Ένας ένοχος για προβλήματα συρρίκνωσης και στρέβλωσης

Παραμένουσα τάση είναι η πίεση που προκαλείται από τη διαδικασία, παγωμένη σε χυτά πλαστικά μέρη. Μπορεί να είναι είτε προκαλούμενη από ροή είτε από θερμότητα. Οι παραμένουσες τάσεις επηρεάζουν ένα τεμάχιο παρόμοια με τις εξωτερικά εφαρμοζόμενες τάσεις. Εάν είναι αρκετά ισχυρές ώστε να υπερνικήσουν τη δομική ακεραιότητα του εξαρτήματος, το εξάρτημα θα στρεβλωθεί κατά την εκτίναξη ή αργότερα θα ραγίσει, όταν εφαρμοστεί εξωτερικό φορτίο λειτουργίας. Οι παραμένουσες τάσεις είναι η κύρια αιτία συρρίκνωσης και στρέβλωσης του τεμαχίου. Οι συνθήκες διεργασίας και τα στοιχεία σχεδιασμού που μειώνουν τις διατμητικές τάσεις κατά την πλήρωση της κοιλότητας θα βοηθήσουν στη μείωση των υπολειμματικών τάσεων που προκαλούνται από τη ροή. Ομοίως, εκείνα που προάγουν την επαρκή συσκευασία και την ομοιόμορφη ψύξη καλουπιού θα μειώσει τις θερμικά προκαλούμενες υπολειμματικές τάσεις. Για υλικά με πλήρωση ινών, οι συνθήκες επεξεργασίας που προάγουν τις ομοιόμορφες μηχανικές ιδιότητες θα μειώσουν τις θερμικά επαγόμενες υπολειπόμενη τάση.

Υπολειμματική τάση που προκαλείται από τη ροή

Τα μη καταπονημένα μόρια πολυμερών μακράς αλυσίδας τείνουν να συμμορφώνονται σε μια κατάσταση ισορροπίας τυχαίας σπείρας σε θερμοκρασίες υψηλότερες από τη θερμοκρασία τήξης (δηλαδή σε κατάσταση τήξης). Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας τα μόρια προσανατολίζονται προς την κατεύθυνση της ροής, καθώς το πολυμερές διατμηθεί και επιμηκυνθεί. Εάν η στερεοποίηση λάβει χώρα πριν τα μόρια του πολυμερούς χαλαρώσουν πλήρως στην κατάσταση ισορροπίας τους, ο μοριακός προσανατολισμός κλειδώνεται εντός του χυτευμένο πλαστικό μέρος. Αυτός ο τύπος παγωμένης εντατικής κατάστασης αναφέρεται συχνά ως υπολειπόμενη τάση που προκαλείται από τη ροή. Λόγω του τεντωμένου μοριακού προσανατολισμού στη διεύθυνση της ροής, εισάγει ανισοτροπική, ανομοιόμορφη συρρίκνωση και μηχανικές ιδιότητες στις διευθύνσεις παράλληλες και κάθετες στη διεύθυνση της ροής.

Θέμα παραμόρφωσης

Κατεψυγμένος μοριακός προσανατολισμός

Λόγω του συνδυασμού της υψηλής διατμητικής τάσης και του υψηλού ρυθμού ψύξης δίπλα στο τοίχωμα του καλουπιού, υπάρχει ένα στρώμα με υψηλό προσανατολισμό που παγώνει αμέσως κάτω από την επιφάνεια του τεμαχίου. Αυτό απεικονίζεται στο σχήμα 1. Η επακόλουθη έκθεση ενός τεμαχίου με υψηλές παραμένουσες τάσεις ροής (ή παγωμένο προσανατολισμό) σε υψηλή θερμοκρασία μπορεί να επιτρέψει την ανακούφιση ορισμένων από τις τάσεις. Αυτό τυπικά οδηγεί σε συρρίκνωση και στρέβλωση του τεμαχίου. Λόγω της θερμομονωτικής επίδρασης των παγωμένων στρωμάτων, το πολυμερές τήγμα στον θερμό πυρήνα είναι σε θέση να χαλαρώσει σε μεγαλύτερο βαθμό, οδηγώντας σε μια ζώνη χαμηλού μοριακού προσανατολισμού. Κίνα προμηθευτής καλουπιών

ΣΧΗΜΑ 1. Η ανάπτυξη παραμενουσών τάσεων ροής λόγω του παγωμένου μοριακού προσανατολισμού κατά τα στάδια πλήρωσης και συσκευασίας.
(1) Ζώνη υψηλής ψύξης, διάτμησης και προσανατολισμού

(2) Ζώνη χαμηλής ψύξης, διάτμησης και προσανατολισμού

Μείωση της υπολειπόμενης τάσης που προκαλείται από τη ροή

Οι συνθήκες διεργασίας που μειώνουν τη διατμητική τάση στο τήγμα θα μειώσουν το επίπεδο των υπολειμματικών τάσεων που προκαλούνται από τη ροή. Σε γενικές γραμμές, οι υπολειμματικές τάσεις που προκαλούνται από τη ροή είναι κατά μία τάξη μεγέθους μικρότερες από τις υπολειμματικές τάσεις που προκαλούνται από τη θερμότητα.

• υψηλότερη θερμοκρασία τήξης
• υψηλότερη θερμοκρασία τοιχώματος καλουπιού
• μεγαλύτερος χρόνος πλήρωσης (χαμηλότερη ταχύτητα τήξης)
• μειωμένη πίεση συσκευασίας
• μικρότερη διαδρομή ροής.

 Θερμικά επαγόμενη υπολειμματική τάση

Οι θερμικά επαγόμενες παραμένουσες τάσεις εμφανίζονται για τους ακόλουθους λόγους:

• Το υλικό συρρικνώνεται καθώς η θερμοκρασία πέφτει από τις ρυθμίσεις της διεργασίας στις συνθήκες περιβάλλοντος που επιτυγχάνονται όταν ολοκληρωθεί η διεργασία.
• Τα υλικά στοιχεία βιώνουν διαφορετικές θερμικές-μηχανικές ιστορίες (π.χ. διαφορετικούς ρυθμούς ψύξης και πιέσεις συσκευασίας) καθώς το υλικό στερεοποιείται από το τοίχωμα του καλουπιού προς το κέντρο.
• Η μεταβολή της πίεσης, της θερμοκρασίας και του προσανατολισμού των μορίων και των ινών έχει ως αποτέλεσμα μεταβλητή πυκνότητα και μηχανικές ιδιότητες.
• Ορισμένοι περιορισμοί μούχλας εμποδίζουν την φορμαρισμένο μέρος από τη συρρίκνωση στις επίπεδες κατευθύνσεις.

Παράδειγμα ελεύθερης απόσβεσης

Συρρίκνωση υλικού κατά τη διάρκεια χύτευση με έγχυση μπορεί να καταδειχθεί εύκολα με ένα παράδειγμα ελεύθερης απόσβεσης, στο οποίο ένα μέρος της ομοιόμορφης θερμοκρασίας ξαφνικά παρεμβάλλεται από καλούπι ψυχρού δρομέα τοίχους. Κατά τα πρώτα στάδια ψύξης, όταν τα εξωτερικά επιφανειακά στρώματα ψύχονται και αρχίζουν να συρρικνώνονται, ο κύριος όγκος του πολυμερούς στον θερμό πυρήνα είναι ακόμα λιωμένος και ελεύθερος να συστέλλεται. Ωστόσο, καθώς ο εσωτερικός πυρήνας ψύχεται, η τοπική θερμική συστολή περιορίζεται από τα ήδη άκαμπτα εξωτερικά στρώματα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια τυπική κατάσταση κατανομής των τάσεων με τάση στον πυρήνα που εξισορροπείται από συμπίεση στα εξωτερικά στρώματα, όπως απεικονίζεται στο σχήμα 2 παρακάτω.

Προκύπτουν μεταβλητές παραμένουσες τάσεις και το τεμάχιο παραμορφώνεται καθώς στρώματα διαφορετικού παγωμένου ειδικού όγκου αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

Παραμένουσες τάσεις που προκαλούνται από τη διεργασία σε σχέση με τις παραμένουσες τάσεις εντός της κοιλότητας

Τα δεδομένα των υπολειμματικών τάσεων που προκαλούνται από τη διαδικασία είναι πολύ πιο χρήσιμα από ό,τι τα δεδομένα εντός της κοιλότητας υπολειπόμενη τάση δεδομένα για χύτευση προσομοίωση. Ακολουθούν οι ορισμοί των δύο όρων, καθώς και ένα παράδειγμα που δείχνει τη διαφορά μεταξύ τους.

Υπολειμματική τάση που προκαλείται από τη διαδικασία

Μετά την εκτίναξη του τεμαχίου, οι περιορισμοί από το κοιλότητα καλουπιού απελευθερώνονται και το τεμάχιο είναι ελεύθερο να συρρικνωθεί και να παραμορφωθεί. Αφού κατασταλάξει σε κατάσταση ισορροπίας, η εναπομένουσα τάση στο εσωτερικό του τεμαχίου ονομάζεται παραμένουσα τάση που προκαλείται από τη διαδικασία ή απλώς παραμένουσα τάση. Η επαγόμενη από τη διαδικασία παραμένουσα τάση μπορεί να είναι επαγόμενη από τη ροή ή θερμική, με τη δεύτερη να είναι η κυρίαρχη συνιστώσα.

Παραμένουσα τάση εντός της κοιλότητας

Ενώ το τεμάχιο εξακολουθεί να περιορίζεται στην κοιλότητα του καλουπιού, η εσωτερική τάση που συσσωρεύεται κατά τη στερεοποίηση αναφέρεται ως παραμένουσα τάση εντός της κοιλότητας. Αυτή η παραμένουσα τάση εντός της κοιλότητας είναι η δύναμη που οδηγεί στη συρρίκνωση και την παραμόρφωση του τεμαχίου μετά την εκτόξευση.

Παράδειγμα

Το συρρίκνωση κατανομή που περιγράφεται στην ενότητα Η στρέβλωση λόγω διαφορικής συρρίκνωσης οδηγεί σε ένα προφίλ υπολειπόμενων τάσεων που προκαλείται από τη θερμική καταπόνηση για ένα εκτοξευόμενο τεμάχιο, όπως φαίνεται στο σχήμα κάτω αριστερά παρακάτω. Το προφίλ τάσεων στο πάνω αριστερό σχήμα είναι η παραμένουσα τάση εντός της κοιλότητας, στην οποία η φορμαρισμένο μέρος παραμένει περιορισμένο εντός του καλουπιού πριν από την εκτίναξη. Μόλις το τεμάχιο εκτοξευθεί και απελευθερωθεί η περιορισμένη δύναμη από το καλούπι, το τεμάχιο θα συρρικνωθεί και θα στρεβλωθεί για να απελευθερώσει την ενσωματωμένη υπολειπόμενη τάση (γενικά εφελκυστική τάση, όπως φαίνεται) και να φτάσει σε κατάσταση ισορροπίας. Η κατάσταση ισορροπίας σημαίνει ότι δεν ασκείται καμία εξωτερική δύναμη στο τεμάχιο και οι εφελκυστικές και θλιπτικές τάσεις στη διατομή του τεμαχίου θα πρέπει να εξισορροπούνται μεταξύ τους. Τα σχήματα στη δεξιά πλευρά αντιστοιχούν στην περίπτωση με ανομοιόμορφη ψύξη σε όλο το πάχος του τεμαχίου και, ως εκ τούτου, προκαλείται ασύμμετρη κατανομή των παραμενουσών τάσεων.

Προφίλ παραμένουσας τάσης εντός της κοιλότητας (επάνω) έναντι προφίλ παραμένουσας τάσης που προκαλείται από τη διαδικασία και σχήμα του τεμαχίου μετά την εκτίναξη (κάτω).

Μείωση των θερμικών υπολειμματικών τάσεων

Συνθήκες που οδηγούν σε επαρκή συσκευασία και πιο ομοιόμορφες θερμοκρασίες τοιχώματος καλουπιού θα μειώσουν τις θερμικά επαγόμενες παραμένουσες τάσεις. Αυτές περιλαμβάνουν:
- Κατάλληλη πίεση και διάρκεια συσκευασίας
- Ομοιόμορφη ψύξη όλων των επιφανειών του εξαρτήματος
- Ομοιόμορφο πάχος τοιχωμάτων