Ο βασικός εξοπλισμός γιαχύτευση με έγχυσηείναι μια μηχανή χύτευσης με έγχυση και ένα καλούπι έγχυσης. Το σχήμα 1-2 δείχνει τη διαδικασία χύτευσης με έγχυση μιας μηχανής χύτευσης με έγχυση τύπου κοχλία.
Αρχή χύτευσης με έγχυση
△Ροή διαδικασίας χύτευσης με έγχυση
Η αρχή είναι ότι κοκκώδες ή κονιοποιημένο πλαστικό προστίθεται στον κύλινδρο της μηχανής χύτευσης με έγχυση, θερμαίνεται και λιώνει και, στη συνέχεια, η υψηλή πίεση και η υψηλή ταχύτητα της βίδας της μηχανής χύτευσης με έγχυση σπρώχνουν το λιωμένο πλαστικό μέσα από το ακροφύσιο στο μπροστινό άκρο της κάννης και το εγχέουν γρήγορα στην κλειστή κοιλότητα του καλουπιού [Εικ{0}}(α)]. Το τήγμα που γεμίζει την κοιλότητα ψύχεται και στερεοποιείται υπό πίεση για να διατηρήσει το σχήμα που δίνει η κοιλότητα [Εικ. 1-2(β)]. Στη συνέχεια, το καλούπι ανοίγει και το προϊόν αφαιρείται [Εικ. 1-2(γ)]. Κατά τη διαδικασία χύτευσης με έγχυση, το πλαστικό υφίσταται μια σειρά αλλαγών, όπως μαλάκωμα, τήξη, ροή, διαμόρφωση και στερεοποίηση.
(Εικόνα 1-2 Αρχή έγχυσης σε καλούπι της μηχανής έγχυσης με βίδα)
Μαλάκωμα και τήξη:
Το σχήμα 1-4 δείχνει τη δομή του κυλίνδρου και της βίδας μιας μηχανής χύτευσης με έγχυση. Επειδή ένας κυκλικός θερμαντήρας είναι εγκατεστημένος στο εξωτερικό της κάννης, το πλαστικό λιώνει καθώς κινείται προς τα εμπρός κάτω από την περιστροφή της βίδας και τελικά εγχέεται στο καλούπι μέσω του ακροφυσίου.
(L1-Ενότητα διατροφής. μεγάλο2-Ενότητα συμπίεσης. μεγάλο3-Ενότητα μέτρησης. η1/h2-Λόγος συμπίεσης. D-Διάμετρος βίδας)
Το πλαστικό υφίσταται τις ακόλουθες αλλαγές κατά τη διαδικασία πλήρωσης του καλουπιού:
Πριν περιστραφεί η βίδα (L2), η θερμοκρασία και η πίεση της βιδωτής ράβδου είναι σχετικά χαμηλές λόγω της μείωσης του όγκου τήγματος που προκαλείται από την είσοδο του υλικού στην κοιλότητα του καλουπιού (L1). Αφού περιστραφεί η βίδα (L3), η θερμοκρασία του πλαστικού έχει φτάσει στη θερμοκρασία τήξης και έχει λιώσει. Για να διασφαλιστεί η ποιότητα του προϊόντος, το πλαστικό πρέπει να λιώσει πλήρως πριν-λειώσει ξανά. Αυτή τη στιγμή, εάν το πλαστικό έχει ήδη εισέλθει στο στάδιο συμπίεσης σε έναν ορισμένο βαθμό σύντηξης, η απαέρωσή του θα επηρεαστεί πολύ.
Ακόμα κι αν η ποσότητα (Λ3) παραμένει το ίδιο, λόγω διαφορετικών βάθους αυλακώσεων βιδών h0, το πλαστικό θα αντιμετωπίσει διαφορετικούς βαθμούς διάτμησης κατά τη διαδικασία περιστροφής του κοχλία, επομένως ο βαθμός πλαστικοποίησης θα ποικίλλει.
Συνοπτικά, στον ίδιο κύκλο καλουπώματος, ο βαθμός και η ποιότητα της τήξης του πλαστικού θα επηρεαστεί από την περιεκτικότητα σε αέριο και την ποιότητα τήξης της βίδας:
① Το πραγματικό μήκος της βίδας είναι ευθέως ανάλογο (αυξάνεται): L/D=22-25.
② Ο λόγος συμπίεσης της βίδας: h1/h2=2.0-3.0 (γενικά 2,5).
③ Το τμήμα συμπίεσης της βίδας είναι σχετικά ανάλογο: L1/L2=40%-60%.
Επειδή η τιμή είναι πολύ μεγάλη, ο χρόνος παραμονής του υλικού θα αυξηθεί επίσης και η περιστροφή της βίδας θα στέλνει συνεχώς το λιωμένο πλαστικό προς τα εμπρός. Αυτή τη στιγμή, το πλαστικό θα συνεχίσει να ρέει στην κοιλότητα του καλουπιού υπό πίεση και στη συνέχεια σε έναν κύκλο καλουπώματος (χωρίς εξωτερική παρέμβαση πριν αρχίσει να κινείται η βίδα προς τα εμπρός). Αφού περιστραφεί η βίδα, θα κινηθεί προς τα εμπρός υπό τη δράση της μηχανικής δύναμης, συμπιέζοντας σταδιακά το πλαστικό και εγχύοντάς το στην κοιλότητα του καλουπιού. Στην προηγούμενη στιγμή, το τήγμα του θα υποβληθεί σε ταχεία συμπίεση (που ονομάζεται στιγμιαία συμπίεση), η οποία μπορεί εύκολα να προκαλέσει κρυστάλλωση και να οδηγήσει σε ελαττώματα. Η χρήση αργής έγχυσης μπορεί να αποφύγει την κρυστάλλωση (πλήρης κρυστάλλωση, καθιστώντας την εντελώς άμορφη λόγω της ταχείας ψύξης).
Ροή:
Όταν το τήγμα εγχέεται στην κοιλότητα του καλουπιού υπό υψηλή πίεση και υψηλή ταχύτητα, θα εμφανιστούν δύο φαινόμενα κατά τη διαδικασία της έγχυσης. Το ένα είναι ότι το πλαστικό σε επαφή με το τοίχωμα του καλουπιού σε τηγμένη κατάσταση θα στερεοποιηθεί και θα σχηματίσει ένα λεπτό στρώμα λόγω της ταχείας ψύξης που προκαλείται από την επαφή με την επιφάνεια της κοιλότητας του καλουπιού. Αυτή η λεπτή στρώση ονομάζεται παγωμένη στρώση (ή ονομάζεται στιγμιαία παγωμένη στρώση), η οποία θα προκαλέσει τη μείωση της θερμοκρασίας του ίδιου του λιωμένου πλαστικού (κυρίως λόγω της επίδρασης της απώλειας λανθάνουσας θερμότητας κρυστάλλωσης). Για παράδειγμα, στο πολυαιθυλένιο, η λανθάνουσα θερμότητα κρυστάλλωσης που απελευθερώνεται κατά τη διαδικασία ψύξης του τήγματος μέσω του τοιχώματος του καλουπιού μπορεί να φτάσει τους 50 βαθμούς ή περισσότερο. Επομένως, αφού το τήγμα γεμίσει ολόκληρη την κοιλότητα του καλουπιού και επιστρέψει σε επείγουσα κατάσταση, η θερμοκρασία θα μειωθεί. Το δεύτερο είναι ότι ένα μεγαλύτερο μέρος του τηγμένου πλαστικού θα συνεχίσει να διατηρεί την κατεύθυνση ροής του και να υποβάλλεται σε αντίστροφη ροή.
Όπως φαίνεται από το Σχήμα 1-5, όταν το τήγμα είναι σε επαφή με το τοίχωμα της κοιλότητας του καλουπιού, θα παράγει ένα παγωμένο στρώμα και θα δημιουργηθεί ταχύτερος ρυθμός ροής στο κεντρικό τμήμα μακριά από την κοιλότητα. Το πλαστικό θα ρέει με στρωματικό τρόπο στην περιοχή μεταξύ του παγωμένου στρώματος και του τοιχώματος της κοιλότητας. Αφού το πλαστικό περάσει σε μια τέτοια κατάσταση και ψυχθεί και διαμορφωθεί σε προϊόν, η στρώση θα εξακολουθεί να υπάρχει στο χυτευμένο προϊόν σε παράλληλη κατεύθυνση και κατακόρυφη κατεύθυνση, με αποτέλεσμα διαφορές στην αντοχή και τη σκληρότητα του προϊόντος, που θα υπάρχουν κατά τα στάδια απελευθέρωσης και διαμόρφωσης του χυτευμένου προϊόντος.
1 - Μηχανή χύτευσης με έγχυση. 2 - Καλούπι έγχυσης ρητίνης (που στην πραγματικότητα αποτελείται από κύριο δρομέα και πύλη).
3 - Καλούπι (μέσα στην κοιλότητα). 4 - Το τμήμα με ταχύτερο ρυθμό ροής στο κέντρο.
5 - Το τμήμα με πολύ αργό ρυθμό ροής κατά μήκος του τοιχώματος της κοιλότητας. 6 - Μόρια ρητίνης που είναι προσανατολισμένα και τεντωμένα.
7 - Μόρια ρητίνης που είναι μπλεγμένα μεταξύ τους.
Διαμόρφωση και σκλήρυνση:
Όταν το λιωμένο πλαστικό εγχέεται, εισέρχεται στο καλούπι μέσω ενός ακροφυσίου, παίρνει σχήμα και στη συνέχεια ψύχεται και στερεοποιείται για να γίνει το τελικό προϊόν. Ωστόσο, ο πραγματικός χρόνος που χρειάζεται για το λιωμένο πλαστικό για να γεμίσει το καλούπι είναι αρκετά δευτερόλεπτα, γεγονός που καθιστά πολύ δύσκολη την παρατήρηση της διαδικασίας πλήρωσης.
Ο Αμερικανός μηχανικός Stevenson χρησιμοποίησε προσομοίωση υπολογιστή για να απεικονίσει τη διαδικασία πλήρωσης μιας πόρτας αυτοκινήτου από πολυπροπυλένιο που χυτεύεται χρησιμοποιώντας ένα καλούπι θερμού δρομέα με δύο πύλες και υπολόγισε το χρόνο έγχυσης (δηλ. τον χρόνο πλήρωσης), τη γραμμή συγκόλλησης και την απαιτούμενη δύναμη σύσφιξης. Το σχήμα 1-6 απεικονίζει το μοντέλο που προέκυψε από την προσομοίωση του. Η ροή και η κατάσταση πλήρωσης του τήγματος στο Σχήμα 1-6 δεν διαφέρει σημαντικά από αυτό που φανταζόταν και μπορεί να αντικατοπτρίζει με ακρίβεια την πραγματική διαδικασία πλήρωσης μιας πόρτας αυτοκινήτου.
Υπάρχουν πολλές μέθοδοι για την προσομοίωση της ροής των διαδικασιών χύτευσης με έγχυση (όπως η μέθοδος FAN, το σύστημα προσομοίωσης CAIM και το σύστημα προσομοίωσης Moldflow). Αυτές οι μέθοδοι προσομοίωσης χρησιμοποιούνται επί του παρόντος για την πρόβλεψη της διαδικασίας πλήρωσης λιωμένου πλαστικού σε ένα καλούπι, με στόχο τον πιο ορθολογικό σχεδιασμό του καλουπιού και την επιλογή της θέσης ή του τύπου της πύλης.
Αφού διαμορφωθεί το λιωμένο πλαστικό, μπαίνει στη διαδικασία στερεοποίησης. Το κύριο φαινόμενο που εμφανίζεται κατά τη στερεοποίηση είναι η συρρίκνωση, η οποία συμβαίνει ταυτόχρονα λόγω ψύξης και κρυστάλλωσης. Το σχήμα 1-7 δείχνει τη συρρίκνωση τριών τύπων πολυαιθυλενίου με διαφορετικές κρυσταλλικότητα καθώς η θερμοκρασία μειώνεται.
(a-PE με σχετική πυκνότητα 0,9645· b-PE με σχετική πυκνότητα 0,95· c-PE με σχετική πυκνότητα 0,918· d-Καμπύλες ρυθμού ψύξης: C1, C2, C3-και τα τρία έχουν τον ίδιο ρυθμό ψύξης.)