En orsak till problem med krympning och skevhet

Restspänning är processinducerad stress, fryst i gjutna plastdelar. Den kan vara antingen flödesinducerad eller termiskt inducerad. Restspänningar påverkar en komponent på samma sätt som externt påförda spänningar. Om de är tillräckligt starka för att övervinna detaljens strukturella integritet kommer detaljen att vrida sig vid utskjutning eller senare spricka när den utsätts för extern belastning. Restspänningar är den främsta orsaken till krympning och skevhet hos detaljen. De processförhållanden och konstruktionselement som minskar skjuvspänningen under kavitetsfyllningen bidrar till att minska den flödesinducerade restspänningen. På samma sätt kan de faktorer som främjar tillräcklig packning och enhetlig kylning av gjutform kommer att minska värmeinducerad restspänning. För fiberfyllda material kommer de processförhållanden som främjar enhetliga mekaniska egenskaper att minska värmeinducerad kvarstående spänning.

Flödesinducerad restspänning

Obelastade, långkedjiga polymermolekyler tenderar att anpassa sig till ett slumpmässigt spolat jämviktstillstånd vid temperaturer som är högre än smälttemperaturen (dvs. i smält tillstånd). Under bearbetningen orienterar sig molekylerna i flödesriktningen, eftersom polymeren skjuvas och förlängs. Om stelningen sker innan polymermolekylerna är helt avslappnade till sitt jämviktstillstånd, låses molekylorienteringen inom gjuten plastdel. Denna typ av fruset spänningstillstånd kallas ofta för flödesinducerad restspänning. På grund av den sträckta molekylära orienteringen i flödesriktningen ger det upphov till anisotropisk, icke-uniform krympning och mekaniska egenskaper i riktningarna parallellt och vinkelrätt mot flödesriktningen.

Fryst i molekylär orientering

På grund av en kombination av hög skjuvspänning och hög kylhastighet intill formväggen finns det ett högorienterat skikt som är fruset omedelbart under detaljytan. Detta illustreras i figur 1. Om en detalj med höga kvarvarande flödesspänningar (eller frusen orientering) utsätts för hög temperatur kan det hända att en del av spänningarna släpper. Detta leder normalt till krympning och skevhet hos detaljen. På grund av den värmeisolerande effekten av de frysta skikten kan polymersmältan i den heta kärnan slappna av i högre grad, vilket leder till en lågmolekylär orienteringszon. Kina mögel leverantör

FIGUR 1. Utvecklingen av kvarvarande flödesspänningar på grund av frusen molekylorientering under fyllnings- och packningsstegen.
(1) Zon med hög kylning, skjuvning och orientering

(2) Låg kylning, skjuvning och orienteringszon

Minskning av flödesinducerad restspänning

Processförhållanden som minskar skjuvspänningen i smältan kommer att minska nivån av flödesinducerade restspänningar. I allmänhet är den flödesinducerade restspänningen en storleksordning mindre än den termiskt inducerade restspänningen.

• högre smälttemperatur
• högre temperatur mellan form och vägg
• längre fyllningstid (lägre smälthastighet)
• minskat packningstryck
• kortare flödesväg.

 Termiskt inducerad restspänning

Värmeinducerad restspänning uppstår av följande skäl:

• Materialet krymper när temperaturen sjunker från processinställningarna till de omgivande förhållanden som råder när processen är klar.
• Materialelementen upplever olika termomekaniska förlopp (t.ex. olika kylhastigheter och packningstryck) när materialet stelnar från formväggen till mitten.
• Förändringar i tryck, temperatur, molekyl- och fiberorientering resulterar i varierande densitet och mekaniska egenskaper.
• Vissa formbegränsningar förhindrar gjuten del från att krympa i de plana riktningarna.

Exempel på fri släckning

Materialkrympning under formsprutning kan enkelt demonstreras med ett exempel på fri släckning, där en del av den enhetliga temperaturen plötsligt kläms mellan kallkanalsform väggar. Under de tidiga kylfaserna, när de yttre ytskikten kyls och börjar krympa, är huvuddelen av polymeren i den heta kärnan fortfarande smält och kan dra ihop sig fritt. Men när den inre kärnan kyls begränsas den lokala termiska kontraktionen av de redan styva yttre skikten. Detta resulterar i en typisk spänningsfördelning med spänning i kärnan som balanseras av kompression i de yttre lagren, vilket illustreras i figur 2 nedan.

Variabla restspänningar uppstår och detaljen deformeras när lager med olika fryst specifik volym interagerar med varandra

Processinducerad restspänning jämfört med restspänning i kaviteten

Processinducerad restspänningsdata är mycket mer användbar än data från kaviteten kvarstående spänning data för gjutning simulering. Nedan följer definitioner av de två begreppen samt ett exempel som illustrerar skillnaden mellan dem.

Processinducerad restspänning

Efter utskjutning av delar är begränsningarna från formkavitet frigörs och detaljen kan fritt krympa och deformeras. Efter att detaljen har stabiliserats i ett jämviktsläge kallas den kvarvarande spänningen i detaljen för processinducerad restspänning, eller helt enkelt restspänning. Processinducerad restspänning kan vara flödesinducerad eller värmeinducerad, där den senare är den dominerande komponenten.

Restspänning i kaviteten

Medan detaljen fortfarande är begränsad i formhålan, kallas den inre spänning som ackumuleras under stelningen för restspänning i formhålan. Denna restspänning i kaviteten är den kraft som driver krympning och skevhet hos detaljen efter utsprutning.

Exempel

Den krympning distribution som beskrivs i Förvrängning på grund av differentiell krympning leder till en värmeinducerad restspänningsprofil för en utmatad del, som visas i den nedre vänstra figuren nedan. Spänningsprofilen i den övre vänstra figuren är restspänningen i kaviteten, där gjuten del förblir begränsad i formen före utstötningen. När detaljen matas ut och den begränsade kraften från formen frigörs, kommer detaljen att krympa och vrida sig för att frigöra den inbyggda restspänningen (i allmänhet dragspänning, som visas) och nå ett jämviktstillstånd. Jämviktstillståndet innebär att det inte finns någon yttre kraft som påverkar detaljen och att drag- och tryckspänningarna över detaljens tvärsnitt ska balansera varandra. Figurerna på höger sida motsvarar fallet med en ojämn kylning över detaljens tjocklek och därmed en asymmetrisk restspänningsfördelning.

Restspänningsprofil i kaviteten (överst) jämfört med processinducerad restspänningsprofil och detaljform efter utskjutning (nederst).

Reducering av värmeinducerad restspänning

Förhållanden som leder till tillräcklig packning och jämnare temperaturer mellan form och vägg minskar de värmeinducerade restspänningarna. Dessa inkluderar:
- Korrekt packningstryck och varaktighet
- Jämn kylning av alla ytor på detaljen
- Enhetlig tjocklek på väggsektionen