Winowajca problemów z kurczeniem się i wypaczaniem

Naprężenie szczątkowe to naprężenie wywołane procesem, zamrożone w formowanej części. Może być wywołane przepływem lub termicznie. Naprężenia szczątkowe wpływają na część podobnie jak naprężenia przyłożone zewnętrznie. Jeśli są wystarczająco silne, aby pokonać integralność strukturalną części, część wypaczy się po wyrzuceniu lub później pęknie, gdy zostanie przyłożone zewnętrzne obciążenie robocze. Naprężenia szczątkowe są główną przyczyną kurczenia się i wypaczania części. Warunki procesu i elementy konstrukcyjne, które zmniejszają naprężenia ścinające podczas wypełniania wnęki, pomogą zmniejszyć naprężenia szczątkowe wywołane przepływem. Podobnie, te, które promują wystarczające upakowanie i równomierne chłodzenie formy, zmniejszą naprężenia szczątkowe wywołane termicznie. W przypadku materiałów wypełnionych włóknami, warunki procesu, które promują jednolite właściwości mechaniczne, zmniejszą naprężenia szczątkowe wywołane termicznie. Chiński dostawca form

Naprężenie szczątkowe wywołane przepływem

Nienaprężone, długołańcuchowe cząsteczki polimeru mają tendencję do dopasowywania się do losowego stanu równowagi w temperaturach wyższych niż temperatura topnienia (tj. w stanie stopionym). Podczas przetwarzania cząsteczki orientują się w kierunku przepływu, ponieważ polimer jest ścinany i wydłużany. Jeśli zestalenie nastąpi przed całkowitym rozluźnieniem cząsteczek polimeru do stanu równowagi, orientacja molekularna zostanie zablokowana w obrębie polimeru.
formowanej części. Ten rodzaj zamrożonego stanu naprężenia jest często określany jako naprężenie szczątkowe wywołane przepływem. Ze względu na rozciągniętą orientację molekularną w kierunku przepływu, wprowadza on anizotropowy, niejednorodny skurcz i właściwości mechaniczne w kierunkach równoległych i prostopadłych do kierunku przepływu.

Zamrożona orientacja molekularna

Ze względu na połączenie wysokiego naprężenia ścinającego i wysokiej szybkości chłodzenia przylegającej do ściany formy, istnieje wysoce zorientowana warstwa zamrożona bezpośrednio pod powierzchnią części. Zostało to zilustrowane na rysunku 1. Późniejsza ekspozycja części z wysokimi naprężeniami szczątkowymi (lub zamrożoną orientacją) na wysoką temperaturę może pozwolić na rozładowanie niektórych naprężeń. Zazwyczaj skutkuje to skurczem i wypaczeniem części. Ze względu na efekt izolacji termicznej zamrożonych warstw, stopiony polimer w gorącym rdzeniu jest w stanie rozluźnić się w większym stopniu, co prowadzi do powstania strefy o niskiej orientacji molekularnej. Chiński dostawca form

RYSUNEK 1. Rozwój szczątkowych naprężeń przepływu spowodowanych zamrożoną orientacją molekularną podczas etapów napełniania i pakowania.
(1) Strefa wysokiego chłodzenia, ścinania i orientacji (2) Strefa niskiego chłodzenia, ścinania i orientacji

Redukcja naprężeń szczątkowych wywołanych przepływem

Warunki procesu, które zmniejszają naprężenia ścinające w stopionym materiale, zmniejszają poziom naprężeń szczątkowych wywołanych przepływem. Ogólnie rzecz biorąc, naprężenia szczątkowe wywołane przepływem są o jeden rząd wielkości mniejsze niż naprężenia szczątkowe wywołane termicznie. Chiński dostawca form

• wyższa temperatura topnienia
• wyższa temperatura ścianki formy
• dłuższy czas napełniania (niższa prędkość topnienia)
• zmniejszone ciśnienie pakowania
• krótsza ścieżka przepływu.

 Naprężenia szczątkowe indukowane termicznie

Naprężenia szczątkowe indukowane termicznie występują z następujących powodów:

• Materiał kurczy się, gdy temperatura spada z ustawień procesu do warunków otoczenia osiąganych po zakończeniu procesu.
• Elementy materiałowe doświadczają różnych historii termiczno-mechanicznych (np. różnych szybkości chłodzenia i ciśnień upakowania), gdy materiał zestala się od ściany formy do środka.
• Zmieniające się ciśnienie, temperatura oraz orientacja cząsteczek i włókien skutkują zmienną gęstością i właściwościami mechanicznymi.
• Pewne ograniczenia formy zapobiegają kurczeniu się formowanej części w kierunkach płaskich.

Przykład hartowania swobodnego

Kurczenie się materiału podczas formowania wtryskowego można wygodnie zademonstrować na przykładzie swobodnego hartowania, w którym część o jednolitej temperaturze zostaje nagle umieszczona pomiędzy zimnymi ściankami formy. Podczas wczesnych etapów chłodzenia, gdy zewnętrzne warstwy powierzchniowe stygną i zaczynają się kurczyć, większość polimeru w gorącym rdzeniu jest nadal stopiona i może się kurczyć. Jednakże, gdy wewnętrzny rdzeń stygnie, lokalny skurcz termiczny jest ograniczany przez już sztywne warstwy zewnętrzne. Powoduje to typowy stan rozkładu naprężeń z naprężeniem w rdzeniu zrównoważonym przez ściskanie w warstwach zewnętrznych, jak pokazano na rysunku 2 poniżej.

RYSUNEK 2. Rozwój szczątkowego naprężenia termicznego w "swobodnie hartowanej" części z powodu zmian chłodzenia w formowanej części i reakcji materiału na historię temperatury.