Hoofdstuk 25-3, Residuele spanning, porseleinen spuitgietmatrijs

FIGUUR 5. Er ontstaan variabele restspanningen en het onderdeel vervormt als lagen met een verschillend bevroren specifiek volume op elkaar inwerken.

Procesgeïnduceerde vs. in-cavity restspanning

Procesgeïnduceerde restspanningsgegevens zijn veel nuttiger dan in-cavity restspanningsgegevens voor simulatie van vormen. Hieronder volgen definities van de twee termen, samen met een voorbeeld dat het verschil tussen beide illustreert.

Procesgeïnduceerde restspanning

Na het uitwerpen van het onderdeel worden de beperkingen van de matrijsholte losgelaten en kan het onderdeel krimpen en vervormen. Nadat het zich in een evenwichtstoestand bevindt, wordt de overblijvende spanning in het onderdeel procesgeïnduceerde restspanning of eenvoudig restspanning genoemd. Procesgeïnduceerde restspanning kan stromingsgeïnduceerd of thermisch geïnduceerd zijn, waarbij de laatste de dominante component is.

Restspanning in de holte

Terwijl het onderdeel nog in de matrijsholte zit, wordt de interne spanning die tijdens het stollen ontstaat, restspanning in de matrijs genoemd. Deze restspanning in de matrijs is de kracht die de krimp en vervorming van het werkstuk na de uitwerping veroorzaakt.

Voorbeeld

De krimpverdeling beschreven in Vervorming door differentiële krimp leidt tot een thermisch geïnduceerd restspanningsprofiel voor een uitgeworpen onderdeel, zoals weergegeven in de figuur linksonder. Het spanningsprofiel in de figuur linksboven is de in-cavity restspanning, waarbij het spuitgietproduct vóór het uitwerpen beperkt blijft in de matrijs. Zodra het onderdeel wordt uitgeworpen en de beperkte kracht van de mal wordt losgelaten, zal het onderdeel krimpen en vervormen om de ingebouwde restspanning (meestal trekspanning, zoals afgebeeld) los te laten en een evenwichtstoestand te bereiken. De evenwichtstoestand betekent dat er geen externe kracht op het onderdeel wordt uitgeoefend en dat de trek- en drukspanningen over de doorsnede van het onderdeel met elkaar in evenwicht zijn. De figuren aan de rechterkant komen overeen met het geval met een niet-uniforme afkoeling over de dikte van het onderdeel, waardoor een asymmetrische verdeling van de restspanning ontstaat.

FIGUUR 6. In-cavity restspanningsprofiel (boven) vs. procesgeïnduceerd restspanningsprofiel en deelvorm na uitwerpen (onder).

Thermisch geïnduceerde restspanning verminderen

Omstandigheden die leiden tot voldoende pakking en meer uniforme matrijswand temperaturen zullen de thermisch geïnduceerde restspanningen verminderen. Deze omvatten:
- Juiste verpakkingsdruk en -duur
- Gelijkmatige koeling van alle oppervlakken van het onderdeel
- Uniforme wanddikte