Il processo di stampaggio a iniezione si riferisce al metodo di produzione di prodotti semi-finiti di forme specifiche attraverso operazioni quali pressurizzazione, iniezione, raffreddamento ed espulsione di materie prime fuse. Questo processo è la fonte di produzione dei prodotti aziendali di confezionamento di cosmetici. La qualità di questi prodotti semi-finiti determina la stabilità dei processi successivi e la qualità del prodotto finale, rendendola una procedura chiave per massimizzare i profitti aziendali.
Nel corso degli anni, i professionisti dello stampaggio a iniezione hanno superato numerose sfide, in particolare nel risolvere i difetti comuni nei prodotti con pareti sottili o spesse-come ritiro, linee di saldatura, segni di flusso, bolle d'aria, punti lucidi e deformazioni. In sintesi, il processo di stampaggio a iniezione si concentra principalmente sulla risoluzione dei seguenti due aspetti:
I. Flusso del processo
Il flusso del processo comprende quattro fasi: riempimento, imballaggio, raffreddamento (plastificazione) ed espulsione. Queste fasi determinano direttamente la qualità di stampaggio del prodotto e costituiscono un processo completo e continuo.
(1) Fase di riempimento
Il riempimento è la prima fase dell’intero ciclo di stampaggio ad iniezione. Inizia con la chiusura dello stampo e l'inizio dell'iniezione e termina quando la cavità dello stampo è riempita per circa il 95%. In teoria, un tempo di riempimento più breve porta ad una maggiore efficienza di stampaggio. Tuttavia, in pratica, il tempo di stampaggio o la velocità di iniezione sono vincolati da molte condizioni, il che è particolarmente evidente nei prodotti a pareti spesse-.
Riempimento ad alta-velocità:Durante il riempimento ad alta-velocità, la velocità di taglio è elevata. A causa degli effetti di assottigliamento del taglio-, la viscosità della plastica diminuisce, riducendo la resistenza al flusso complessiva. Il riscaldamento viscoso locale assottiglia anche lo strato solidificato. Pertanto, durante la fase di controllo del flusso, il metodo di riempimento dipende spesso dal volume da riempire. In questa fase, l'effetto di taglio-assottigliamento del fuso è solitamente significativo, mentre l'effetto di raffreddamento delle pareti sottili è meno evidente. Pertanto, prevale l'effetto della velocità, rendendo questo metodo adatto a prodotti a pareti sottili-.
Riempimento-a bassa velocità:Nel riempimento a bassa velocità-controllato a conduzione termica, la velocità di taglio è inferiore, la viscosità locale è maggiore e la resistenza al flusso è maggiore. Poiché la velocità di rifornimento della plastica calda è più lenta, il flusso è più graduale, rendendo l’effetto di conduzione del calore più pronunciato. Il calore viene rapidamente portato via dalle pareti fredde dello stampo. Insieme ad un riscaldamento viscoso minimo, lo strato solidificato diventa più spesso, aumentando ulteriormente la resistenza al flusso nelle aree delle pareti più sottili. Pertanto, questo metodo di riempimento è adatto per prodotti con pareti spesse-e può essere utilizzato anche quando la temperatura dello stampo è relativamente elevata.
(2) Fase di imballaggio
Il ruolo della fase di impaccamento è quello di applicare continuamente pressione per compattare la massa fusa e aumentare la densità della plastica, compensando il comportamento di ritiro plastico.
Durante l'imballaggio, poiché la cavità dello stampo è già riempita di plastica, la contropressione del materiale fuso è elevata. Durante la compattazione dell'imballaggio, la vite della macchina per iniezione può avanzare solo lentamente con piccoli incrementi e anche la portata della plastica è relativamente lenta. Questo flusso è denominato flusso di impaccamento. Durante la fase di imballaggio, quando la plastica si raffredda e si solidifica più velocemente contro le pareti dello stampo, la viscosità del fuso aumenta rapidamente, determinando una notevole resistenza all'interno della cavità dello stampo. Nelle fasi successive dell'imballaggio, la densità del materiale continua ad aumentare e la parte in plastica prende gradualmente forma. Lo stato di imballaggio deve essere mantenuto finché il cancello non si solidifica e sigilla. A questo punto la pressione in cavità raggiunge il suo valore massimo durante la fase di impaccamento.
Durante l'imballaggio, a causa della pressione relativamente elevata, la plastica presenta caratteristiche comprimibili. Nelle zone a pressione più elevata la plastica è più compatta e densa; nelle aree di pressione più bassa, la plastica è più sciolta e meno densa. Pertanto, la distribuzione della densità varia con la posizione e il tempo. Durante l'imballaggio, la velocità del flusso della plastica è estremamente bassa e il flusso non gioca più un ruolo dominante; la pressione è il principale fattore che influenza il processo di imballaggio. Poiché la cavità dello stampo è già riempita di plastica durante l'imballaggio, il materiale fuso che si solidifica gradualmente funge da mezzo per la trasmissione della pressione. La pressione nella cavità dello stampo viene trasmessa attraverso la plastica alla superficie della parete dello stampo, il che può contribuire a migliorare la lucentezza superficiale del prodotto.
(3) Fase di raffreddamento (plastificazione)
Negli stampi per stampaggio a iniezione, la progettazione del sistema di raffreddamento è fondamentale. Questo perché il prodotto plastico stampato deve avere le sue molecole plastiche cristallizzate e solidificate ad una certa rigidità per evitare la deformazione causata da forze esterne durante l'espulsione. Poiché il tempo di raffreddamento rappresenta dal 70% all'80% dell'intero ciclo di stampaggio, un sistema di raffreddamento ben-progettato può ridurre significativamente i tempi di stampaggio e migliorare la produttività dello stampaggio a iniezione.
Nello stampo, il calore della plastica nella cavità viene trasferito tramite conduzione termica attraverso il telaio dello stampo ai canali dell'acqua di raffreddamento e quindi rimosso per convezione termica attraverso il fluido di raffreddamento. Una piccola quantità di calore non portata via dall'acqua di raffreddamento continua a condurre all'interno dello stampo ed eventualmente si dissipa nell'aria al contatto con l'ambiente esterno.
Il ciclo di stampaggio a iniezione comprende il tempo di chiusura dello stampo, il tempo di riempimento, il tempo di imballaggio, il tempo di raffreddamento (al di sotto della temperatura di fusione) e il tempo di espulsione. Tra questi, il tempo di raffreddamento occupa la percentuale maggiore, dal 70% all'80%. Pertanto, il tempo di raffreddamento influisce direttamente sulla durata del ciclo di stampaggio del prodotto in plastica e sulla resa produttiva.
I fattori che influenzano la velocità di raffreddamento del prodotto includono:
Il design del prodotto in plastica.
Lo spessore della parete del prodotto di plastica; pareti più spesse comportano tempi di raffreddamento più lunghi.
Fattori che influenzano il raffreddamento dello stampo:
Materiale dello stampo:Compreso il materiale del nucleo dello stampo, della cavità e della base dello stampo, che influenza notevolmente la velocità di raffreddamento. Maggiore è la conduttività termica del materiale dello stampo, più efficace sarà il trasferimento del calore dalla plastica per unità di tempo, con conseguenti tempi di raffreddamento più brevi.
Configurazione del canale dell'acqua di raffreddamento:Più i canali di raffreddamento sono vicini alla cavità, maggiore è il loro diametro e il loro numero, migliore è l'effetto di raffreddamento e più breve è il tempo di raffreddamento.
Portata del refrigerante:Una portata del refrigerante più elevata (generalmente l'ideale è ottenere un flusso turbolento) migliora la rimozione del calore tramite convezione del calore.
Proprietà del refrigerante:Anche la viscosità e la conduttività termica del liquido refrigerante influiscono sull'efficienza del trasferimento di calore dello stampo. Una minore viscosità del liquido refrigerante, una maggiore conduttività termica e una temperatura più bassa si traducono in migliori prestazioni di raffreddamento.
Il raffreddamento dello stampo può utilizzare componenti stampati in metallo tridimensionale-per creare complesse strutture di canali di raffreddamento tri-dimensionali per ottenere migliori effetti di raffreddamento.
(4) Stadio di espulsione
L'espulsione è la fase finale di un ciclo di stampaggio a iniezione. Sebbene il prodotto si sia solidificato e formato, l'espulsione ha ancora un impatto significativo sulla qualità del prodotto. Metodi di espulsione non corretti possono causare difetti come la deformazione del prodotto dovuta alla forza irregolare durante l'espulsione.
I principali metodi di espulsione sono due: espulsione del perno di espulsione e espulsione della piastra di estrazione. Durante la progettazione dello stampo, è necessario selezionare il metodo di espulsione appropriato in base alle caratteristiche strutturali del prodotto per garantire la qualità del prodotto.
Per gli stampi che utilizzano l'espulsione tramite perno di espulsione, i perni devono essere disposti nel modo più uniforme possibile e posizionati dove la resistenza all'espulsione è maggiore e dove la parte in plastica ha la massima resistenza e rigidità per evitare deformazioni o danni.
Le piastre estrattori vengono generalmente utilizzate per contenitori con cavità profonde,-con pareti sottili-e prodotti trasparenti in cui non sono consentiti i segni dei perni di espulsione. Questo metodo prevede una forza di espulsione ampia e uniforme, un movimento fluido e nessun segno visibile significativo.
II. Parametri di processo
I cinque elementi chiave dello stampaggio a iniezione sono: pressione, tempo, velocità, temperatura e dimensione della stampata.
(1) Pressione di iniezione
La pressione di iniezione è la pressione del cilindro idraulico trasmessa attraverso la vite della macchina per iniezione alla plastica fusa. Spinta da questa pressione, la plastica fusa entra nello stampo attraverso l'ugello della macchina a iniezione, passa attraverso il canale di colata e le guide ed entra nella cavità dello stampo. Questo processo è la fase di riempimento dell'iniezione. La pressione esiste per superare la resistenza durante il flusso del materiale fuso, garantendo che il processo di riempimento proceda senza intoppi.
Durante l'iniezione, la pressione è massima sull'ugello della macchina d'iniezione e minima sul fronte del materiale fuso. La pressione diminuisce gradualmente lungo il percorso dal fronte del materiale fuso all'ugello.
Molti fattori influenzano la pressione di riempimento del materiale fuso:
A. Fattori materiali, come il tipo e la viscosità della plastica.
B. Fattori strutturali, come i sistemi a canali freddi/caldi, il loro numero e posizione, la forma della cavità dello stampo e lo spessore delle pareti del prodotto.
C. Elementi dei parametri di processo.
Ciò riflette il fatto che la pressione di iniezione non dovrebbe svolgere un ruolo dominante nello stampaggio di prodotti a pareti sottili-ma è cruciale nello stampaggio a iniezione di prodotti a pareti spesse-. Può anche svolgere un ruolo decisivo nella risoluzione dei difetti del prodotto come restringimento, linee di saldatura e bolle d'aria. L'impostazione ragionevole della pressione dipende dal coordinamento della velocità e del tempo di riempimento. Durante l'iniezione, anche la regolazione della pressione di impaccamento è molto critica. Verso la fine dell'iniezione, l'ugello della macchina continua ad immettere materiale nella cavità per riempire il volume lasciato dal ritiro del prodotto. Se non viene applicata alcuna pressione di compattazione dopo il riempimento della cavità, il prodotto si restringerà di circa il 25%, soprattutto nelle aree con pareti spesse-, dove un restringimento eccessivo può formare segni di avvallamento. La pressione di riempimento è generalmente circa l'85% della pressione di riempimento massima, anche se dovrebbe essere determinata in base alle condizioni effettive.
(2) Tempo di iniezione
Il tempo di iniezione a cui si fa qui riferimento è il tempo necessario affinché la massa fusa di plastica riempia la cavità, affinché la massa fusa si plastifichi e si raffreddi. Non comprende i tempi ausiliari come l'apertura e la chiusura dello stampo. Il fatto che questo tempo sia impostato in modo ragionevole influisce notevolmente sulla qualità del prodotto. Sebbene il tempo di iniezione non costituisca la parte più importante del ciclo di stampaggio, la regolazione del tempo di iniezione svolge un ruolo significativo nel controllo della pressione sul punto di iniezione, sul canale e sulla cavità. Un tempo di iniezione ragionevole facilita il riempimento ideale del materiale fuso ed è decisivo per migliorare la qualità della superficie del prodotto e ridurre le tolleranze dimensionali. Il tempo di iniezione è molto più breve del tempo di raffreddamento, circa 1/10 del tempo di raffreddamento. Il rapporto aumenta con pareti del prodotto più spesse. Questo modello può servire come base per stimare il tempo totale di stampaggio di una parte in plastica.
(3) Velocità di iniezione
La stretta relazione tra velocità di iniezione e qualità del prodotto ne fa un parametro chiave nello stampaggio a iniezione. Determinando i punti iniziale, centrale e finale dei segmenti di velocità di riempimento e ottenendo transizioni graduali tra i punti di riferimento, è possibile garantire una velocità della superficie di fusione stabile. Ciò produce l'orientamento molecolare desiderato e riduce al minimo lo stress interno. Pertanto, quando si impostano i parametri di velocità durante il debug del processo del prodotto, si consiglia il seguente approccio:
La velocità superficiale del fluido dovrebbe essere costante.
Per prevenire la cristallizzazione della fusione deve essere utilizzata l'iniezione rapida.
Le impostazioni della velocità di iniezione dovrebbero considerare le aree critiche (ad esempio, i corridori), rallentando al cancello mentre si riempiono rapidamente altrove.
La velocità di iniezione deve arrestarsi immediatamente dopo il riempimento della cavità per evitare-impaccamento eccessivo, bave e stress residuo.
In base alla struttura del prodotto, combinata con il grado effettivo di cristallizzazione, regolare i parametri di velocità di iniezione alta e bassa per aree con pareti sottili/spesse e dove cambia la direzione del flusso di fusione.
È molto importante uno stretto coordinamento con altri elementi delle condizioni di stampaggio.
(4) Temperatura di iniezione
La temperatura di iniezione è un fattore importante che influenza la pressione e la velocità di iniezione. I fusti delle macchine a iniezione hanno generalmente 5-6 zone di riscaldamento. Ogni materia prima ha la sua temperatura di lavorazione adeguata. Oltre ai parametri di temperatura acquisiti attraverso l'esperienza pratica, le impostazioni possono essere basate anche sui dati forniti dai fornitori di materie prime in combinazione con le condizioni effettive della macchina.
La temperatura di iniezione deve essere controllata entro un intervallo specifico. Se la temperatura è troppo bassa, la massa fusa si plastifica poco, compromettendo la qualità del pezzo stampato e aumentando la difficoltà del processo. Se la temperatura è troppo elevata, la materia prima è soggetta a decomposizione. Nello stampaggio a iniezione vero e proprio, la temperatura di fusione è spesso superiore alla temperatura del cilindro. La differenza dipende dalla velocità di iniezione e dalle proprietà del materiale. Ciò è causato dall'elevato calore generato dal taglio mentre la massa fusa passa attraverso l'ugello di iniezione.
(5) Dimensioni del tiro
Nello stampaggio a iniezione, una dimensione ragionevole della dose determina l'impostazione di altri elementi dei parametri di processo. Durante il debug del processo del prodotto, il cuscino di fusione (dimensione rimanente dell'iniezione) deve essere impostato in modo tale che, una volta completato il riempimento del prodotto, la posizione della vite lasci un cuscino di circa 15-20 mm. Se è troppo vicino allo zero, la punta dell'anello di ritegno della vite si usurerà troppo rapidamente e non sarà possibile garantire la stabilità dimensionale del prodotto. Se il cuscino è troppo grande, un eccessivo residuo di fusione che rimane nella canna per troppo tempo può causare cambiamenti di colore nello scatto successivo e aumentare la probabilità di generazione di gas a causa della decomposizione della fusione dovuta a un tempo di permanenza prolungato.
Durante la plastificazione, la contropressione influisce direttamente sulla dimensione del getto. La contropressione si riferisce alla pressione che deve essere superata quando la vite si ritrae durante la preparazione della fusione. L'utilizzo di un'elevata contropressione è vantaggioso per la dispersione del colore e la fusione della plastica, aumentando la densità della massa fusa nel cilindro. Tuttavia prolunga anche il tempo di retrazione della vite (se supera il tempo di raffreddamento aumenta il ciclo di iniezione del prodotto). Se si aumenta la velocità di rotazione della vite, la vite può intrappolare l'aria proveniente dagli spazi tra i pellet di plastica compressi nella massa fusa all'interno del cilindro, che viene poi iniettata nella cavità dello stampo. Per i prodotti più spessi ciò aumenta corrispondentemente la probabilità che si formino bolle d'aria all'interno delle pareti e aumenta il carico di potenza della macchina ad iniezione. Pertanto, quando si plastificano materiali comuni, la contropressione dovrebbe essere inferiore, generalmente non superiore al 20% della pressione di iniezione, con una leggera bava di fusione sull'ugello che è l'ideale.
In sintesi, per migliorare la tecnologia dello stampaggio a iniezione, è necessario prima comprendere i principi e il processo dello stampaggio a iniezione. In secondo luogo, è necessario coordinare abilmente i cinque elementi chiave-pressione, tempo, velocità, temperatura e dimensione del getto-durante il debug del processo. Solo allora questi elementi potranno integrarsi a vicenda all'interno del processo, portando ai parametri di processo ottimali per il prodotto.