En orsak till problem med krympning och skevhet

Restspänning är en processinducerad spänning som är frusen i en gjuten detalj. Den kan vara antingen flödesinducerad eller värmeinducerad. Restspänningar påverkar en detalj på samma sätt som externt påförda spänningar. Om de är tillräckligt starka för att övervinna detaljens strukturella integritet kommer detaljen att vrida sig vid utstötning, eller senare spricka, när extern servicebelastning appliceras. Restspänningar är den främsta orsaken till krympning och skevhet hos detaljen. De processförhållanden och konstruktionselement som minskar skjuvspänningen under kavitetsfyllningen bidrar till att minska den flödesinducerade restspänningen. På samma sätt kommer de som främjar tillräcklig packning och enhetlig formkylning att minska värmeinducerad restspänning. För fiberfyllda material kommer de processförhållanden som främjar enhetliga mekaniska egenskaper att minska den värmeinducerade restspänningen. Kina mögel leverantör

Flödesinducerad restspänning

Obelastade, långkedjiga polymermolekyler tenderar att anpassa sig till ett slumpmässigt spolat jämviktstillstånd vid temperaturer som är högre än smälttemperaturen (dvs. i smält tillstånd). Under bearbetningen orienterar sig molekylerna i flödesriktningen, eftersom polymeren skjuvas och förlängs. Om stelningen sker innan polymermolekylerna är helt avslappnade till sitt jämviktstillstånd, låses molekylorienteringen inom
gjuten del. Denna typ av fruset spänningstillstånd kallas ofta för flödesinducerad restspänning. På grund av den utsträckta molekylära orienteringen i flödesriktningen ger den upphov till anisotropisk, icke enhetlig krympning och mekaniska egenskaper i riktningarna parallellt och vinkelrätt mot flödesriktningen.

Fryst i molekylär orientering

På grund av en kombination av hög skjuvspänning och hög kylhastighet intill formväggen finns det ett högorienterat skikt som är fruset omedelbart under detaljytan. Detta illustreras i figur 1. Om en detalj med höga kvarvarande flödesspänningar (eller frusen orientering) utsätts för hög temperatur kan det hända att en del av spänningarna släpper. Detta leder normalt till krympning och skevhet hos detaljen. På grund av de frysta skiktens värmeisolerande effekt kan polymersmältan i den heta kärnan slappna av i högre grad, vilket leder till en zon med låg molekylär orientering. Kina mögel leverantör

BILD 1. Utvecklingen av kvarvarande flödesspänningar på grund av frusen molekylorientering under fyllnings- och packningsstegen.
(1) Hög kyl-, skjuv- och orienteringszon (2) Låg kyl-, skjuv- och orienteringszon

Minskning av flödesinducerad restspänning

Processförhållanden som minskar skjuvspänningen i smältan kommer att minska nivån av flödesinducerade restspänningar. I allmänhet är den flödesinducerade restspänningen en storleksordning mindre än den termiskt inducerade restspänningen. Kina mögel leverantör

• högre smälttemperatur
• högre temperatur mellan form och vägg
• längre fyllningstid (lägre smälthastighet)
• minskat packningstryck
• kortare flödesväg.

 Termiskt inducerad restspänning

Värmeinducerad restspänning uppstår av följande skäl:

• Materialet krymper när temperaturen sjunker från processinställningarna till de omgivande förhållanden som råder när processen är klar.
• Materialelementen upplever olika termomekaniska förlopp (t.ex. olika kylhastigheter och packningstryck) när materialet stelnar från formväggen till mitten.
• Förändringar i tryck, temperatur, molekyl- och fiberorientering resulterar i varierande densitet och mekaniska egenskaper.
• Vissa formbegränsningar hindrar den gjutna delen från att krympa i plana riktningar.

Exempel på fri släckning

Materialkrympning under formsprutning kan enkelt demonstreras med ett exempel på fri kylning, där en del med enhetlig temperatur plötsligt kläms mellan kalla formväggar. Under de tidiga kylningsstegen, när de yttre ytskikten kyls och börjar krympa, är huvuddelen av polymeren i den varma kärnan fortfarande smält och fri att dra ihop sig. Men när den inre kärnan svalnar begränsas den lokala termiska kontraktionen av de redan styva yttre skikten. Detta resulterar i en typisk spänningsfördelning med spänning i kärnan som balanseras av kompression i de yttre lagren, vilket illustreras i figur 2 nedan.

FIGUR 2. Utvecklingen av kvarvarande termisk spänning i en "fritt kylande" detalj på grund av variationer i kylning över den gjutna detaljen och materialets respons på temperaturhistoriken.