Серия моделирований технологических циклов, проведенных посредством программы Moldex3D, показала, что уменьшить линии спая на поверхности деталей из армированных волокном материалов, возможно при помощи добавления переливных колодцев.
Линии спая – один из широко распространенных дефектов изделий, полученных литьем под давлением, но не все знают, что армирование материала способствует усугублению этого дефекта. Может ли добавление переливного колодца смягчить такую закономерность? Чтобы выяснить это, Аманда Николсон из Moldex3D провела ряд исследований путем моделирования.
Цель данного исследования заключалась в том, чтобы оценить влияние на качество продукта, отлитого из полукристаллического стеклонаполненного термопласта, добавление отводного переливного колодца. В своем анализе Николсон отметила, что использование стекловолокна может усилить потерю механических свойств продуктом на линии спая, поскольку волокна существенно вытесняют полимерные цепи в расплаве, уменьшая возможность запутывания этих цепей, что собственно и придает прочности. Кроме того, на прочность зоны спая влияет и неравномерная ориентация волокон.
В исследовании были использованы три различных модели для имитации воздействия добавления переливного колодца (модель №3) для решения проблем линии спая, имеющейся у модели №2 и №3 из-за наличия двух литников. В качестве контрольного образца выступала модель №1 с одним литником.
В ходе исследования оценили нейлон-66 с 35% наполнением стекловолокном торговой марки Schulamid. В качестве детали для оценки выбрали три разные модели растяжимых стержней типа I по стандартам ASTM (Американского общества по испытанию материалов) толщиной 1/8 дюйма: с одной точкой впрыска снизу, с двумя точками впрыска (сверху и снизу), а также образец с двумя точками впрыска (сверху и снизу) плюс отводным переливным колодцем сбоку. Размер переливного колодца составляет 66,67% от толщины стенки, - и в этом случае переливной колодец был довольно большим по сравнению с самой деталью. Кроме того, для обеспечения достаточного потока через линию спая и возможности волокон к переориентации, увеличили и глубину самого переливного колодца до 9% от общего размера за исключением системы литников и каналов. Размер переливного колодца должен быть адаптирован для каждого продукта и может значительно различаться в зависимости от размера детали.
При моделировании трех вариантов конечная точка заполнения (EOF) располагалась в конце стержня на противоположной от точки впрыска стороне у первой модели; в центре стрежня у второй модели, где точки впрыска были на обоих концах и в переливном колодце в третьем варианте. Аманда Николсон отмечает, что расположение конечной точки заполнения именно в колодце играет важную роль, так как в этом случае материал будет продолжать течь через центр детали после первичного формирования линии спая. Такое заполнение, называемое «переливом», переориентирует стекловолокно, тем самым увеличивая поток по длине детали. «Если переливной колодец заполнится до того, как будет сформирована линия спая, то перелив не произойдет», — утверждает Николсон. Добавление переливного колодца может сместить положение линии спая, но в данном случае этого не произошло.
Индикатор движения частиц Particle Tracer от Moldex3D отображает длину течения частиц материала от точки впрыска или от линии спая.
При помощи функции индикации движения частиц Particle Tracer от Moldex3D Николсон смогла проверить работу «перелива». На второй модели была видно, что после образования линии спая длина потока частиц значительно сокращалась, а вот на третьей модели движение потока частиц через центр стержня в переливной колодец способствовало изменению ориентации волокон и более качественному переплетению полимерных цепей на линии спая, а также сопровождалось смешением вектора течения в сторону входа в переливной колодец.
На трех моделях Moldex3D показано влияние конструкции на ориентацию волокон на линии спая. Высокая степень ориентации наблюдается на третьей модели с переливным колодцем.
Анализ полученных результатов показал, что по сравнению с контрольной моделью №1 (с одной точкой впрыска и без линии спая) модель №2 показала значительное снижение упругости – примерно 35% – с 1 376 800 Psi до 898 593 Psi. Добавление отводного переливного колодца увеличило упругость в области линии спая до 1 155 520 Psi, что всего на 16% меньше, чем у контрольного образца.
Аманда Николсон заявляет, что цель исследования состояла в том, чтобы рассмотреть любую стеклонаполненную деталь, имеющую линии спая, независимо от того, являются ли эта линия результатом наличия нескольких литников, либо каких-либо отверстий или разницы в толщине стенки. «Идеальный вариант - это проектирование изделия без линий спая, — говорит Николсон, — но это не всегда реально».
Если все же переливной колодец является лучшим вариантом для конкретного изделия, то существует несколько способов его включения в деталь. «Лучшим сценарием было бы спроектировать его как элемент детали или поместить в невидовую, нефункциональную область, откуда его не нужно удалять», — говорит Николсон. Но даже если и требуется удаление, то это можно осуществить вручную, либо автоматически при помощи системы удаления литника.
Для тех случаев, когда применение переливного колодца невозможно, а другие методы, используемые для переориентации волокон на линии спая, включая увеличение температуры пресс-формы и самого расплава, не дают должного результата, есть еще ряд способов. К таким способам относятся изменение расположения точки впрыска, применение направляющих и ограничителей потока, а также каскадный впрыск с использованием клапанов запирания
Моделирование системой Moldex3D показало, что по сравнению с контрольным образцом с одной точкой впрыска, наилучшие результаты в области линии спая наблюдались у образца с добавленным переливным колодцем.
