Un vinovat în problemele de contracție și deformare

Tensiune reziduală este stresul indus de proces, înghețat în piese din plastic turnat. Acestea pot fi induse de curgere sau termice. Tensiunile reziduale afectează o piesă la fel ca tensiunile aplicate din exterior. Dacă acestea sunt suficient de puternice pentru a depăși integritatea structurală a piesei, aceasta se va deforma la ejectare sau se va fisura ulterior, atunci când se aplică o sarcină de serviciu externă. Tensiunile reziduale sunt principala cauză a contracției și deformării piesei. Condițiile de proces și elementele de proiectare care reduc tensiunea de forfecare în timpul umplerii cavității vor contribui la reducerea tensiunii reziduale induse de curgere. De asemenea, elementele care favorizează o compactare suficientă și uniformă răcirea matriței vor reduce tensiunile reziduale induse termic. Pentru materialele umplute cu fibre, acele condiții de proces care promovează proprietăți mecanice uniforme vor reduce tensiunile reziduale induse termic. stres rezidual.

Tensiuni reziduale induse de curgere

Moleculele polimerului cu lanț lung, netensionate, tind să se conformeze unei stări de echilibru de bobinare aleatorie la temperaturi mai mari decât temperatura de topire (adică în stare topită). În timpul prelucrării, moleculele se orientează în direcția de curgere, polimerul fiind forfecat și alungit. Dacă solidificarea are loc înainte ca moleculele polimerului să se relaxeze complet în starea lor de echilibru, orientarea moleculară este blocată în piesă din plastic turnat. Acest tip de stare de tensiune înghețată este adesea denumit tensiune reziduală indusă de curgere. Din cauza orientării moleculare întinse în direcția de curgere, aceasta introduce o contracție și proprietăți mecanice anizotrope și neuniforme în direcțiile paralele și perpendiculare pe direcția de curgere.

Problema deformării

Orientare moleculară înghețată

Datorită unei combinații de tensiuni de forfecare ridicate și a unei viteze de răcire ridicate în apropierea peretelui matriței, există un strat foarte orientat înghețat imediat sub suprafața piesei. Acest lucru este ilustrat în figura 1. Expunerea ulterioară a unei piese cu tensiuni de curgere reziduale ridicate (sau orientare înghețată) la temperaturi ridicate poate permite atenuarea unora dintre tensiuni. Acest lucru duce de obicei la contracția și deformarea piesei. Datorită efectului de izolare termică al straturilor înghețate, polimerul topit în miezul fierbinte se poate relaxa la un grad mai ridicat, ceea ce duce la o zonă cu orientare moleculară scăzută. Furnizor de matrițe din China

FIGURA 1. Dezvoltarea tensiunilor de curgere reziduale datorate orientării moleculare înghețate în timpul etapelor de umplere și ambalare.
(1) Zona de răcire, forfecare și orientare ridicată

(2) Zona de răcire, forfecare și orientare redusă

Reducerea stresului rezidual indus de curgere

Condițiile de proces care reduc tensiunea de forfecare în topitură vor reduce nivelul tensiunilor reziduale induse de curgere. În general, tensiunea reziduală indusă de curgere este cu un ordin de mărime mai mică decât tensiunea reziduală indusă termic.

• temperatură de topire mai ridicată
• temperatură mai ridicată a peretelui matriței
• timp de umplere mai lung (viteză de topire mai mică)
• scăderea presiunii de ambalare
• cale de curgere mai scurtă.

 Tensiuni reziduale induse termic

Tensiunea reziduală indusă termic apare din următoarele motive:

• Materialul se micșorează pe măsură ce temperatura scade de la setările procesului la condițiile ambiante atinse atunci când procesul este finalizat.
• Elementele de material suferă istorii termomecanice diferite (de exemplu, rate de răcire și presiuni de ambalare diferite) pe măsură ce materialul se solidifică de la peretele matriței către centru.
• Modificarea presiunii, a temperaturii și a orientării moleculare și a fibrelor duce la variația densității și a proprietăților mecanice.
• Anumite constrângeri legate de mucegai împiedică piesă turnată de la micșorarea în direcțiile plane.

Exemplu de stingere liberă

Micșorarea materialului în timpul turnare prin injecție poate fi demonstrată în mod convenabil cu un exemplu de stingere liberă, în care o parte a temperaturii uniforme este brusc intercalată de matriță cu canal rece pereți. În timpul primelor etape de răcire, când straturile exterioare de suprafață se răcesc și încep să se micșoreze, cea mai mare parte a polimerului din miezul fierbinte este încă topită și liberă să se contracte. Cu toate acestea, pe măsură ce miezul intern se răcește, contracția termică locală este constrânsă de straturile externe deja rigide. Rezultă astfel o stare tipică de distribuție a tensiunilor, cu tensiune în miez echilibrată de compresie în straturile exterioare, după cum se ilustrează în figura 2 de mai jos.

Apar tensiuni reziduale variabile și piesa se deformează pe măsură ce straturile cu volum specific înghețat diferit interacționează între ele

Tensiuni reziduale induse de proces vs. în cavitate

Datele privind tensiunile reziduale induse de proces sunt mult mai utile decât cele din cavitate stres rezidual date pentru turnare simulare. În continuare sunt prezentate definițiile celor doi termeni, împreună cu un exemplu care ilustrează diferența dintre ei.

Tensiuni reziduale induse de proces

După ejectarea piesei, constrângerile de la cavitatea matriței sunt eliberate, iar piesa este liberă să se micșoreze și să se deformeze. După ce se stabilizează la o stare de echilibru, tensiunea rămasă în interiorul piesei se numește tensiune reziduală indusă de proces sau, pur și simplu, tensiune reziduală. Tensiunea reziduală indusă de proces poate fi indusă de flux sau de temperatură, cea din urmă fiind componenta dominantă.

Tensiune reziduală în cavitate

În timp ce piesa este încă constrânsă în cavitatea matriței, tensiunea internă care se acumulează în timpul solidificării este denumită tensiune reziduală în cavitate. Această tensiune reziduală în cavitate este forța care determină contracția și deformarea piesei după ejecție.

Exemplu

The micșorare distribuția descrisă în deformarea datorată contracției diferențiale conduce la un profil de tensiuni reziduale induse termic pentru o piesă ejectată, după cum se arată în figura din stânga jos de mai jos. Profilul de tensiune din figura din stânga sus este tensiunea reziduală în cavitate, în care piesă turnată rămâne constrânsă în matriță înainte de ejectare. Odată ce piesa este ejectată și forța de constrângere din matriță este eliberată, piesa se va contracta și se va deforma pentru a elibera tensiunea reziduală încorporată (în general tensiunea de tracțiune, după cum se arată) și pentru a atinge o stare de echilibru. Starea de echilibru înseamnă că nu există nicio forță externă care să se exercite asupra piesei, iar tensiunile de tracțiune și compresiune pe secțiunea transversală a piesei ar trebui să se echilibreze reciproc. Figurile din partea dreaptă corespund cazului în care răcirea este neuniformă pe toată grosimea piesei și, prin urmare, determină o distribuție asimetrică a tensiunilor reziduale.

Profilul tensiunii reziduale în cavitate (sus) vs. profilul tensiunii reziduale induse de proces și forma piesei după ejecție (jos).

Reducerea tensiunilor reziduale induse termic

Condițiile care conduc la o compactare suficientă și la temperaturi mai uniforme ale pereților matriței vor reduce tensiunile reziduale induse termic. Acestea includ:
- Presiunea și durata de ambalare corespunzătoare
- Răcirea uniformă a tuturor suprafețelor piesei
- Grosimea uniformă a secțiunii peretelui