Viník problémů se smršťováním a deformacemi

Zbytkové napětí je napětí vyvolané procesem, které zamrzlo ve výlisku. Může být způsobeno prouděním nebo teplem. Zbytková napětí působí na díl podobně jako externě působící napětí. Pokud jsou dostatečně silná na to, aby překonala strukturální integritu dílu, dojde při vyhození dílu k jeho deformaci nebo později k prasknutí při vnějším provozním zatížení. Zbytková napětí jsou hlavní příčinou smršťování a deformací dílů. Procesní podmínky a konstrukční prvky, které snižují smykové napětí při plnění dutiny, pomohou snížit zbytková napětí vyvolaná prouděním. Stejně tak ty, které podporují dostatečné zaplnění a rovnoměrné chlazení formy, sníží tepelně indukované zbytkové napětí. U materiálů plněných vlákny sníží tepelně indukované zbytkové napětí ty procesní podmínky, které podporují rovnoměrné mechanické vlastnosti. Dodavatel forem v Číně

Zbytkové napětí vyvolané prouděním

Nenapjaté molekuly polymerů s dlouhým řetězcem mají tendenci se při teplotách vyšších než teplota taveniny (tj. v roztaveném stavu) přizpůsobit rovnovážnému stavu náhodného závitu. Během zpracování se molekuly orientují ve směru toku, protože polymer se střihá a prodlužuje. Pokud dojde k tuhnutí před úplným uvolněním molekul polymeru do rovnovážného stavu, je orientace molekul uzamčena uvnitř polymeru.
výlisek. Tento typ zamrzlého napjatého stavu se často označuje jako zbytkové napětí vyvolané prouděním. Vzhledem k roztažené orientaci molekul ve směru toku dochází k anizotropnímu, nerovnoměrnému smršťování a mechanickým vlastnostem ve směrech rovnoběžných a kolmých na směr toku.

Zamrzlá molekulární orientace

V důsledku kombinace vysokého smykového napětí a vysoké rychlosti chlazení v blízkosti stěny formy vzniká bezprostředně pod povrchem dílu vysoce orientovaná vrstva zmrzlé hmoty. To je znázorněno na obrázku 1. Následné vystavení dílu s vysokými zbytkovými napětími v toku (nebo se zamrzlou orientací) vysoké teplotě může umožnit uvolnění některých napětí. To má obvykle za následek smrštění a deformaci dílu. Díky tepelně izolačnímu účinku zmrzlých vrstev může polymerní tavenina v horkém jádře ve větší míře relaxovat, což vede ke vzniku zóny s nízkou molekulární orientací. Dodavatel forem v Číně

OBRÁZEK 1. Vývoj zbytkových napětí při toku v důsledku zamrzlé orientace molekul během fáze plnění a balení.
(1) Zóna vysokého chlazení, smyku a orientace (2) Zóna nízkého chlazení, smyku a orientace

Snížení zbytkového napětí vyvolaného průtokem

Procesní podmínky, které snižují smykové napětí v tavenině, snižují úroveň zbytkových napětí vyvolaných prouděním. Obecně je zbytkové napětí vyvolané prouděním o jeden řád menší než zbytkové napětí vyvolané teplem. Dodavatel forem v Číně

• vyšší teplota tání
• vyšší teplota stěn formy
• delší doba plnění (nižší rychlost tání).
• snížený tlak v ucpávce
• kratší průtoková cesta.

 Tepelně indukované zbytkové napětí

Tepelně indukované zbytkové napětí vzniká z následujících důvodů:

• Materiál se smršťuje při poklesu teploty z procesního nastavení na okolní podmínky dosažené po dokončení procesu.
• Při tuhnutí materiálu od stěny formy směrem do středu dochází k rozdílným tepelně-mechanickým dějům (např. rozdílné rychlosti ochlazování a tlakům při tuhnutí).
• Změna tlaku, teploty a orientace molekul a vláken vede k proměnlivé hustotě a mechanickým vlastnostem.
• Určitá omezení formy brání smršťování výlisku v rovinných směrech.

Příklad volného hašení

Smršťování materiálu při vstřikování lze vhodně demonstrovat na příkladu volného ochlazování, kdy je díl s rovnoměrnou teplotou náhle přiložen ke studeným stěnám formy. Během raných fází chlazení, kdy vnější povrchové vrstvy chladnou a začínají se smršťovat, je většina polymeru v horkém jádru stále roztavená a může se volně smršťovat. Jak však vnitřní jádro chladne, je lokální tepelné smršťování omezeno již tuhými vnějšími vrstvami. Výsledkem je typický stav rozložení napětí s tahem v jádře vyváženým tlakem ve vnějších vrstvách, jak je znázorněno na obrázku 2 níže.

OBRÁZEK 2. Vývoj zbytkového tepelného napětí v dílu s "volným ochlazováním" v důsledku změn v ochlazování napříč tvarovaným dílem a reakce materiálu na průběh teploty.