Variabile de fabricație în injecția de materiale plastice

O piesă injectată trebuie să îndeplinească o serie de caracteristici cu privire la: formă și dimensiuni, greutate, rezistență, stabilitate dimensională, aspect de suprafață, ș.a.m.d. Din aceste considerente, în producția de piese injectate, consistența produsului este foarte importantă. Variațiile de densitate nu sunt de dorit, pentru că acestea scad calitatea și rezistența materialului – factori importanți în special în cazul pieselor cu rol funcțional, piese de uzură sau elemente de legatură.

Este cunosut faptul că o piesă injectată este determinată de patru lucruri:

• designul piesei;
• designul matriței;
• materialul plastic;
• parametri de proces.

Fiecare dintre aceste caracteristici sunt influențate la rândul lor de o serie largă de variabile de fabricație, cum ar fi: structura chimică și greutatea moleculară, aditivii din rășină, variabile ale mașinii de injecție (designul, temperatura camerei, gradul de uzură, etc.), precum și variabile de operare (setări de control, factorul uman, etc.).

Provocarea oricărui inginer tehnolog este – după caz – aceea de a elimina, diminua sau uniformiza efectul acestor variabile, astfel încât fiecare piesă, respectiv, lot de piese, să fie uniforme. Se pune un accent special pe controlul următoarelor variabile de proces:

• temperatura plasticului;
• variația debitului funcție de vâscozitate;
• presiunea plasticului;
• viteza și timpul de răcire al plasticului;
• temperatura matriței.

În mod obișnuit, aproximativ 80% din energia necesară topirii peletelor din plastic provine din forfecarea materialului, iar restul de 20% din benzile de încălzire care înconjoară camera șurubului melcat.

În același timp, producătorul materialului plastic furnizează întotdeauna un interval mediu de temperatură în care materialul a fost testat, și pentru care materialul are o serie de caracteristici reologice determinate experimental și verificate practic.

Din acest motiv, este foarte important ca temperatura de topire a plasticului din zona de dozaj să fie procesată în acest interval.

De cele mai multe ori, temperatura topiturii înainte de injecție (în camera șurubului melcat) este neuniformă. Aceasta este afectată de zonele de referință de pe șurubul melcat, de designul șurubului, precum și de timpul de recuperare (timpul de rotire al șurubului în direcție înapoi, până la poziția inițială).

Topitura cu temperatura neuniformă poate avea multe consecințe nedorite în procesul de injecție. Piesele pot suferi variații de densitate, aspect coloristic pestriț și neuniform, sau pete pe suprafață. De asemenea, pot apare diferite ezitări în curgere, umplere incompletă, sau chiar particule netopite.

Pentru a evita apariția unor astfel de situații nedorite, tehnologii apelează la tehnologia de simulare și la soluții software specializate, așa cum este Moldex3D.

Noul concept al produsului turnat prin injecție

O analizare corectă a procesului de injecție presupune în primul rând necesitatea unui transfer cât mai exact al fazelor de proces din mediul real în mediul virtual, acolo unde se vor detalia și definitiva toate calculele privind calitatea produsului și eficiența producției. Ulterior, rezultatele obținute prin calcule numerice de optimizare vor fi aplicate în spațiul fizic, pentru calibrare și alte ulterioare considerente de fabricație.

Utilizatorii Moldex3D au posibilitatea de a considera fenomenele care au loc în interiorul camerei melcului mașinii.

În simularea tradițională, mișcarea șurubului melcat este pur și simplu transferată prin viteza și presiunea impuse topiturii, ceea ce a simplificat foarte mult comportamentul real al topiturii în etapa de umplere. Astfel că, la nivelul șurubului melcat nu se ia în considerare pe deplin variația temperaturii și eventualele modificări ale compresibilității – inclusiv variația vâscozității și graficul PVT (presiune-volum-temperatură).

Prin urmare, dacă în definirea și controlul umplerii s-ar lua în considerare dinamica mișcării șurubului melcat în cameră, atunci se poate obține o predicție mai bună a dinamicii topiturii, respectiv a temperaturii și presiunii de injecție.

Variația debitului în duză datorită compresiei cauzate de șurubul melcat

Moldex3D 2021 include acum facilități de simulare a compresiei materialului plastic la vârful șurubului și în duza de alimentare, luând în considerare diametrul șurubului și lungimea cursei acestuia.

În acest mod, se pot pune în evidență diferite caracteristici ale curgerii, care au la bază nu un simplu input numeric, ci o formă variabilă care caracterizează fiecare mașină în parte.

În același timp, un șurub standard poate pune dificultăți, deoarece acesta are o eficiență limitată la topire, și poate genera temperaturi ridicate de topire – ceea ce conduce automat la o durată mai mare de răcire. Apare astfel necesitatea unor șuruburi speciale, cu flancuri de barieră, care sparg acumulările de material solid. Astfel, topirea se realizează succesiv, secvențial, iar materialul topit din zona de vârf a șurubului va avea o temperatură mult uniformizată în comparație cu cea obținută prin utilizarea de șuruburi standard.

În noua versiune Moldex3D 2021, utilizatorii pot lua în considerare atât viteza de umplere și presiunea în camera șurubului melcat, cât și variația acestor parametri în decursul etapei de aspirație, atunci cand melcul derulează mișcarea de retragere fără rotire. Deoarece șurubul nu se rotește, nu există cantitate de material topit împinsă către zona de dozare, respectiv către duză.

Procesul este simbolizat în imaginea de mai jos, unde zona albastră reprezintă un spațiu suplimentar, creat la retragerea șurubului. În acest moment, topitura de la vârful duzei va fi deplasată înapoi, ceea ce conduce la scăderea presiunii și creșterea volumului specific al topiturii.

Prin identificarea acestor aspecte, se ajunge la o evaluare a diferențelor între diferite metode de calcul – spre exemplu măsurarea căderii de presiune pe rețeaua de injecție în decursul umplerii, calculată prin diferite metode: tradițional analitică (CAE mode), măsuratori pe mașină sau experimentale.

Luând în considerare aceste caracteristici, vedem cum Moldex3D sprijină tehnologul în înțelegerea și analiza corectă a procesului de injecție, determinând mult mai exact plusurile și neajunsurile în fiecare situație.

Totodată, pe măsură ce ideea Industriei 4.0 devine tot mai populară în întreaga lume, cerințele utilizatorilor de mașini de injecție se transformă de la stadiul de mașini individuale la automatizare, rețelistică și inteligență artificială. Având un model parametrizat al mașinii de injecție, considerând și efectele compresiei plasticului topit, precum și mișcarea șurubului melcat în decursul procesului, utilizatorii pot realiza predicții mult mai precise cu privire la calitatea produsului injectat, iar testele experimentale și de verificare sunt radical diminuate.