Viník problémů se smršťováním a deformacemi

Zbytkové napětí je stres vyvolaný procesem, zmrazený v lisované plastové díly. Může být způsobena průtokem nebo teplem. Zbytková napětí působí na součást podobně jako vnější napětí. Pokud jsou dostatečně silná, aby překonala strukturální integritu dílu, dojde při vysunutí dílu k jeho deformaci nebo později k prasknutí, když na něj působí vnější provozní zatížení. Zbytková napětí jsou hlavní příčinou smršťování a deformací dílů. Procesní podmínky a konstrukční prvky, které snižují smykové napětí při plnění dutiny, pomohou snížit zbytková napětí vyvolaná prouděním. Stejně tak ty, které podporují dostatečné nabalování a rovnoměrné chlazení formy sníží tepelně indukované zbytkové napětí. V případě materiálů plněných vlákny sníží tepelně indukované mechanické vlastnosti ty procesní podmínky, které podporují rovnoměrné mechanické vlastnosti. zbytkové napětí.

Zbytkové napětí vyvolané prouděním

Nenapjaté molekuly polymerů s dlouhým řetězcem mají tendenci se při teplotách vyšších než teplota taveniny (tj. v roztaveném stavu) přizpůsobit rovnovážnému stavu náhodného závitu. Během zpracování se molekuly orientují ve směru toku, protože polymer se střihá a prodlužuje. Pokud dojde k tuhnutí před úplným uvolněním molekul polymeru do rovnovážného stavu, je orientace molekul uzamčena uvnitř polymeru. lisovaný plastový díl. Tento typ zamrzlého napjatého stavu se často označuje jako zbytkové napětí vyvolané prouděním. Vzhledem k roztažené orientaci molekul ve směru toku dochází k anizotropnímu, nerovnoměrnému smršťování a mechanickým vlastnostem ve směrech rovnoběžných a kolmých na směr toku.

Problém deformace

Zamrzlá molekulární orientace

V důsledku kombinace vysokého smykového napětí a vysoké rychlosti chlazení v blízkosti stěny formy vzniká bezprostředně pod povrchem dílu vysoce orientovaná vrstva zmrzlé hmoty. To je znázorněno na obrázku 1. Následné vystavení dílu s vysokými zbytkovými napětími v toku (nebo se zamrzlou orientací) vysoké teplotě může umožnit uvolnění některých napětí. To má obvykle za následek smrštění a deformaci dílu. Díky tepelně izolačnímu účinku zmrzlých vrstev může polymerní tavenina v horkém jádře ve větší míře relaxovat, což vede ke vzniku zóny s nízkou molekulární orientací. Dodavatel forem v Číně

OBRÁZEK 1. Vývoj zbytkových napětí při toku v důsledku zamrzlé orientace molekul během fáze plnění a balení.
(1) Zóna vysokého chlazení, smyku a orientace

(2) Zóna nízkého chlazení, smyku a orientace

Snížení zbytkového napětí vyvolaného průtokem

Procesní podmínky, které snižují smykové napětí v tavenině, snižují úroveň zbytkových napětí vyvolaných prouděním. Obecně je zbytkové napětí vyvolané prouděním o jeden řád menší než zbytkové napětí vyvolané teplem.

• vyšší teplota tání
• vyšší teplota stěn formy
• delší doba plnění (nižší rychlost tání).
• snížený tlak v ucpávce
• kratší průtoková cesta.

 Tepelně indukované zbytkové napětí

Tepelně indukované zbytkové napětí vzniká z následujících důvodů:

• Materiál se smršťuje při poklesu teploty z procesního nastavení na okolní podmínky dosažené po dokončení procesu.
• Při tuhnutí materiálu od stěny formy směrem do středu dochází k rozdílným tepelně-mechanickým dějům (např. rozdílné rychlosti ochlazování a tlakům při tuhnutí).
• Změna tlaku, teploty a orientace molekul a vláken vede k proměnlivé hustotě a mechanickým vlastnostem.
• Určitá omezení formy brání výlisek před smršťováním v rovinných směrech.

Příklad volného hašení

Smršťování materiálu během vstřikování plastů lze vhodně demonstrovat na příkladu volného ochlazení, kdy je část rovnoměrné teploty náhle sevřena studená forma stěny. Během raných fází chlazení, kdy se vnější povrchové vrstvy ochlazují a začínají se smršťovat, je většina polymeru v horkém jádře stále roztavená a může se smršťovat. Jak se však vnitřní jádro ochlazuje, je místní tepelná kontrakce omezena již tuhými vnějšími vrstvami. Výsledkem je typický stav rozložení napětí s tahem v jádře vyváženým tlakem ve vnějších vrstvách, jak je znázorněno na obrázku 2 níže.

Vznikají proměnná zbytková napětí a díl se deformuje, protože na sebe vzájemně působí vrstvy s různým specifickým objemem zmrazeného materiálu.

Zbytkové napětí vyvolané procesem vs. zbytkové napětí v dutině

Údaje o zbytkovém napětí vyvolaném procesem jsou mnohem užitečnější než údaje o napětí v dutině. zbytkové napětí údaje pro lisování simulace. Následují definice těchto dvou pojmů a příklad, který ilustruje rozdíl mezi nimi.

Zbytkové napětí vyvolané procesem

Po vysunutí dílu se omezení z dutina formy se uvolní a díl se může volně smršťovat a deformovat. Po ustálení do rovnovážného stavu se zbývající napětí uvnitř dílu nazývá zbytkové napětí vyvolané procesem nebo jednoduše zbytkové napětí. Zbytkové napětí vyvolané procesem může být vyvolané prouděním nebo teplem, přičemž dominantní složkou je tepelné napětí.

Zbytkové napětí v dutině

Zatímco je díl stále omezen v dutině formy, vnitřní napětí, které vzniká během tuhnutí, se označuje jako zbytkové napětí v dutině. Toto zbytkové napětí v dutině je silou, která způsobuje smršťování a deformace dílu po vstřikování.

Příklad

Na stránkách smršťování Rozložení popsané v kapitole Deformace v důsledku diferenciálního smršťování vede k tepelně indukovanému profilu zbytkového napětí u vysunutého dílu, jak je znázorněno na obrázku vlevo dole. Profil napětí na levém horním obrázku je zbytkové napětí v dutině, ve které se výlisek před vyhozením zůstává ve formě omezena. Po vyhození dílu a uvolnění omezující síly z formy se díl smrští a deformuje, aby se uvolnilo zabudované zbytkové napětí (zpravidla tahové, jak je znázorněno na obrázku) a dosáhl rovnovážného stavu. Rovnovážný stav znamená, že na díl nepůsobí žádná vnější síla a tahová a tlaková napětí v průřezu dílu by se měla vzájemně vyrovnat. Obrázky na pravé straně odpovídají případu, kdy dochází k nerovnoměrnému ochlazování po celé tloušťce dílu, a tím k asymetrickému rozložení zbytkového napětí.

Profil zbytkového napětí v dutině (nahoře) vs. profil zbytkového napětí vyvolaného procesem a tvar dílu po vysunutí (dole).

Snížení zbytkového napětí způsobeného teplem

Podmínky, které vedou k dostatečnému zaplnění a rovnoměrnější teplotě stěn formy, sníží tepelně indukované zbytkové napětí. Patří mezi ně:
- Správný tlak a doba trvání ucpávky
- Rovnoměrné chlazení všech povrchů dílu
- Jednotná tloušťka stěny