Un vinovat în problemele de contracție și deformare

Tensiunea reziduală este o tensiune indusă de proces, înghețată într-o piesă turnată. Aceasta poate fi indusă de curgere sau de temperatură. Tensiunile reziduale afectează o piesă la fel ca tensiunile aplicate din exterior. Dacă acestea sunt suficient de puternice pentru a depăși integritatea structurală a piesei, aceasta se va deforma la ejectare sau se va fisura ulterior, atunci când se aplică o sarcină de serviciu externă. Tensiunile reziduale sunt principala cauză a contracției și deformării piesei. Condițiile de proces și elementele de proiectare care reduc tensiunea de forfecare în timpul umplerii cavității vor contribui la reducerea tensiunii reziduale induse de curgere. De asemenea, elementele care favorizează umplerea suficientă și răcirea uniformă a matriței vor reduce tensiunile reziduale induse termic. În cazul materialelor umplute cu fibre, condițiile de proces care promovează proprietăți mecanice uniforme vor reduce tensiunile reziduale induse termic. China furnizor de mucegai

Tensiuni reziduale induse de curgere

Moleculele polimerului cu lanț lung, netensionate, tind să se conformeze unei stări de echilibru de bobinare aleatorie la temperaturi mai mari decât temperatura de topire (adică în stare topită). În timpul prelucrării, moleculele se orientează în direcția de curgere, polimerul fiind forfecat și alungit. Dacă solidificarea are loc înainte ca moleculele polimerului să se relaxeze complet în starea lor de echilibru, orientarea moleculară este blocată în
piesă turnată. Acest tip de stare de tensiune înghețată este adesea denumit tensiune reziduală indusă de curgere. Din cauza orientării moleculare întinse în direcția de curgere, aceasta introduce o contracție și proprietăți mecanice anizotrope și neuniforme în direcțiile paralele și perpendiculare pe direcția de curgere.

Orientare moleculară înghețată

Datorită unei combinații de tensiuni de forfecare ridicate și a unei viteze de răcire ridicate în apropierea peretelui matriței, există un strat foarte orientat înghețat imediat sub suprafața piesei. Acest lucru este ilustrat în figura 1. Expunerea ulterioară a unei piese cu tensiuni de curgere reziduale ridicate (sau orientare înghețată) la temperaturi ridicate poate permite atenuarea unora dintre tensiuni. Acest lucru duce de obicei la contracția și deformarea piesei. Datorită efectului de izolare termică al straturilor înghețate, polimerul topit în miezul fierbinte se poate relaxa la un grad mai mare, ceea ce duce la o zonă cu orientare moleculară scăzută. China furnizor de mucegai

 

 

FIGURA 1. Dezvoltarea tensiunilor de curgere reziduale datorate orientării moleculare înghețate în timpul etapelor de umplere și ambalare.
(1) Zona de răcire, forfecare și orientare ridicată (2) Zona de răcire, forfecare și orientare redusă

Reducerea stresului rezidual indus de curgere

Condițiile de proces care reduc tensiunea de forfecare în topitură vor reduce nivelul tensiunilor reziduale induse de curgere. În general, tensiunea reziduală indusă de curgere este cu un ordin de mărime mai mică decât tensiunea reziduală indusă termic. China furnizor de mucegai

• temperatură de topire mai ridicată
• temperatură mai ridicată a peretelui matriței
• timp de umplere mai lung (viteză de topire mai mică)
• scăderea presiunii de ambalare
• cale de curgere mai scurtă.

 Tensiuni reziduale induse termic

Tensiunea reziduală indusă termic apare din următoarele motive:

• Materialul se micșorează pe măsură ce temperatura scade de la setările procesului la condițiile ambiante atinse atunci când procesul este finalizat.
• Elementele de material suferă istorii termomecanice diferite (de exemplu, rate de răcire și presiuni de ambalare diferite) pe măsură ce materialul se solidifică de la peretele matriței către centru.
• Modificarea presiunii, a temperaturii și a orientării moleculare și a fibrelor duce la variația densității și a proprietăților mecanice.
• Anumite constrângeri ale matriței împiedică micșorarea piesei turnate în direcțiile plane.

Exemplu de stingere liberă

Contracția materialului în timpul turnării prin injecție poate fi demonstrată în mod convenabil printr-un exemplu de stingere liberă, în care o piesă cu temperatură uniformă este brusc prinsă între pereții reci ai formei. În timpul primelor etape de răcire, atunci când straturile exterioare de suprafață se răcesc și încep să se micșoreze, cea mai mare parte a polimerului din miezul fierbinte este încă topită și liberă să se contracte. Cu toate acestea, pe măsură ce miezul intern se răcește, contracția termică locală este constrânsă de straturile externe deja rigide. Rezultă astfel o stare tipică de distribuție a tensiunilor, în care tensiunea din miez este echilibrată de compresia din straturile exterioare, așa cum este ilustrat în figura 2 de mai jos.

FIGURA 2. Dezvoltarea tensiunilor termice reziduale într-o piesă "cu călire liberă" datorită variațiilor de răcire în cadrul piesei turnate și a răspunsului materialului la istoricul temperaturii.