Ruiskuvaluprosessilla tarkoitetaan menetelmää, jolla valmistetaan tietyn muotoisia puolivalmiita tuotteita, kuten paineistamalla, ruiskuttamalla, jäähdyttämällä ja poistamalla sulat raaka-aineet. Tämä prosessi on kosmeettisten pakkausyritysten tuotteiden tuotantolähde. Näiden puolivalmiiden tuotteiden laatu määrittää myöhempien prosessien vakauden ja lopputuotteen laadun, joten se on keskeinen menettely yrityksen voittojen maksimoinnissa.
Vuosien varrella ruiskupuristusammattilaiset ovat voineet lukuisia haasteita, erityisesti käsitellessään yleisiä vikoja tuotteissa, joissa on ohut tai paksu seinä,{0}}kuten kutistuminen, hitsauslinjat, virtausjäljet, ilmakuplia, kiiltäviä kohtia ja vääntymistä. Yhteenvetona voidaan todeta, että ruiskuvaluprosessi keskittyy ensisijaisesti seuraavien kahden näkökohdan ratkaisemiseen:
I. Prosessikulku
Prosessivirtaus sisältää neljä vaihetta: täyttö, pakkaus, jäähdytys (pehmennys) ja irrotus. Nämä vaiheet määräävät suoraan tuotteen muovauslaadun ja muodostavat täydellisen, jatkuvan prosessin.
(1) Täyttövaihe
Täyttö on koko ruiskuvalujakson ensimmäinen vaihe. Se alkaa, kun muotti sulkeutuu ja ruiskutus alkaa, ja päättyy, kun noin 95 % muotin ontelosta on täytetty. Teoriassa lyhyempi täyttöaika johtaa korkeampaan muovaustehokkuuteen. Käytännössä muovausaikaa tai ruiskutusnopeutta rajoittavat kuitenkin monet olosuhteet, mikä on erityisen ilmeistä paksuseinäisissä tuotteissa.
Nopea{0}}täyttö:Nopean{0}}täytön aikana leikkausnopeus on suuri. Leikkaus-ohennusvaikutusten vuoksi muovin viskositeetti laskee, mikä heikentää yleistä virtausvastusta. Paikallinen viskoosi kuumennus ohentaa myös jähmettynyttä kerrosta. Siksi virtauksensäätövaiheessa täyttötapa riippuu usein täytettävästä tilavuudesta. Tässä vaiheessa sulatteen leikkaus-ohentava vaikutus on yleensä merkittävä, kun taas ohuiden seinien jäähdytysvaikutus on vähemmän havaittavissa. Siten nopeuden vaikutus hallitsee, mikä tekee tästä menetelmästä sopivan ohutseinäisille tuotteille.
Hidas-täyttönopeus:Lämmönjohtavuusohjatussa-ohjatussa hitaalla-täytössä leikkausnopeus on pienempi, paikallinen viskositeetti suurempi ja virtausvastus suurempi. Koska kuuman muovin lisäysnopeus on hitaampi, virtaus on asteittaista, mikä tekee lämmönjohtavuusvaikutuksesta selvemmän. Kylmät muotin seinät kuljettavat lämmön nopeasti pois. Yhdessä minimaalisen viskoosisen lämmityksen kanssa jähmettynyt kerros paksunee, mikä lisää virtausvastusta ohuemmilla seinämäalueilla. Siksi tämä täyttömenetelmä sopii paksuseinäisille-tuotteille, ja sitä voidaan käyttää myös, kun muotin lämpötila on suhteellisen korkea.
(2) Pakkausvaihe
Pakkausvaiheen tehtävänä on jatkuvasti kohdistaa painetta sulan tiivistämiseksi ja muovin tiheyden lisäämiseksi, mikä kompensoi muovin kutistumiskäyttäytymistä.
Pakkaamisen aikana, koska muottipesä on jo täytetty muovilla, sulatteen vastapaine on korkea. Pakkauksen tiivistyksen aikana ruiskutuskoneen ruuvi voi liikkua eteenpäin vain hitaasti pienin askelin, ja myös muovinen virtausnopeus on suhteellisen hidas. Tätä virtausta kutsutaan pakkausvirtaukseksi. Pakkausvaiheen aikana, kun muovi jäähtyy ja jähmettyy nopeammin muotin seinämiä vasten, sulan viskositeetti kasvaa nopeasti, mikä johtaa merkittävään vastukseen muotin ontelossa. Pakkaamisen myöhemmissä vaiheissa materiaalin tiheys jatkaa kasvuaan ja muoviosa muotoutuu vähitellen. Pakkaustila on säilytettävä, kunnes portti jähmettyy ja tiivistyy. Tässä vaiheessa ontelopaine saavuttaa suurimman arvonsa pakkausvaiheen aikana.
Pakkaamisen aikana muovilla on suhteellisen korkean paineen vuoksi puristuvia ominaisuuksia. Korkeamman paineen alueilla muovi on kompaktimpaa ja tiheämpää; alueilla, joissa paine on pienempi, muovi on löysää ja vähemmän tiheää. Siksi tiheysjakauma vaihtelee sijainnin ja ajan mukaan. Pakkaamisen aikana muovin virtausnopeus on erittäin alhainen, eikä virtauksella ole enää hallitsevaa roolia; paine on tärkein pakkausprosessiin vaikuttava tekijä. Koska muotin onkalo on jo täytetty muovilla pakkaamisen aikana, vähitellen jähmettynyt sula toimii väliaineena paineen välitykselle. Muotin ontelossa oleva paine välittyy muovin kautta muotin seinämän pintaan, mikä voi auttaa parantamaan tuotteen pinnan kiiltoa.
(3) Jäähdytysvaihe (plastisointi)
Ruiskuvalumuoteissa jäähdytysjärjestelmän suunnittelu on ratkaisevan tärkeää. Tämä johtuu siitä, että muovatun muovituotteen muovimolekyylit on kiteytettävä ja kiinteytettävä tiettyyn jäykkyyteen, jotta vältetään ulkoisten voimien aiheuttama muodonmuutos ulostyönnön aikana. Koska jäähdytysaika on 70–80 % koko muovausjaksosta, hyvin suunniteltu jäähdytysjärjestelmä voi lyhentää muovausaikaa merkittävästi ja parantaa ruiskupuristusten tuottavuutta.
Muotissa lämpö ontelossa olevasta muovista siirtyy lämmön johtumisen kautta muotin rungon läpi jäähdytysvesikanaviin ja poistetaan sitten lämmön konvektiolla jäähdytysnesteen läpi. Pieni määrä lämpöä, jota jäähdytysvesi ei siirrä pois, johtaa edelleen muotin sisällä ja lopulta haihtuu ilmaan joutuessaan kosketuksiin ulkoisen ympäristön kanssa.
Ruiskuvalujakso sisältää muotin sulkemisajan, täyttöajan, pakkausajan, jäähdytysajan (sulamislämpötilan alapuolella) ja irrotusajan. Näistä jäähtymisajalla on suurin osuus, 70–80 %. Siksi jäähdytysaika vaikuttaa suoraan muovituotteen muovausjakson pituuteen ja tuotantotehoon.
Tuotteen jäähdytysnopeuteen vaikuttavia tekijöitä ovat mm.
Muovituotteen suunnittelu.
Muovituotteen seinämän paksuus; paksummat seinät pitävät jäähtymisaikoja.
Muotin jäähtymiseen vaikuttavat tekijät:
Muotin materiaali:Sisältää muotin ytimen, ontelon ja muotin pohjan materiaalin, mikä vaikuttaa suuresti jäähdytysnopeuteen. Mitä korkeampi muottimateriaalin lämmönjohtavuus on, sitä tehokkaammin se siirtää lämpöä pois muovista aikayksikköä kohden, mikä johtaa lyhyempiin jäähtymisaikoihin.
Jäähdytysvesikanavan kokoonpano:Mitä lähempänä onkaloa jäähdytyskanavat ovat, sitä suurempi on niiden halkaisija ja mitä suurempi on niiden lukumäärä, sitä parempi jäähdytysvaikutus ja lyhyempi jäähdytysaika.
Jäähdytysnesteen virtausnopeus:Suurempi jäähdytysnesteen virtausnopeus (yleensä turbulenttinen virtaus on ihanteellinen) parantaa lämmönpoistoa lämmön konvektiolla.
Jäähdytysnesteen ominaisuudet:Jäähdytysnesteen viskositeetti ja lämmönjohtavuus vaikuttavat myös muotin lämmönsiirtotehokkuuteen. Alhaisempi jäähdytysnesteen viskositeetti, korkeampi lämmönjohtavuus ja alhaisempi lämpötila johtavat parempaan jäähdytystehoon.
Muotin jäähdytyksessä voidaan käyttää kolmiulotteisia metalli-painettuja komponentteja luodakseen monimutkaisia kolmiulotteisia jäähdytyskanavarakenteita parempien jäähdytysvaikutusten saavuttamiseksi.
(4) Poistovaihe
Irrotus on ruiskupuristussyklin viimeinen vaihe. Vaikka tuote on jähmettynyt ja muodostunut, irtoaminen vaikuttaa silti merkittävästi tuotteen laatuun. Väärät poistomenetelmät voivat aiheuttaa vikoja, kuten tuotteen muodonmuutoksia, jotka johtuvat epätasaisesta voimasta irrotuksen aikana.
Tärkeimmät poistomenetelmät ovat kaksi: ejektorin tapin irrotus ja irrotuslevyn irrotus. Muotia suunniteltaessa tulee valita sopiva irrotusmenetelmä tuotteen rakenteellisten ominaisuuksien perusteella tuotteen laadun varmistamiseksi.
Ejektoritappien ulostyöntöä käyttävissä muoteissa tapit tulee sijoittaa mahdollisimman tasaisesti ja sijoittaa paikkaan, jossa irtoamisvastus on suurin ja missä muoviosalla on suurin lujuus ja jäykkyys, jotta vältetään muodonmuutos tai vaurioituminen.
Irrotuslevyjä käytetään yleensä syviin{0}}onteloihin, ohutseinäisiin-säiliöihin ja läpinäkyviin tuotteisiin, joissa ejektorin tappien jälkiä ei sallita. Tässä menetelmässä on suuri, tasainen poistovoima, tasainen liike, eikä merkittäviä näkyviä jälkiä.
II. Prosessin parametrit
Ruiskuvalun viisi avainelementtiä ovat: paine, aika, nopeus, lämpötila ja ruiskun koko.
(1) Ruiskutuspaine
Ruiskutuspaine on hydraulisylinterin paine, joka välittyy ruiskutuskoneen ruuvin kautta muovisulaan. Tämän paineen ohjaama muovisula tulee muottiin ruiskutuskoneen suuttimen kautta, kulkee suuttimen ja juoksuputkien läpi ja tulee muotin onteloon. Tämä prosessi on ruiskutäyttövaihe. Painetta on olemassa vastuksen voittamiseksi sulavirtauksen aikana, mikä varmistaa täyttöprosessin sujuvan etenemisen.
Ruiskutuksen aikana paine on korkein ruiskutuskoneen suuttimessa ja alhaisin sulatteen edessä. Paine laskee vähitellen polkua pitkin sulatteen edestä takaisin suuttimeen.
Monet tekijät vaikuttavat sulatäyttöpaineeseen:
A. Materiaalitekijät, kuten muovin tyyppi ja viskositeetti.
B. Rakenteelliset tekijät, kuten kylmä/kuumakanavajärjestelmät, niiden lukumäärä ja sijainti, muotin ontelon muoto ja tuotteen seinämän paksuus.
C. Prosessin parametrielementit.
Tämä kuvastaa sitä, että ruiskupaineella ei pitäisi olla hallitsevaa roolia ohutseinämäisten-tuotteiden muovauksessa, mutta se on ratkaisevan tärkeää paksuseinämäisten-tuotteiden ruiskuvalussa. Sillä voi myös olla ratkaiseva rooli tuotevirheiden, kuten kutistumisen, hitsauslinjojen ja ilmakuplien, ratkaisemisessa. Kohtuullinen paineen asetus riippuu täyttönopeuden ja -ajan koordinaatiosta. Ruiskutuksen aikana tiivistyspaineen asetus on myös erittäin kriittinen. Lähellä ruiskutuksen loppua koneen suutin jatkaa materiaalin syöttämistä onteloon täyttääkseen tuotteen kutistumisen aiheuttaman tilavuuden. Jos tiivistyspainetta ei kohdisteta ontelon täytön jälkeen, tuote kutistuu noin 25 %, erityisesti paksuseinäisillä alueilla, joihin liiallinen kutistuminen voi muodostaa uppoamisjälkiä. Täyttöpaine on yleensä noin 85 % suurimmasta täyttöpaineesta, vaikka se tulisikin määrittää todellisten olosuhteiden perusteella.
(2) Injektioaika
Injektioaika, johon tässä viitataan, on aika, joka kuluu muovisulan täyttämiseen onkalossa, sulan pehmittämiseen ja jäähtymiseen. Se ei sisällä lisäaikoja, kuten muotin avaamista ja sulkemista. Se, onko tämä aika asetettu kohtuullisesti, vaikuttaa suuresti tuotteen laatuun. Vaikka ruiskutusaika ei muodosta suurinta osaa muovausjaksosta, ruiskutusajan säätämisellä on merkittävä rooli paineen säätelyssä portissa, jakokanavassa ja ontelossa. Kohtuullinen ruiskutusaika helpottaa ihanteellista sulatäyttöä ja on ratkaiseva tuotteen pinnan laadun parantamisessa ja mittatoleranssien pienentämisessä. Ruiskutusaika on paljon lyhyempi kuin jäähdytysaika, noin 1/10 jäähdytysajasta. Suhde kasvaa tuotteen seinämien paksuuden myötä. Tämä kuvio voi toimia pohjana arvioitaessa muoviosan kokonaismuovausaikaa.
(3) Ruiskutusnopeus
Ruiskutusnopeuden ja tuotteen laadun välinen läheinen suhde tekee siitä avainparametrin ruiskuvalussa. Määrittämällä täyttönopeussegmenttien alku-, keski- ja loppupisteet ja saavuttamalla tasaiset siirtymät asetusarvojen välillä, voidaan varmistaa vakaa sulatuspinnan nopeus. Tämä tuottaa halutun molekyyliorientaation ja minimoi sisäisen jännityksen. Siksi, kun nopeusparametreja asetetaan tuoteprosessin virheenkorjauksen aikana, suositellaan seuraavaa lähestymistapaa:
Nesteen pintanopeuden tulee olla vakio.
Nopeaa injektiota tulee käyttää sulakiteytymisen estämiseksi.
Ruiskutusnopeuden asetuksissa tulee ottaa huomioon kriittiset alueet (esim. juoksijat), hidastuen portilla samalla kun täytetään nopeasti muualla.
Ruiskutusnopeuden tulisi pysähtyä välittömästi onkalon täytön jälkeen, jotta vältetään yli-pakkautuminen, välähdys ja jäännösjännitys.
Tuotteen rakenteen ja todellisen kiteytysasteen perusteella säädä korkean ja alhaisen ruiskutusnopeuden parametreja ohuille/paksuille seinille ja joissa sulan virtaussuunta muuttuu.
Tiivis koordinointi muovausolosuhteiden muiden elementtien kanssa on erittäin tärkeää.
(4) Ruiskutuslämpötila
Ruiskutuslämpötila on tärkeä tekijä, joka vaikuttaa ruiskutuspaineeseen ja -nopeuteen. Ruiskutuskoneen tynnyreissä on yleensä 5-6 lämmitysvyöhykettä. Jokaisella raaka-aineella on sopiva käsittelylämpötilansa. Käytännön kokemuksella hallittujen lämpötilaparametrien lisäksi asetukset voivat perustua myös raaka-ainetoimittajien antamiin tietoihin yhdistettynä todellisiin koneolosuhteisiin.
Ruiskutuslämpötilaa on säädettävä tietyllä alueella. Jos lämpötila on liian alhainen, sulate pehmittyy huonosti, mikä vaikuttaa muovatun osan laatuun ja lisää prosessin vaikeutta. Jos lämpötila on liian korkea, raaka-aine on altis hajoamiselle. Varsinaisessa ruiskuvalussa sulamislämpötila on usein korkeampi kuin tynnyrin lämpötila. Ero riippuu ruiskutusnopeudesta ja materiaalin ominaisuuksista. Tämä johtuu leikkauksen aiheuttamasta suuresta lämmöstä sulan kulkiessa ruiskutussuuttimen läpi.
(5) Laukauskoko
Ruiskuvalussa kohtuullinen ruiskukoko ohjaa muiden prosessiparametrielementtien asetusta. Tuoteprosessin virheenkorjauksen aikana sulatyyny (jäljellä oleva otoskoko) tulee asettaa niin, että tuotteen täytön jälkeen ruuvin asento jättää tyynyn noin 15-20 mm. Jos se on liian lähellä nollaa, ruuvin tarkistusrenkaan kärki kuluu liian nopeasti, eikä tuotteen mittojen vakautta voida taata. Jos tyyny on liian suuri, liiallinen jäännössula, joka viipyy tynnyrissä liian pitkään, voi aiheuttaa värimuutoksia seuraavassa otoksessa ja lisätä kaasun muodostumisen todennäköisyyttä pitkittyneen viipymäajan aiheuttaman sulan hajoamisen vuoksi.
Pehmityksen aikana vastapaine vaikuttaa suoraan laukauksen kokoon. Vastapaineella tarkoitetaan painetta, joka on voitettava, kun ruuvi vetäytyy sulatteen valmistelun aikana. Korkean vastapaineen käyttö edistää värin hajoamista ja muovin sulamista, mikä lisää sulan tiheyttä tynnyrissä. Se kuitenkin myös pidentää ruuvin sisäänvetoaikaa (jos se ylittää jäähdytysajan, se lisää tuotteen ruiskutusjaksoa). Jos ruuvin pyörimisnopeutta lisätään, ruuvi voi vangita ilmaa muovipellettien välisistä rakoista, jotka on puristettu tynnyrin sisällä olevaan sulatteeseen, joka sitten ruiskutetaan muottipesään. Paksumpien tuotteiden kohdalla tämä lisää vastaavasti ilmakuplien muodostumisen todennäköisyyttä seinien sisälle ja lisää ruiskutuskoneen tehokuormitusta. Siksi tavallisia materiaaleja pehmitettäessä vastapaineen tulisi olla alhaisempi, yleensä enintään 20 % ruiskutuspaineesta, ja lievä sulamiskuula suuttimessa on ihanteellinen.
Yhteenvetona voidaan todeta, että ruiskuvalutekniikan parantamiseksi on ensin ymmärrettävä ruiskupuristuksen periaatteet ja prosessi. Toiseksi on taitavasti koordinoitava viisi avainelementtiä -paine, aika, nopeus, lämpötila ja kuvan koko- prosessin virheenkorjauksen aikana. Vain silloin nämä elementit voivat täydentää toisiaan prosessissa, mikä johtaa tuotteen optimaalisiin prosessiparametreihin.