Jak zlepšit vnitřní napětí pomocí teploty formy
Obsah
Nejprve si ujasněme jeden pojem: Co je to vnitřní napětí?
Vnitřní napětí se vztahuje k samovyrovnávacímu zbytkovému napětí zmrazenému v polymeru (molekulách plastu) uvnitř lisovaného výrobku po vstřikování plastůJeho hlavní příčina spočívá ve skutečnosti, že proces ochlazování polymeru z roztaveného do pevného stavu je nerovnovážný proces, kde relaxační doba molekulárních řetězců neodpovídá časovému rámce ochlazování, což brání systému v dosažení termodynamické rovnováhy.
Jednoduše řečeno: Po vstřikování roztaveného plastu jsou vnitřní molekuly plastu, které mají tendenci se smršťovat a odrážet, v důsledku rychlého ochlazování a tuhnutí omezeny dutinou formy a nemohou se této tendence zbavit. Je to patová situace „chceme se zbavit, ale nemůžeme“.
Hlavní zdroj vnitřního stresu
Vnitřní pnutí v plastech pochází hlavně ze dvou hledisek:
Orientace Vnitřní napětí generované orientací proudění
- Protahování: Během vstřikování plastůMolekulární řetězce roztaveného plastu jsou neuspořádané. Při průchodu úzkými vtokovými otvory a kanály jsou násilně natahovány a narovnávány silnými smykovými silami, uspořádanými ve směru proudění (vytvářející orientaci).
- Zmrazit: V ideálním případě mají tyto natažené molekulární řetězce při pomalém ochlazování dostatek času na relaxaci a stažení zpět do svého přirozeného zkrouceného stavu (v důsledku zvýšení entropie). Ve skutečnosti je však forma studená a rychlost ochlazování je extrémně vysoká.
- Vznik stresu: Molekulární řetězec je v tomto nataženém a nepřirozeně prodlouženém stavu okamžitě „zmrazen“, než se může stáhnout.
Tepelné namáhání způsobené nerovnoměrným teplotním polem
- Teplotní rozdíl: Roztavený plast (např. nad 200 °C) se vstřikuje do studené formy (např. 60 °C). Když se dostane do kontaktu se studenou stěnou formy, povrch okamžitě ochladne a ztuhne, čímž se vytvoří tvrdá „skořápka“.
- Asynchronní smrštění: V tomto okamžiku je jádro uvnitř produktu stále v roztaveném stavu s vysokou teplotou. Jak se vnitřek začal pomalu ochlazovat a pokoušet se smrštit, zjistil, že jeho činnost je pevně omezena již ztuhlou „tvrdou skořápkou“ na vnější straně.
Vznik stresu: - Vnitřní: chce se smrštit, ale je tažen vnější skořepinou, což má za následek tahové napětí (natažené napětí) uvnitř. Povrch: je tažen tendencí vnitřní smršťování, což má za následek tlakové napětí (stlačené napětí) na povrchu.
Problémy způsobené vnitřním stresem
Výše zmíněné vnitřní napětí je protichůdný stav „chtění se uvolnit, ale nemožnost uvolnit“ kvůli omezením dutiny formy. Co když se od omezení dutiny osvobodíme? Nastanou následující problémy.
- Deformace a prohýbání: Toto je nejčastější důsledek. Pokud je rozložení vnitřního napětí nerovnoměrné, dochází k pokusu o ohnutí materiálu ve směru nižšího napětí, aby se dosáhlo rovnováhy, což má za následek nestabilní rozměry výrobku a nemožnost montáže.
- Praskání od napětí: Toto je nejnebezpečnější důsledek. Při skladování, používání nebo kontaktu s chemickými rozpouštědly se může mírný vnější podnět spojit s enormním vnitřním napětím a způsobit tak nečekané prasknutí produktu.
- Snížená rozměrová přesnost: Uvolnění vnitřního napětí může způsobit, že se výrobek časem pomalu deformuje, takže nebude schopen splňovat rozměrové požadavky na přesné díly.
Bělení produktu a snížený optický výkon: V oblastech s koncentrací napětí mohou změny hustoty materiálu způsobit rozptyl světla, což má za následek „stříbrné čáry“ nebo bělení v důsledku napětí.
Vliv teploty formy na zlepšení vnitřního napětí
Ať už se jedná o směrové namáhání nebo tepelné namáhání. Abychom se vyrovnali s nepříznivými jevy způsobenými namáháním, musíme v procesu vstřikování plastů zásadně upravit dobu tuhnutí a dobu smršťování.
Jak to upravit?
Co se týče řemeslného zpracování, existují dva směry.
Jedním z nich je upravte dobu chlazení zmrazené vrstvy produktu a upravte smrštění hustoty každé části pomocí několika fází udržování tlaku. Pokud tomu nerozumíte, můžete se vrátit k mému předchozímu článku, kde jsou vysvětleny příklady udržování tlaku.
Druhým je použijte naši teplotu formySnižte namáhání regulací doby tuhnutí pomocí teploty formy a kompenzujte nerovnoměrné smrštění v různých částech výrobku úpravou teploty formy.
Nastavení kritérií pro teplotu materiálu formy
Teplota skelného přechodu (Tg) a krystalinita různých materiálů se značně liší a existují značné rozdíly v nastavení teploty formy. Krystalické materiály vyžadují „přizpůsobení teploty krystalizace“, zatímco nekrystalické materiály vyžadují „zpomalení rychlosti ochlazování“.
Následují obecné optimalizační rozsahy (které je třeba upravit v souvislosti s tloušťkou stěny plastového dílu: pokud je tloušťka stěny ≥ 3 mm, měla by se teplota formy odpovídajícím způsobem zvýšit o 5–10 °C):
Material Type | Reprezentativní materiály | Doporučený teplotní rozsah formy | Klíčové body pro snížení vnitřního stresu |
|---|---|---|---|
Nízká krystalinita | PP/PE | 20~50℃ | Teplotní rozdíl mezi dutinou a jádrem ≤5 °C, aby se zabránilo nerovnoměrnému smrštění způsobenému rychlým ochlazováním při nízkých teplotách |
Vysoká krystalinita | POM/PA6/PA66 | 40~80℃ (60~90℃ doporučeno pro PA vyztužený skleněnými vlákny) | Při nadměrně nízké teplotě formy dochází k nedostatečné krystalizaci a vnitřnímu mikropásu; při nadměrně vysoké teplotě formy je pravděpodobné přilepení formy, což vyžaduje jemné doladění přídržného tlaku. |
Amorfní (nízká Tg) | Břišní svaly/kyčle | 40~70℃ | Zvýšení teploty formy na 50~60℃ významně snižuje napětí v molekulární orientaci a zlepšuje křehkost součásti (např. problém s náchylností k praskání u ABS) |
Amorfní (vysoká Tg) | PC/PMMA/zdroj | 80~120℃ (pro silnostěnné PC součástky doporučeno 100~130℃) | Příliš nízká teplota formy je hlavní příčinou nadměrného vnitřního pnutí při zušlechťování; pro dosažení pomalého chlazení taveniny a dostatečné molekulární relaxace je nutná vysoká teplota formy; teplota formy ≥90 °C pro PMMA může výrazně snížit tvorbu trhlin/praskání. |
Slitinové materiály | PC/ABS/PBT/PEEK | 60~100℃ (pro vysokoteplotní PEEK doporučeno 120~180℃) | Nastavte teplotu formy na základě složky s vysokou teplotou srážení (např. PC jako referenční hodnota pro PC/ABS s teplotou formy ≥80 ℃), abyste vyrovnali rozdíl smrštění obou materiálů. |
Princip řízení deformace teplotním rozdílem ve formě
Zde vezmu deformaci jako příklad, abych podrobně vysvětlil, proč může teplotní rozdíl formy ovlivňovat deformaci?
Vezměme si jako příklad produkt, který se zdeformoval a zkřivil ve směru přední formy. Dále se zaměřme na klíčové body!
Zapomeňme na předchozí teorie, jako je koncept dilatace času, orientace tepelného napětí a nárůstu a poklesu entropie.
Dovolte mi uvést zajímavý příklad, který vám pomůže pochopit:
- Scénář: Úzká chodba s levou a pravou stěnou představující dutiny přední a zadní formy.
- Protagonista: Uprostřed chodby stojí dvě plastové molekulární figurky. Právě dokončily zahřívání (tavení a plnění) a nyní se připravují na „statický tvar“ (chlazení a tvarování).
2. dějství: Nevyhnutelné tahání (deformace)
Nyní se malý člověk vlevo zoufale táhne doleva, zatímco malý člověk vpravo neklade žádný odpor. Výsledek je zřejmý: celý malý člověk vpravo je nekontrolovatelně tažen doleva (na stranu s nízkou teplotou). Toto je deformace, kterou vidíme.
Jak tedy udržet stabilitu (eliminovat deformaci)?
Plán A: Rozmrazte malého člověka, který se drží zdi (což odpovídá zvýšení teploty formy na nízkoteplotní straně)
- Popis: Rozhodčí rychle foukne teplý vzduch na drobnou osobu nalevo a řekne: „Nebuď tak napjatý, uvolni ruce a trochu se uvolni.“
- Účinek: Svaly malé osoby na levé straně se roztály a postupně uvolňovaly ruku, která svírala zeď (uvolňovaly vnitřní napětí). Rovnováha levé a pravé síly se obnovila a tým stál rovně.
- Profesionální korespondence: Zvýšením teploty na nízkoteplotní straně formy, zpomalením rychlosti chlazení a poskytnutím relaxační doby pro molekulární řetězce lze snížit orientační napětí a tepelné napětí.
Možnost B: Nechte osobu na druhé straně také „chytit se loketní opěrky“ (což odpovídá snížení teploty formy na straně s vysokou teplotou)
- Popis: Rozhodčí se otočil a nařídil hráči vpravo: „Nezahálej, okamžitě ztuhni a chyť se madla vpravo.“
- Účinek: Malá osoba vpravo také okamžitě ztuhla a chytila se pravé zdi. Nyní se obě strany zoufale přitahují ke své straně, s protichůdnými silami, a dosahují nové a napjaté rovnováhy. Přestože se tým stabilizoval, každý člen je velmi „unavený“ (kvůli vysokému vnitřnímu stresu).
- Profesionální korespondence: Snížením teploty formy na straně s vysokou teplotou se rychlost chlazení synchronizuje a zrychluje se stranou s nízkou teplotou. Tím se dosahuje „synchronního zmrazování“, ačkoli celková úroveň vnitřního napětí ve výrobku je vysoká, jeho rozložení je symetrické a nedochází k jeho deformaci. Jedná se o vyváženou strategii „boje proti jedu jedem“.
Závěr
Teď už bys to měl/a pochopit!
Důvodem deformace není samotné vnitřní napětí, ale nerovnoměrná velikost vnitřního napětí na levé a pravé straně.
Tento stav můžeme změnit úpravou teplotního rozdílu formy, a to buď podporou uvolnění napětí prostřednictvím „uvolnění spojů“, nebo dosažením symetrického zmrazení prostřednictvím „napětí ve spojích“!
Často kladené otázky
Co je hlavní příčinou vnitřního pnutí ve vstřikovaných dílech?
Hlavním důvodem je nerovnoměrné smrštění taveniny během fází plnění a chlazení. V podstatě se jedná o rychlé chlazení, které zmrazuje molekulární řetězce, nerovnoměrný teplotní rozdíl mezi dutinou a jádrem, nadměrnou orientaci molekul v důsledku nesprávné rychlosti vstřikování a nedostatečnou krystalizaci (u krystalických materiálů).
Může změna teploty formy zcela odstranit vnitřní pnutí?
Ne. Nastavení teplota formy je jistě nejpřímější a nejúčinnější způsob, jak snížit vnitřní pnutí, ale měl by být kombinován s parametry vstřikovacího procesu (rychlost vstřikování, přídržný tlak) a optimalizací struktury formy (jednotný vodní tok). U dílů s vysokým rizikem deformace (jako jsou například silnostěnné díly z PC) je nutné provést dodatečné ošetření (popouštění) je také nutné na dále odstranit zbytkové napětí.
Proč má teplota formy různý vliv na vnitřní napětí krystalických a amorfních materiálů?
V případě krystalických materiálů (jako je PP/POM/PA) je vhodné teplota formy prostředí může vést na jednotný a úplná krystalizace, čímž se eliminují mikro pnutí způsobená nerovnoměrnou krystalizací; zatímco v případě amorfních materiálů (jako je PC/ABS/PMMA), plísně Teplota je hlavně regulátorem molekulární orientace a zvýšením teploty formy lze proces chlazení zpomalit. na umožňují dostatečnou molekulární relaxaci, a tím snižují orientační stres.
Jaké jednoduché způsoby lze použít k detekci vnitřního pnutí vstřikovaných, lisovaných dílů během zkušebního procesu formy?
Několik stránek jednoduchý detekce metody nejčastěji použitý lokálně se provádějí: zkouška ponořením do acetonu (u PC/PMMA zkontrolujte, zda se po namáčení objeví praskání nebo popraskání); zkouška ohybem (u ABS/HIPS zkontrolujte snadnost praskání při ohýbání); vizuální kontrola (prohlédněte si povrch dílu, zda neobsahuje viditelné stříbrné pruhy, deformace nebo praskliny).
Jak měnit teplotu formy pro silnostěnné a tenkostěnné díly, aby se snížilo vnitřní pnutí?
V případě silnostěnných dílů (tloušťka stěny 3 mm) plísně Teplota by se měla zvýšit o 5~10 stupňů oproti standardnímu rozsahu, čímž se zpomalí rychlost chlazení a zabrání se vnitřnímu smršťovacímu napětí. Na druhou stranu, u tenkostěnných dílů (tloušťka stěny 1. 5 mm), teplota formy by měla být nastaveno na střední na vysoká úroveň z doporučený rozsah a používá se ve spojení se střední a nízkou rychlostí vstřikování za účelem snížení napětí v molekulární orientaci v důsledku rychlého plnění.
Komentáře
Nejnovější Příspěvky
Související Blogy
Senyo ' s blog je zaměřen na sdílení naše rozsáhlé znalosti z prototypové výroby. Prostřednictvím našich článků, naším cílem je podporovat vás ve rafinace produktu design a navigaci složitosti rapid prototyping efektivněji.
