

Дефекты растрескивания (в том числе растрескивание во время извлечения из формы и растрескивание под напряжением в процессе эксплуатации) являются одними из наиболее частых проблем на производстве, при этом причины, связанные с пресс-формой, особенно критичны: несбалансированные системы выталкивания (например, недостаточное количество выталкивающих штифтов, слишком малая площадь поперечного сечения или неравномерное распределение, приводящее к локализованной концентрации напряжений), углы уклона менее 1° (предотвращающие плавное отделение от полости), чистота поверхности полости ниже Ra 0,8 (повышение сопротивления трения), либо острые углы в конструкции формы (отсутствие скругленных переходов, в результате чего коэффициент концентрации напряжений увеличивается в 3-5 раз). В сочетании с чрезмерным давлением впрыска во время обработки (превышение предела текучести материала) или чрезмерной влажностью материала (например, PA66 с содержанием влаги > 0,2% склонен к гидролизу и снижению прочности) риск образования трещин существенно возрастает. В решениях приоритет отдается оптимизации пресс-формы: отрегулируйте распределение выталкивающих штифтов, чтобы обеспечить равномерное приложение силы, замените острые углы закругленными переходами с R0,5 или больше и отполируйте полость до Ra 0,4 или выше. Дополнительно дополните их сушкой материала (например, АБС требует сушки при 80°С в течение 2–3 часов) и послеформовочным отжигом (выдержкой при 70–80°С в течение 1 часа) для устранения внутренних напряжений.

Пузыри (вакуумные пузырьки) обычно появляются в толстостенных областях или углах деталей. Основной причиной является неправильная конструкция системы вентиляции пресс-формы — отсутствие вентиляционных канавок в мертвых зонах полостей или местах сварки (или вентиляционные канавки глубиной < 0,03 мм, не обеспечивающие эффективное удаление газа), или расположение литников, отклоняющееся от толстостенных участков (предотвращающее заполнение локальных пространств во время формования расплавленным пластиком, образуя вакуум). Давление впрыска ниже 50 МПа или недостаточное время выдержки во время обработки еще больше усугубляют проблемы с пузырьками. Решения начинаются с модификации формы: добавьте вентиляционные канавки (шириной 5–8 мм и глубиной 0,02–0,05 мм) по бокам толстостенных участков и в последних местах заполнения полости; располагайте литники в центре толстостенных участков (например, для цилиндрических деталей диаметром > 10 мм литник должен совпадать с центром). Одновременно увеличьте давление впрыска до 60–80 МПа и умеренно повысьте температуру формы (например, контролируйте температуру формы из ПП на уровне 40–60°C), чтобы облегчить выпуск газа.

Деформация коробления является распространенным дефектом конструктивных деталей (например, корпусов бытовой техники, автомобильных компонентов), и ее основная причина кроется в конструкции пресс-формы: разница в толщине стенки детали превышает 2 мм (например, внезапное изменение с 3 мм до 1 мм), неравномерное расстояние между охлаждающими каналами и полостью (разница > 15 мм, что приводит к локальным колебаниям скорости охлаждения более 10°C) или асимметричное течение расплава в литниковая система (например, односторонняя подача, вызывающая неравномерную ориентацию расплава). Эти факторы приводят к разнице в пластической усадке на 2–5%, что в конечном итоге приводит к короблению. Оптимизация пресс-формы является ключом к решению этой проблемы: отрегулируйте толщину стенок, чтобы обеспечить однородность (максимальная разница в толщине ≤ 1 мм), примените конструкцию «конформного канала охлаждения» (обеспечивая постоянное расстояние 10–12 мм между каналами и полостью) и добавьте 1–2 ребра, предотвращающие перекос (ширина 5 мм, высота 3 мм) на невидимых поверхностях. Во время обработки стабилизируйте температуру материала (например, контролируйте температуру кристаллических пластиков, таких как ПОМ, при 190–210°C) и увеличьте время охлаждения (время охлаждения толстостенных деталей должно составлять 60% цикла формования), чтобы уменьшить накопление внутренних напряжений.

Усадочные раковины часто возникают при резких изменениях толщины стенок (например, в месте соединения ребер и основного корпуса). Причины, связанные с формой, включают в себя: чрезмерную разницу в толщине стенок (склонность к образованию «горячих точек» с большими изменениями усадки при охлаждении), асимметричное расположение литников (приводящее к неравномерному заполнению расплавом и недостаточной местной плотности) или объем лунки для холодной пробки, менее чем в 1,5 раза превышающий объем основного желоба (холодный материал, попадающий в полость, влияет на консистенцию усадки). Недостаточная производительность машины по пластификации (например, скорость шнека < 50 об/мин, вызывающая неадекватную пластификацию) ухудшает раковины. Решения включают оптимизацию пресс-формы: замените резкие изменения толщины стенок постепенными переходами (наклон ≤ 1:5), используйте симметричные литники (например, диагональные двойные литники для прямоугольных деталей) и увеличьте объем холодной отстойной камеры в два раза по сравнению с основным желобом. Во время обработки увеличьте время выдержки (например, с 5 до 8 секунд) и контролируйте температуру передней части цилиндра (например, 280–300°C для ПК), чтобы обеспечить плотное заполнение расплавом.

Линии сварных швов (с прочностью только 60–70% от нормальных участков, склонных к разрушению под напряжением) возникают из-за проблем с пресс-формой, таких как: чрезмерное количество литников на полость (более 2 литников легко приводит к многопоточному сближению расплава), отсутствие вентиляционных канавок в местах линий сварки (захваченный газ препятствует плавлению расплава) или высокая шероховатость поверхности направляющей (Ra > 1,6, что увеличивает сопротивление трения расплава и вызывает локальное быстрое охлаждение). Факторы обработки, такие как температура цилиндра ниже точки плавления материала (например, ПЭТ ниже 250°C) или низкая скорость впрыска (< 30 мм/с), еще больше снижают качество сварки. Решения требуют модификации пресс-формы: уменьшите количество литников (максимум 2 симметричных литника для сложных деталей), добавьте вентиляционные канавки в ожидаемых положениях линий сварки и отполируйте направляющие до Ra 0,8 или выше. Во время обработки увеличьте температуру цилиндра (например, поднимите температуру ПЭТ до 260–270°C) и умеренно увеличьте скорость впрыска (до 40–50 мм/с), чтобы обеспечить полное плавление расплава.

Кроме того, такие дефекты, как цветные полосы, серебряные полосы на прозрачных деталях и ударные линии, также тесно связаны с пресс-формами: цветные полосы требуют уменьшения ширины литника формы до 1/3–1/2 толщины стенки детали (улучшение сдвига для улучшения дисперсии цветовой маточной смеси); посеребренные разводы в прозрачных деталях требуют регулярной очистки от остаточных примесей в линейках форм (во избежание царапин на поверхности расплава) и проверки герметичности каналов охлаждения (влага, попадающая в полость, образует серебристые разводы); ударные линии требуют оптимизации размеров желоба формы (например, увеличения диаметра главного желоба на 1–2 мм для уменьшения сопротивления) и установки достаточно больших колодцев для холодных пробок (объем ≥ 3 см³), чтобы предотвратить влияние холодного материала на стабильность потока.

Основа контроля дефектов изделий, полученных методом литьевого формования на 360 градусов, лежит в форме: на этапе проектирования следует уделять внимание однородности толщины стенок, симметрии охлаждения, адекватной вентиляции и рациональным литникам; для ежедневного обслуживания проводите «ежемесячные проверки вентиляционных канавок, ежеквартальную полировку полости и полугодовые испытания на герметичность каналов охлаждения». В сочетании с оптимизацией параметров обработки (например, точный контроль температуры, давления и скорости) и предварительной обработкой материала (сушка, проверка на примеси) уровень распространенных дефектов можно снизить более чем на 40 %, что значительно повышает стабильность производства и качество продукции.