Генерация внутреннего напряжения
В изделиях, полученных литьем под давлением, локальное напряженное состояние различается, а деформация определяется распределением остаточных напряжений. При температурном градиенте во время охлаждения такое напряжение развивается, поэтому его называют формовочным.
В деталях, отлитых под давлением, действуют два типа внутренних напряжений: формовочные и остаточные температурные. Когда расплав поступает в холодную пресс-форму, слой у стенки быстро охлаждается и затвердевает, замораживая сегменты молекулярных цепей.
Из-за плохой остаточной теплопроводности затвердевшего полимерного слоя возникает большой градиент температуры в направлении толщины изделия.
Сердцевина изделия затвердевает довольно медленно, поэтому к моменту запирания впуска расплав в центре изделия ещё не успевает затвердеть, а термопластавтомат уже не может компенсировать усадку при охлаждении.
Таким образом, внутренняя усадка изделия происходит в направлении, противоположном действию твердого слоя кожи; сердцевина находится в статическом растяжении, а поверхностный слой - в статическом сжатии.
В потоке заливки расплава, помимо эффекта объемной усадки, вызванного напряжением. Существуют также напряжения, вызванные эффектом расширения бегуна и выпускного отверстия затвора; первый эффект вызывает напряжения, связанные с направлением потока расплава, а второй вызывает напряжения в направлении, перпендикулярном потоку, из-за эффекта расширения выпускного отверстия.
Факторы процесса, влияющие на напряжение
В условиях быстрого охлаждения ориентация приведет к образованию напряжения в полимере. Из-за высокой вязкости расплава полимера внутреннее напряжение не может быть быстро снято, что влияет на физические свойства и стабильность размеров изделия.
Влияние каждого параметра на ориентационное напряжение
(1) Температура расплава, высокая температура расплава, низкая вязкость и напряжение сдвига уменьшают ориентацию; с другой стороны, из-за высокой температуры расплава релаксация напряжения ускоряется, что способствует усилению неориентации.
(2) В случае, если давление в ТПА не меняется, давление в полости пресс-формы увеличивается, а сильный эффект сдвига приводит к увеличению ориентационного напряжения.
(3) Увеличение времени выдержки перед закрытием сопла приведет к увеличению ориентационного напряжения.
(4) Увеличение давления впрыска или давления выдержки приведет к увеличению ориентационного напряжения.
(5) Высокая температура пресс-формы обеспечивает медленное остывание изделия и играет определенную роль в его неориентации.
(6) Увеличьте толщину изделия, чтобы уменьшить напряжение ориентации, потому что толстостенные изделия охлаждаются медленно, вязкость увеличивается, а процесс релаксации напряжения длится долго, поэтому напряжение ориентации невелико.
Влияние температурного стресса
(1) Как указано выше, из-за большого градиента температуры между расплавом и стенкой при заполнении формы внешний слой расплава, затвердевающий первым, препятствует усадке внутреннего тонкого поверхностного слоя, затвердевающего позже. В результате во внешнем слое возникает сжимающее напряжение (напряжение усадки), а во внутреннем — растягивающее напряжение (ориентационное напряжение).
(2) Если форма заполнена и длительное время остается под воздействием давления выдержки, расплав полимера дополнительно поступает в полость формы, из-за чего давление литья в полости возрастает, а это давление изменяет внутренние напряжения вследствие неравномерной температуры.
Однако в случае короткого времени выдержки и низкого давления в полости продукт при охлаждении сохраняет первоначальное напряженное состояние.
(3) При недостаточном давлении в полости на ранней стадии охлаждения наружный слой образует впадину из-за усадки. Если давление в полости литьевой пресс-формы недостаточно позднее, когда сформирован холодный твердый слой, внутренний слой расслаивается или образует пустоты.
(4) Если давление в полости поддерживается до закрытия затвора, это благоприятно для повышения плотности продукта и устранения температурного напряжения при охлаждении, но вблизи затвора будет создаваться большая концентрация напряжений.
(5) Таким образом, кажется, что чем больше давление в пресс-форме, тем больше время выдержки, что способствует уменьшению усадочного напряжения, создаваемого температурой, и наоборот, увеличивает сжимающее напряжение.
Взаимосвязь между внутренним стрессом и качеством продукции
(1) Наличие внутреннего напряжения в изделии серьезно влияет на механические свойства и эксплуатационные характеристики изделия; из-за наличия и неравномерного распределения внутреннего напряжения в процессе использования изделия могут появиться трещины.
При температуре стеклования ниже температуры использования часто возникают неравномерные деформации или коробления, а также приводят к тому, что поверхность изделия “белеет”, мутнеет, ухудшаются оптические свойства.
(2) Постарайтесь снизить температуру на воротах и увеличить время медленного охлаждения, что способствует улучшению неравномерности остаточного напряжения в изделии, чтобы механические свойства изделия были однородными.
(3) Независимо от того, кристаллический полимер или некристаллический, прочность на разрыв имеет анизотропные характеристики.
Для аморфных полимеров прочность на растяжение зависит от положения литника. Если он направлен вдоль заполнения, прочность снижается с ростом температуры расплава; если перпендикулярен направлению заполнения литьевой пресс-формы, прочность возрастает.
(4) Повышение температуры расплава приводит к усилению эффекта переориентации, а ослабление эффекта ориентации снижает прочность на разрыв.
Ориентация затвора влияет на ориентацию, воздействуя на направление потока материала, а поскольку анизотропия некристаллических полимеров сильнее, чем кристаллических, прочность на разрыв в направлении, перпендикулярном направлению потока, для первых выше, чем для вторых.
Низкотемпературное литье под давлением обладает большей механической анизотропией, чем высокотемпературный впрыск: отношение прочности поперек направления потока составляет 1.7 при высокой и 2 при низкой температуре впрыска.
(5) Таким образом, получается, что повышение температуры расплава приводит к снижению прочности на разрыв как для кристаллических, так и для некристаллических полимеров, но механизм разный; в первом случае он обусловлен эффектом уменьшения за счет ориентации.
Нужно коммерческое предложение для вашего проекта литья под давлением?Получите конкурентную цену, рекомендации DFM и график производства от инженерной команды ZetarMold.
Запросить бесплатное предложение → Полный обзор представлен в нашем полном руководстве по литью под давлением.
