En synder i problemer med krympning og skævvridning

Restspænding er procesinduceret stress, fastfrosset i Støbte plastdele. Den kan enten være flow-induceret eller termisk induceret. Restspændinger påvirker en del på samme måde som eksternt påførte spændinger. Hvis de er stærke nok til at overvinde emnets strukturelle integritet, vil emnet vride sig ved udstødning eller senere revne, når der påføres ekstern belastning. Restspændinger er hovedårsagen til emnets krympning og forvridning. De procesbetingelser og designelementer, der reducerer forskydningsspændingen under fyldning af hulrummet, vil hjælpe med at reducere flowinduceret restspænding. Ligeledes vil de, der fremmer tilstrækkelig pakning og ensartet køling af formen vil reducere varmeinduceret restspænding. For fiberfyldte materialer vil de procesbetingelser, der fremmer ensartede mekaniske egenskaber, reducere varmeinduceret Restspænding.

Flow-induceret restspænding

Ubelastede, langkædede polymermolekyler har en tendens til at tilpasse sig en ligevægtstilstand med tilfældige spoler ved temperaturer, der er højere end smeltetemperaturen (dvs. i smeltet tilstand). Under bearbejdningen orienterer molekylerne sig i strømningsretningen, når polymeren forskydes og forlænges. Hvis størkningen sker, før polymermolekylerne er helt afslappede til deres ligevægtstilstand, er molekylær orientering låst inden for Støbt plastdel. Denne type indfrosset spændingstilstand kaldes ofte for strømningsinduceret restspænding. På grund af den strakte molekylære orientering i strømningsretningen introducerer den anisotropisk, uensartet svind og mekaniske egenskaber i retningerne parallelt og vinkelret på strømningsretningen.

Indfrosset molekylær orientering

På grund af en kombination af høj forskydningsspænding og en høj afkølingshastighed ved siden af formvæggen er der et stærkt orienteret lag, der er frosset umiddelbart under emnets overflade. Dette er illustreret i figur 1. Når et emne med høje reststrømningsspændinger (eller fastfrosset orientering) efterfølgende udsættes for høj temperatur, kan nogle af spændingerne slippe op. Dette resulterer typisk i krympning og skævvridning af emnet. På grund af de frosne lags varmeisolerende effekt kan polymersmelten i den varme kerne slappe af i højere grad, hvilket fører til en zone med lav molekylær orientering. Leverandør af støbeforme i Kina

FIGUR 1. Udviklingen af reststrømningsspændinger på grund af fastfrosset molekylær orientering under påfyldnings- og pakningsfaserne.
(1) Zone med høj afkøling, forskydning og orientering

(2) Zone med lav afkøling, forskydning og orientering

Reduktion af flow-induceret restspænding

Procesbetingelser, der reducerer forskydningsspændingen i smelten, vil reducere niveauet af flowinduceret restspænding. Generelt er flowinduceret restspænding en størrelsesorden mindre end den termisk inducerede restspænding.

• højere smeltetemperatur
• højere temperatur på formvæggen
• længere fyldetid (lavere smeltehastighed)
• nedsat pakningstryk
• kortere flowvej.

 Termisk induceret restspænding

Termisk induceret restspænding opstår af følgende årsager:

• Materialet krymper, når temperaturen falder fra procesindstillingerne til de omgivende forhold, der nås, når processen er færdig.
• Materialeelementerne oplever forskellige termisk-mekaniske forløb (f.eks. forskellige kølehastigheder og pakningstryk), når materialet størkner fra formvæggen til midten.
• Ændret tryk, temperatur og molekylær- og fiberorientering resulterer i varierende tæthed og mekaniske egenskaber.
• Visse skimmelbegrænsninger forhindrer Støbt del fra at skrumpe i de plane retninger.

Eksempel på fri slukning

Materialekrympning under sprøjtestøbning kan nemt demonstreres med et eksempel på fri slukning, hvor en del af den ensartede temperatur pludselig er klemt inde mellem koldkanalsform vægge. I de tidlige afkølingsfaser, når de ydre overfladelag afkøles og begynder at skrumpe, er størstedelen af polymeren i den varme kerne stadig smeltet og kan frit trække sig sammen. Men når den indre kerne afkøles, begrænses den lokale termiske sammentrækning af de allerede stive ydre lag. Dette resulterer i en typisk spændingsfordeling med spænding i kernen, der afbalanceres af kompression i de ydre lag, som illustreret i figur 2 nedenfor.

Der opstår variable restspændinger, og emnet deformeres, når lag med forskelligt frosset specifikt volumen interagerer med hinanden.

Procesinduceret vs. restspænding i hulrummet

Procesinducerede restspændingsdata er meget mere nyttige end data i hulrummet. Restspænding data for Støbning simulering. Her følger definitioner af de to begreber sammen med et eksempel, der illustrerer forskellen mellem dem.

Procesinduceret restspænding

Efter udstødning af dele er begrænsningerne fra Formhulrum frigives, og emnet kan frit krympe og deformeres. Når den har indstillet sig på en ligevægtstilstand, kaldes den resterende spænding inde i emnet for procesinduceret restspænding eller blot restspænding. Procesinduceret restspænding kan være flowinduceret eller termisk induceret, hvor sidstnævnte er den dominerende komponent.

Restspænding i hulrummet

Mens emnet stadig er begrænset i formhulrummet, kaldes den indre spænding, der akkumuleres under størkningen, for restspænding i hulrummet. Denne restspænding i hulrummet er den kraft, der driver krympning og skævvridning af emnet efter udstødning.

Eksempel

Den svind fordeling beskrevet i Forvridning på grund af differentieret krympning fører til en termisk induceret restspændingsprofil for en udstødt del, som vist i figuren nederst til venstre nedenfor. Spændingsprofilen i figuren øverst til venstre er restspændingen i hulrummet, hvor Støbt del forbliver fastholdt i formen før udstødning. Når emnet er stødt ud, og den begrænsede kraft fra formen er frigivet, vil emnet krympe og vride sig for at frigive den indbyggede restspænding (generelt trækspænding, som vist) og nå en ligevægtstilstand. Ligevægtstilstanden betyder, at der ikke er nogen ydre kraft på emnet, og at træk- og trykspændingerne over emnets tværsnit bør være i balance med hinanden. Figurerne til højre svarer til tilfældet med en uensartet afkøling på tværs af emnets tykkelse og dermed en asymmetrisk fordeling af restspændinger.

Restspændingsprofil i hulrummet (øverst) vs. procesinduceret restspændingsprofil og emneform efter udstødning (nederst).

Reduktion af varmeinduceret restspænding

Forhold, der fører til tilstrækkelig pakning og mere ensartede form-væg-temperaturer, vil reducere de varmeinducerede restspændinger. Disse omfatter:
- Korrekt pakketryk og varighed
- Ensartet køling af alle overflader på emnet
- Ensartet tykkelse på vægsektionen