Een boosdoener bij krimp- en vervormingsproblemen

Restspanning is een procesgeïnduceerde spanning die bevroren is in een spuitgietproduct. Het kan zowel door vloeien als door warmte worden veroorzaakt. Residuele spanningen beïnvloeden een onderdeel op dezelfde manier als extern toegepaste spanningen. Als ze sterk genoeg zijn om de structurele integriteit van het onderdeel te overwinnen, zal het onderdeel kromtrekken bij het uitwerpen of later barsten wanneer er een externe bedrijfsbelasting wordt toegepast. Restspanningen zijn de belangrijkste oorzaak van krimp en vervorming. De procescondities en ontwerpelementen die de schuifspanning tijdens het vullen van de caviteit verminderen, helpen de door de stroming veroorzaakte restspanning te verminderen. Evenzo zullen procescondities en ontwerpelementen die voldoende pakking en gelijkmatige koeling van de matrijs bevorderen, de thermisch geïnduceerde restspanning verminderen. Voor vezelgevulde materialen zullen de procescondities die uniforme mechanische eigenschappen bevorderen de thermisch geïnduceerde restspanning verminderen. Leverancier van matrijzen in China

Door stroming veroorzaakte restspanning

Ongespannen polymeermoleculen met lange ketens hebben de neiging zich te conformeren aan een evenwichtstoestand met willekeurige rollen bij temperaturen hoger dan de smelttemperatuur (d.w.z. in gesmolten toestand). Tijdens de verwerking oriënteren de moleculen zich in de vloeirichting als het polymeer wordt afgeschoven en uitgerekt. Als stolling optreedt voordat de polymeermoleculen volledig ontspannen zijn tot hun evenwichtstoestand, zit de moleculaire oriëntatie vast binnen de
vormdeel. Dit type ingevroren spanning wordt vaak vloei-geïnduceerde restspanning genoemd. Door de uitgerekte moleculaire oriëntatie in de vloeirichting veroorzaakt dit anisotrope, niet-uniforme krimp en mechanische eigenschappen in de richtingen parallel en loodrecht op de vloeirichting.

Bevroren moleculaire oriëntatie

Door een combinatie van hoge schuifspanning en een hoge koelsnelheid naast de matrijswand, is er een sterk georiënteerde laag bevroren direct onder het oppervlak van het onderdeel. Dit wordt geïllustreerd in figuur 1. Wanneer een onderdeel met hoge reststromingsspanningen (of ingevroren oriëntatie) aan een hoge temperatuur wordt blootgesteld, kunnen sommige spanningen afnemen. Dit resulteert meestal in krimp en vervorming van het onderdeel. Door het warmte-isolerende effect van de bevroren lagen kan de polymeermelt in de hete kern in hogere mate ontspannen, wat leidt tot een zone met een lage moleculaire oriëntatie. Leverancier van matrijzen in China

 

 

FIGUUR 1. De ontwikkeling van residuele vloeispanningen als gevolg van ingevroren moleculaire oriëntatie tijdens het vullen en verpakken.
(1) Hoge koel-, schuif- en oriëntatiezone (2) Lage koel-, schuif- en oriëntatiezone

Vermindering van door stroming veroorzaakte restspanning

Procesomstandigheden die de schuifspanning in de smelt verminderen, zullen het niveau van de door stroming veroorzaakte restspanningen verlagen. Over het algemeen is de door stroming veroorzaakte restspanning een orde van grootte kleiner dan de thermisch veroorzaakte restspanning. Leverancier van matrijzen in China

• hogere smelttemperatuur
• hogere mold-wall temperatuur
• langere vultijd (lagere smeltsnelheid)
• verminderde verpakkingsdruk
• korter stromingstraject.

 Thermisch geïnduceerde restspanning

Thermisch geïnduceerde restspanning treedt op om de volgende redenen:

• Materiaal krimpt als de temperatuur daalt van de procesinstellingen naar de omgevingscondities die bereikt worden als het proces klaar is.
• De materiële elementen ondergaan verschillende thermisch-mechanische geschiedenissen (bv. verschillende koelsnelheden en verpakkingsdrukken) wanneer het materiaal van de matrijswand naar het centrum stolt.
• Veranderende druk, temperatuur en moleculaire en vezeloriëntatie resulteren in variabele dichtheid en mechanische eigenschappen.
• Bepaalde beperkingen van de matrijs verhinderen dat het spuitgietproduct in de vlakke richtingen krimpt.

Voorbeeld van vrije afschrikken

Materiaalkrimp tijdens het spuitgieten kan eenvoudig worden gedemonstreerd met een voorbeeld van vrije afschrikken, waarbij een deel met een uniforme temperatuur plotseling wordt ingeklemd door koude matrijswanden. Tijdens de eerste afkoelingsfasen, wanneer de externe oppervlaktelagen afkoelen en beginnen te krimpen, is het grootste deel van het polymeer in de hete kern nog gesmolten en vrij om samen te trekken. Als de binnenkern echter afkoelt, wordt de lokale thermische krimp beperkt door de al stijve buitenlagen. Dit resulteert in een typische spanningsverdeling met spanning in de kern in evenwicht met compressie in de buitenlagen, zoals geïllustreerd in figuur 2 hieronder.

FIGUUR 2. De ontwikkeling van thermische restspanning in een "free-quenching" onderdeel door variaties in koeling over het gegoten onderdeel en de reactie van het materiaal op het temperatuurverloop.