En av årsakene til problemer med krymping og skjevhet

Restspenning er prosessindusert stress, frosset i støpte plastdeler. De kan enten være strømningsinduserte eller termisk induserte. Restspenninger påvirker en del på samme måte som ytre påførte spenninger. Hvis de er sterke nok til å overvinne den strukturelle integriteten til delen, vil delen fordreie seg ved utstøting, eller senere sprekke når den utsettes for ekstern belastning. Restspenninger er hovedårsaken til krymping og deformasjon. Prosessbetingelser og konstruksjonselementer som reduserer skjærspenningen under fylling av hulrommet, vil bidra til å redusere flytindusert restspenning. På samme måte vil de som fremmer tilstrekkelig pakking og jevn formkjøling vil redusere termisk indusert restspenning. For fiberfylte materialer vil prosessbetingelser som fremmer ensartede mekaniske egenskaper, redusere termisk induserte restspenning.

Strømningsindusert restspenning

Langkjedede polymermolekyler i ubelastet tilstand har en tendens til å tilpasse seg en tilfeldig spiralformet likevektstilstand ved temperaturer som er høyere enn smeltetemperaturen (dvs. i smeltet tilstand). Under bearbeiding orienterer molekylene seg i strømningsretningen, ettersom polymeren skjæres og forlenges. Hvis størkningen skjer før polymermolekylene er helt avslappet til likevektstilstanden, låses molekylorienteringen fast i støpt plastdel. Denne typen innfrosset spenningstilstand omtales ofte som strømningsindusert restspenning. På grunn av den strakte molekylorienteringen i strømningsretningen gir den anisotrop, uensartet krymping og mekaniske egenskaper i retninger parallelt med og vinkelrett på strømningsretningen.

Problem med deformasjon

Innfrosset molekylær orientering

På grunn av en kombinasjon av høy skjærspenning og høy avkjølingshastighet ved siden av formveggen, er det et sterkt orientert lag som er frosset rett under emneoverflaten. Dette er illustrert i figur 1. Når en del med høye reststrømningsspenninger (eller fastfrosset orientering) utsettes for høy temperatur, kan det føre til at noen av disse spenningene frigjøres. Dette resulterer vanligvis i krymping og skjevhet. På grunn av den varmeisolerende effekten av de frosne lagene kan polymersmelten i den varme kjernen slappe av i større grad, noe som fører til en sone med lav molekylær orientering. Kina mold leverandør

FIGUR 1. Utviklingen av reststrømningsspenninger på grunn av innfrosset molekylær orientering under fyllings- og pakkingstrinnene.
(1) Sone med høy avkjøling, skjær og orientering

(2) Sone med lav kjøling, skjær og orientering

Reduserer flytindusert restspenning

Prosessbetingelser som reduserer skjærspenningen i smelten, vil redusere nivået av strømningsinduserte restspenninger. Generelt er strømningsindusert restspenning en størrelsesorden mindre enn den termisk induserte restspenningen.

• høyere smeltetemperatur
• høyere temperatur på formveggen
• lengre fyllingstid (lavere smeltehastighet)
• redusert pakningstrykk
• kortere strømningsvei.

 Termisk indusert restspenning

Termisk indusert restspenning oppstår av følgende årsaker:

• Materialet krymper når temperaturen synker fra prosessinnstillingene til omgivelsestemperaturen som oppnås når prosessen er ferdig.
• Materialelementene opplever ulike termisk-mekaniske forløp (f.eks. ulike kjølehastigheter og pakkingstrykk) etter hvert som materialet størkner fra formveggen og inn mot midten.
• Endringer i trykk, temperatur, molekyl- og fiberorientering fører til varierende tetthet og mekaniske egenskaper.
• Visse muggbegrensninger forhindrer støpt del fra å krympe i de plane retningene.

Eksempel på fri slokking

Materialkrymping i løpet av sprøytestøping kan enkelt demonstreres med et eksempel på fri slokking, der en del av den jevne temperaturen plutselig blir klemt mellom kaldkanalform vegger. I de tidlige avkjølingsfasene, når de ytre overflatelagene avkjøles og begynner å krympe, er hoveddelen av polymeren i den varme kjernen fortsatt smeltet og kan trekke seg sammen. Etter hvert som den indre kjernen kjøles ned, begrenses imidlertid den lokale termiske sammentrekningen av de allerede stive ytre lagene. Dette resulterer i en typisk spenningsfordeling med spenning i kjernen som balanseres av kompresjon i de ytre lagene, som illustrert i figur 2 nedenfor.

Det oppstår varierende restspenninger, og delen deformeres når lag med ulikt innfrosset spesifikt volum interagerer med hverandre

Prosessindusert restspenning kontra restspenning i hulrommet

Prosessinduserte restspenningsdata er mye mer nyttige enn data fra hulrommet restspenning data for støping simulering. Nedenfor følger definisjoner av de to begrepene, sammen med et eksempel som illustrerer forskjellen mellom dem.

Prosessindusert restspenning

Etter utstøting av deler, vil begrensningene fra formhulrom frigjøres, og delen kan krympe og deformeres fritt. Etter at den har innstilt seg i en likevektstilstand, kalles den gjenværende spenningen inne i delen for prosessindusert restspenning, eller bare restspenning. Prosessindusert restspenning kan være strømningsindusert eller termisk indusert, der sistnevnte er den dominerende komponenten.

Restspenning i hulrommet

Mens delen fortsatt er innesperret i formhulen, oppstår det en indre spenning som kalles restspenning i hulrommet. Denne restspenningen i hulrommet er den kraften som fører til krymping og skjevhet etter utstøping.

Eksempel

Den krymping fordelingen som er beskrevet i Warpage på grunn av differensiell krymping, fører til en termisk indusert restspenningsprofil for en utstøpt del, som vist i figuren nederst til venstre nedenfor. Spenningsprofilen i figuren øverst til venstre er restspenningen i hulrommet, der støpt del forblir fastholdt i formen før utstøting. Når delen støpes ut og den begrensede kraften fra formen frigjøres, vil delen krympe og vri seg for å frigjøre den innebygde restspenningen (vanligvis strekkspenning, som vist) og nå en likevektstilstand. Likevektstilstanden betyr at det ikke er noen ytre kraft som virker på delen, og at strekk- og trykkspenningene over delens tverrsnitt skal balansere med hverandre. Figurene på høyre side tilsvarer tilfellet med en ujevn avkjøling over hele godstykkelsen, noe som fører til en asymmetrisk fordeling av restspenningene.

Restspenningsprofil i hulrommet (øverst) vs. prosessindusert restspenningsprofil og delform etter utstøting (nederst).

Reduserer termisk indusert restspenning

Forhold som fører til tilstrekkelig pakking og jevnere temperaturer i formveggen, vil redusere de varmeinduserte restspenningene. Disse inkluderer:
- Riktig pakketrykk og varighet
- Jevn kjøling av alle overflater på delen
- Ensartet tykkelse på veggseksjonen