Analiza resztkowych naprężeń w produktach wykonanych z wtryskiem

Generowanie naprężeń wewnętrznych w produktach wykonanych z formowania wtryskowego

W produktach wykonanych z formowania wtryskowego lokalny stan naprężenia jest różny w różnych częściach, a stopień odkształcenia produktu będzie zależał od rozkładu naprężeń. Jeśli podczas chłodzenia występuje gradient temperatury, wystąpi ten rodzaj stresu, więc ten rodzaj stresu jest również nazywany "stresem formującego".

Naprężenie wewnętrzne produktów wykonanych z formowaniem wtryskowym obejmuje dwa typy: jeden tworzy stres, a drugi to stres temperaturowy.

Kiedy stopiony materiał wchodzi do chłodniejszej formy, stop w pobliżu ściany wnęki formy szybko zestala się i zamraża segment łańcucha molekularnego. Ze względu na słabą przewodność cieplną zestalonej warstwy polimeru, w kierunku grubości produktu powstaje większy gradient temperatury. Środek produktu zestala się dość powoli, tak że gdy brama jest zamknięta, jednostka stopiona w środku produktu nie zestala się, a maszyna do formowania wtryskowego nie może uzupełnić skurczu chłodzącego. Zatem wewnętrzny skurcz formowanego wtryskowo produktu jest przeciwny do efektu twardej skóry; podczas gdy środek jest w statycznym rozciąganiu, powierzchnia jest w statycznym ściskaniu.

Oprócz naprężeń spowodowanych efektem skurczu objętości podczas napełniania i przepływu stopu, występuje również naprężenie spowodowane efektem rozszerzania się prowadnicy i wylotu bramki. Ten pierwszy efekt powoduje naprężenie związane z kierunkiem przepływu stopu, podczas gdy drugi powoduje naprężenie prostopadłe do kierunku przepływu z powodu ekspansji wylotowej.

Czynniki procesowe wpływające na naprężenia orientacyjne w produktach wykonanych z formowania wtryskowego

Pod warunkiem szybkiego chłodzenia wpływ naprężeń orientacyjnych może powodować powstawanie naprężeń wewnętrznych w polimerach. Ze względu na wysoką lepkość stopionego polimeru naprężenia wewnętrzne nie mogą się szybko rozluźnić, co wpływa na właściwości fizyczne i stabilność wielkości produktu.

Wpływ różnych parametrów na stres orientacyjny

• Temperatura topnienia: Wysoka temperatura topnienia prowadzi do niskiej lepkości, a stopień orientacji zmniejsza się wraz ze spadkiem naprężenia ścinania. Z drugiej strony, wysoka temperatura topnienia może przyspieszyć relaksację stresu i promować zdolność do rozluźnienia orientacji. Jednak w przypadku niezmienionego ciśnienia maszyny do formowania wtryskowego ciśnienie wnęki wzrośnie, a silna siła ścinająca spowoduje wzrost naprężenia orientacyjnego.

• Opóźnienie czasu utrzymywania ciśnienia przed zamknięciem dyszy zwiększy naprężenie orientacyjne.
  

• Zwiększenie ciśnienia wtrysku lub ciśnienia trzymania zwiększy naprężenie orientacyjne.
  

• Wysoka temperatura formy może zapewnić powolne chłodzenie produktu formowanego wtryskowo, odgrywając rolę w rozluźnieniu naprężeń orientacyjnych.
  

• Zwiększ grubość produktu, aby zmniejszyć naprężenie orientacyjne, ponieważ grubościenny produkt chłodzi się powoli, lepkość rośnie powoli, a proces relaksacji naprężenia jest długi, więc stres orientacyjny jest mały.
  

Wpływ na stres temperaturowy

Jak wspomniano powyżej, ze względu na duży gradient temperatury między stopem a ścianą formy podczas napełniania, zewnętrzna warstwa zestalonego stopu blokuje skurcz warstwy wewnętrznej, skutkujące naprężeniem ściskającym (naprężeniem skurczowym) warstwy zewnętrznej i naprężeniem rozciągającym (naprężeniem orientacyjnym) na warstwie wewnętrznej.

Jeśli ciśnienie wnęki formy jest utrzymywane przez długi czas po napełnieniu, stopiony polimer uzupełni wnękę formy, co zwiększy ciśnienie wnęki formy i zmieni wewnętrzne naprężenie spowodowane nierównościami temperatury. Ale w przypadku krótkiego czasu utrzymywania i niskiego ciśnienia wnęki, wewnętrzne naprężenie formowanego wtryskowo produktu pozostanie takie samo jak podczas chłodzenia.

Jeśli ciśnienie wnęki formy jest niewystarczające podczas początkowego chłodzenia produktu, zewnętrzna warstwa produktu utworzy zagłębienia z powodu krzepnięcia i skurczu, podczas gdy jeśli ciśnienie wnęki formy jest niewystarczające po utworzeniu zimnej i twardej warstwy produktu, Wewnętrzna warstwa produktu rozdzieli się z powodu skurczu lub utworzy puste przestrzenie. Jeśli ciśnienie wnęki formy zostanie utrzymane przed zamknięciem bramy, korzystne jest poprawienie gęstości produktu, wyeliminowanie stresu temperaturowego chłodzenia, ale spowoduje to większe stężenie naprężeń w pobliżu bramy.

Dlatego im wyższe ciśnienie wnęki formy i im dłuższy czas utrzymywania, tym bardziej korzystne jest zmniejszenie naprężenia skurczowego spowodowanego temperaturą i odwrotnie, zwiększy to naprężenie ściskające.

Związek między stresem wewnętrznym a jakością produktów wykonanych z formowaniem wtryskowym

Obecność naprężeń wewnętrznych w produkcie poważnie wpłynie na właściwości mechaniczne i wydajność produktu formowanego wtryskowo; ze względu na nierównomierny rozkład naprężeń wewnętrznych w produkcie, podczas użytkowania wystąpią pęknięcia. W przypadku stosowania poniżej temperatury zeszklenia mogą wystąpić nieregularne odkształcenia lub wypaczenia, a powierzchnia produktu może stać się „ biała ”, mętna, a właściwości optyczne mogą ulec pogorszeniu.

Wysiłki mające na celu obniżenie temperatury przy bramce i wydłużenie czasu chłodzenia są korzystne dla poprawy nierównomiernego naprężenia produktu, dzięki czemu właściwości mechaniczne produktu są jednolite.

Niezależnie od tego, czy chodzi o polimery krystaliczne czy amorficzne, wytrzymałość na rozciąganie wykazuje właściwości anizotropowe. Wytrzymałość na rozciąganie amorficznych polimerów zmienia się w zależności od położenia bramy; gdy brama jest wyrównana z kierunkiem napełniania, wytrzymałość na rozciąganie zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury topnienia; gdy brama jest prostopadła do kierunku napełniania, wytrzymałość na rozciąganie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury topnienia.

Ponieważ wzrost temperatury topnienia wzmacnia rozluźnienie naprężeń orientacyjnych, a osłabienie naprężeń orientacyjnych zmniejsza wytrzymałość na rozciąganie, na orientację może wpływać orientacja bramki przez kierunek przepływu, a ponieważ anizotropia polimerów amorficznych jest bardziej znacząca niż polimerów krystalicznych, Wytrzymałość na rozciąganie w kierunku prostopadłym do przepływu jest większa dla polimerów amorficznych niż dla polimerów krystalicznych. Formowanie wtryskowe w niskiej temperaturze ma większą anizotropię mechaniczną niż formowanie wtryskowe w wysokiej temperaturze. Gdy temperatura wtrysku jest wysoka, stosunek wytrzymałości kierunku prostopadłego do kierunku przepływu wynosi 1,7, podczas gdy temperatura wtrysku jest niska, stosunek wynosi 2.

Dlatego wzrost temperatury topnienia spowoduje spadek wytrzymałości na rozciąganie zarówno dla polimerów krystalicznych, jak i amorficznych, ale mechanizmy są różne. Ten pierwszy wynika z efektów orientacji, co obniża wytrzymałość na rozciąganie.