Ein Verursacher von Problemen mit Schrumpfung und Verzug

Eigenspannung ist prozessinduzierter Stress, eingefroren in Kunststoff-Formteile. Sie können entweder fließbedingt oder thermisch bedingt sein. Eigenspannungen wirken sich auf ein Teil ähnlich aus wie von außen einwirkende Spannungen. Wenn sie stark genug sind, um die strukturelle Integrität des Teils zu überwinden, verformt sich das Teil beim Auswerfen oder reißt später, wenn eine externe Betriebslast aufgebracht wird. Eigenspannungen sind die Hauptursache für die Schrumpfung und den Verzug eines Teils. Die Prozessbedingungen und Konstruktionselemente, die die Scherspannung während der Hohlraumfüllung verringern, tragen dazu bei, fließbedingte Eigenspannungen zu reduzieren. Ebenso sind solche, die eine ausreichende Packung und gleichmäßige Formkühlung reduziert die thermisch induzierte Eigenspannung. Bei fasergefüllten Materialien werden die Prozessbedingungen, die gleichmäßige mechanische Eigenschaften fördern, die thermisch induzierten Eigenspannung.

Strömungsinduzierte Eigenspannung

Ungespannte, langkettige Polymermoleküle neigen dazu, bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur (d. h. im geschmolzenen Zustand) einen Gleichgewichtszustand mit zufälligen Windungen einzunehmen. Während der Verarbeitung orientieren sich die Moleküle in Fließrichtung, da das Polymer geschert und gedehnt wird. Wenn die Erstarrung eintritt, bevor die Polymermoleküle vollständig in ihren Gleichgewichtszustand entspannt sind, wird die Molekülorientierung innerhalb der Kunststoff-Formteil. Diese Art von eingefrorenem Spannungszustand wird oft als fließinduzierte Eigenspannung bezeichnet. Aufgrund der gestreckten molekularen Orientierung in Fließrichtung führt dies zu anisotropen, ungleichmäßigen Schwindungs- und mechanischen Eigenschaften in den Richtungen parallel und senkrecht zur Fließrichtung.

Verformungsproblem

Eingefrorene molekulare Orientierung

Aufgrund einer Kombination aus hoher Scherbeanspruchung und hoher Abkühlungsgeschwindigkeit in der Nähe der Formwand entsteht unmittelbar unter der Oberfläche des Teils eine hochorientierte Schicht, die gefroren ist. Dies ist in Abbildung 1 dargestellt. Wenn ein Teil mit hohen Fließeigenspannungen (oder eingefrorener Orientierung) anschließend einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, können sich einige der Spannungen abbauen. Dies führt in der Regel zu einer Schrumpfung und einem Verzug des Teils. Aufgrund der wärmeisolierenden Wirkung der eingefrorenen Schichten kann sich die Polymerschmelze im heißen Kern stärker entspannen, was zu einer Zone mit niedriger molekularer Orientierung führt. China Formenlieferant

ABBILDUNG 1. Die Entwicklung von Fließeigenspannungen aufgrund der eingefrorenen molekularen Orientierung während der Füll- und Packphasen.
(1) Zone mit starker Abkühlung, Scherung und Orientierung

(2) Zone mit geringer Abkühlung, Scherung und Orientierung

Verringerung der fließbedingten Eigenspannung

Prozessbedingungen, die die Scherspannung in der Schmelze reduzieren, verringern die Höhe der fließinduzierten Eigenspannungen. Im Allgemeinen ist die fließinduzierte Eigenspannung um eine Größenordnung geringer als die thermisch induzierte Eigenspannung.

• höhere Schmelztemperatur
• höhere Werkzeugwandtemperatur
• längere Füllzeit (geringere Schmelzgeschwindigkeit)
• verminderter Packungsdruck
• kürzerer Fließweg.

 Thermisch induzierte Eigenspannung

Thermisch induzierte Eigenspannungen treten aus folgenden Gründen auf:

• Das Material schrumpft, wenn die Temperatur von den Prozesseinstellungen auf die nach Abschluss des Prozesses erreichten Umgebungsbedingungen sinkt.
• Die Materialelemente erfahren unterschiedliche thermisch-mechanische Verläufe (z. B. unterschiedliche Abkühlungsraten und Packungsdrücke), wenn das Material von der Formwand zum Zentrum hin erstarrt.
• Wechselnder Druck, Temperatur sowie Molekül- und Faserorientierung führen zu unterschiedlichen Dichten und mechanischen Eigenschaften.
• Bestimmte Formzwänge verhindern, dass die Formteil von der Schrumpfung in den flächigen Richtungen.

Beispiel für freies Abschrecken

Schrumpfung des Materials während Spritzgießen lässt sich bequem anhand eines Beispiels für freies Abschrecken veranschaulichen, bei dem ein Teil der gleichmäßigen Temperatur plötzlich von einem anderen Teil überlagert wird. Kaltkanalform Wände. Während der frühen Abkühlungsphasen, wenn die äußeren Oberflächenschichten abkühlen und zu schrumpfen beginnen, ist der Großteil des Polymers im heißen Kern noch geschmolzen und kann sich frei zusammenziehen. Wenn jedoch der innere Kern abkühlt, wird die lokale thermische Kontraktion durch die bereits starren äußeren Schichten eingeschränkt. Dies führt zu einer typischen Spannungsverteilung, bei der die Spannung im Kern durch die Kompression in den äußeren Schichten ausgeglichen wird, wie in Abbildung 2 unten dargestellt.

Es entstehen unterschiedliche Eigenspannungen, und das Teil verformt sich, wenn Schichten mit unterschiedlichem, eingefrorenem spezifischem Volumen miteinander interagieren.

Prozessbedingte Eigenspannung vs. Eigenspannung im Hohlraum

Prozessinduzierte Eigenspannungsdaten sind viel nützlicher als Daten aus der Kavität Eigenspannung Daten für Formen Simulation. Im Folgenden finden Sie Definitionen der beiden Begriffe sowie ein Beispiel, das den Unterschied zwischen ihnen verdeutlicht.

Prozessinduzierte Eigenspannung

Nach dem Auswerfen der Teile werden die Zwänge der Formhohlraum werden abgebaut, und das Teil kann sich frei schrumpfen und verformen. Nachdem sich ein Gleichgewichtszustand eingestellt hat, wird die verbleibende Spannung im Inneren des Teils als prozessinduzierte Eigenspannung oder einfach als Eigenspannung bezeichnet. Prozessinduzierte Eigenspannungen können fließbedingt oder thermisch induziert sein, wobei letztere die dominierende Komponente darstellen.

Eigenspannung im Hohlraum

Während das Teil noch im Formhohlraum eingespannt ist, wird die Eigenspannung, die sich während der Erstarrung aufbaut, als Eigenspannung im Formhohlraum bezeichnet. Diese Eigenspannung im Formhohlraum ist die Kraft, die die Schrumpfung und den Verzug des Teils nach dem Auswerfen verursacht.

Beispiel

Die Schrumpfung Die in Verzug durch differentielle Schrumpfung beschriebene Verteilung führt zu einem thermisch induzierten Eigenspannungsprofil für ein ausgeworfenes Teil, wie in der Abbildung unten links dargestellt. Das Spannungsprofil in der oberen linken Abbildung ist die Eigenspannung im Hohlraum, bei der die Formteil bleibt vor dem Auswerfen in der Form eingespannt. Sobald das Teil ausgeworfen und die Zwangskraft aus der Form freigesetzt wird, schrumpft und verformt sich das Teil, um die eingebaute Eigenspannung (im Allgemeinen Zugspannung, wie dargestellt) abzubauen und einen Gleichgewichtszustand zu erreichen. Der Gleichgewichtszustand bedeutet, dass keine äußere Kraft auf das Teil einwirkt und dass sich die Zug- und Druckspannungen über den Teilquerschnitt die Waage halten sollten. Die Abbildungen auf der rechten Seite entsprechen dem Fall einer ungleichmäßigen Abkühlung über die Bauteildicke und damit einer asymmetrischen Eigenspannungsverteilung.

Eigenspannungsprofil in der Kavität (oben) im Vergleich zum prozessinduzierten Eigenspannungsprofil und der Teileform nach dem Auswerfen (unten).

Reduzierung der thermisch bedingten Eigenspannung

Bedingungen, die zu einer ausreichenden Packung und gleichmäßigeren Formwandtemperaturen führen, verringern die thermisch bedingten Eigenspannungen. Dazu gehören:
- Richtiger Packungsdruck und Dauer
- Gleichmäßige Kühlung aller Oberflächen des Werkstücks
- Einheitliche Wandstärke