Kapitola 25-3, Zbytkové napětí, vstřikovací forma z porcelánu

OBRÁZEK 5. Vznikají proměnná zbytková napětí a díl se deformuje, když na sebe vzájemně působí vrstvy s různým měrným objemem zmrazeného materiálu.

Zbytkové napětí vyvolané procesem vs. zbytkové napětí v dutině

Údaje o zbytkovém napětí vyvolaném procesem jsou pro simulaci tváření mnohem užitečnější než údaje o zbytkovém napětí v dutině. Následují definice těchto dvou pojmů spolu s příkladem, který ilustruje rozdíl mezi nimi.

Zbytkové napětí způsobené procesem

Po vyhození dílu se uvolní omezení z dutiny formy a díl se může volně smršťovat a deformovat. Poté, co se ustálí do rovnovážného stavu, se zbývající napětí uvnitř dílu nazývá zbytkové napětí vyvolané procesem nebo jednoduše zbytkové napětí. Procesem indukované zbytkové napětí může být indukované prouděním nebo teplem, přičemž dominantní složkou je tepelné napětí.

Zbytkové napětí v dutině

Zatímco je díl stále omezen v dutině formy, vnitřní napětí, které vzniká během tuhnutí, se označuje jako zbytkové napětí v dutině. Toto zbytkové napětí v dutině je silou, která způsobuje smršťování a deformace dílu po vstřikování.

Příklad

Rozložení smrštění popsané v kapitole Deformace v důsledku diferenciálního smrštění vede k tepelně indukovanému profilu zbytkového napětí pro vysunutý díl, jak je znázorněno na obrázku vlevo dole. Profil napětí na levém horním obrázku je zbytkové napětí v dutině, kdy výlisek zůstává před vyhozením omezen ve formě. Po vyhození dílu a uvolnění omezující síly z formy se díl smrští a deformuje, aby se uvolnilo zabudované zbytkové napětí (obecně tahové napětí, jak je znázorněno) a dosáhlo rovnovážného stavu. Rovnovážný stav znamená, že na díl nepůsobí žádná vnější síla a tahová a tlaková napětí v průřezu dílu by se měla vzájemně vyrovnat. Obrázky na pravé straně odpovídají případu, kdy dochází k nerovnoměrnému ochlazování po celé tloušťce dílu, a tím k asymetrickému rozložení zbytkového napětí.

OBRÁZEK 6. Profil zbytkového napětí v dutině (nahoře) vs. profil zbytkového napětí vyvolaného procesem a tvar dílu po vysunutí (dole).

Snížení zbytkového napětí způsobeného teplem

Podmínky, které vedou k dostatečnému zaplnění a rovnoměrnější teplotě stěn formy, sníží tepelně indukované zbytkové napětí. Patří mezi ně:
- Správný tlak a doba trvání ucpávky
- Rovnoměrné chlazení všech povrchů dílu
- Jednotná tloušťka stěny