Sådan forbedres intern stress med skimmeltemperatur
Indholdsfortegnelse
Lad os først afklare et koncept: hvad er indre stress?
Intern spænding refererer til den selvudjævnende restspænding, der er frosset inde i polymeren (plastmolekyler) inde i det støbte produkt efter sprøjtestøbningDens grundlæggende årsag ligger i, at polymerens afkølingsprocessen fra smeltet tilstand til fast tilstand er en ikke-ligevægtsproces, hvor relaksationstiden for molekylkæder ikke matcher afkølingstidsskalaen, hvilket forhindrer systemet i at nå termodynamisk ligevægt.
Kort sagt: Efter sprøjtestøbning af smeltet plast er de indre plastmolekyler, som har tendens til at trække sig sammen og give efter, på grund af hurtig afkøling og størkning begrænset af formhulrummet og ude af stand til at frigøre denne tendens. Det er et dødvande, hvor man "vil frigøre sig, men ikke kan".
Den primære kilde til intern stress
Den indre spænding i plast kommer primært fra to aspekter:
Orientering Intern stress genereret af strømningsorientering
- Udstrækning: I løbet af sprøjtestøbning, de smeltede plastiske molekylkæder er uordnede. Når de passerer gennem smalle porte og kanaler, bliver de tvunget til at strække og rette ud af stærke forskydningskræfter, arrangeret i strømningsretningen (og danner en orientering).
- Fryse: Ideelt set har disse strakte molekylkæder, hvis de afkøles langsomt, nok tid til at slappe af og trække sig tilbage til deres naturlige krøllede tilstand (drevet af entropiforøgelse). Men i virkeligheden er formen kold, og afkølingshastigheden er ekstremt hurtig.
- Stressgenerering: Molekylkæden "fryses" øjeblikkeligt i denne strakte og unaturlige, udstrakte tilstand, før den kan trækkes tilbage.
Termisk stress forårsaget af ujævnt temperaturfelt
- Temperaturforskel: Smeltet plast (f.eks. over 200 °C) sprøjtes ind i en kold form (f.eks. 60 °C). Når den kommer i kontakt med den kolde formvæg, vil overfladen øjeblikkeligt afkøles og størkne, hvorved der dannes en hård "skal".
- Asynkron krympning: På dette tidspunkt er kernedelen inde i produktet stadig i en smeltet tilstand med høj temperatur. Da det indre langsomt begyndte at køle af og forsøge at trække sig sammen, blev dets handlinger tæt begrænset af den allerede størknede "hårde skal" yderside.
Stressgenerering: - Indre: ønsker at trække sig sammen, men trækkes af den ydre skal, hvilket resulterer i trækspænding (strakt spænding) indeni. Overflade: trækkes af tendensen til indre sammentrækning, hvilket resulterer i trykspænding (komprimeret spænding) på overfladen.
Problemer forårsaget af indre stress
Den ovennævnte indre spænding er en modstridende tilstand af "at ville give slip, men ikke at være i stand til at give slip" på grund af formhulrummets begrænsninger. Hvad hvis vi bryder fri fra hulrummets begrænsninger? Følgende problemer vil opstå.
- Vridning og deformation: Dette er den mest almindelige konsekvens. Når den interne spændingsfordeling er ujævn, vil den forsøge at bøje materialet i retning af lavere spænding for at finde balance, hvilket resulterer i ustabile produktdimensioner og manglende evne til at samle.
- Spændingsrevnedannelse: Dette er den mest fatale konsekvens. Ved opbevaring, brug eller kontakt med kemiske opløsningsmidler kan en lille ekstern stimulus kombineret med den enorme indre belastning få produktet til at revne uden varsel.
- Nedsat dimensionsnøjagtighed: Frigivelsen af indre spændinger kan få produktet til langsomt at deformeres over tid, hvilket gør det ude af stand til at opfylde de dimensionelle krav til præcisionsdele.
Produkthvidning og nedsat optisk ydeevne: I områder med stresskoncentrationer kan ændringer i materialets tæthed forårsage lysspredning, hvilket resulterer i "sølvlinjer" eller stresshvidning.
Effekten af skimmeltemperatur på forbedring af intern stress
Uanset om det er retningsbestemt stress eller termisk stress. I sprøjtestøbningsprocessen er det nødvendigt fundamentalt at justere frysetiden og krympetiden for at håndtere de negative fænomener forårsaget af stress.
Hvordan justerer man det?
Der er to retninger inden for håndværk.
Den ene er at juster køletiden af produktets frosne lag og justere densitetskrympningen af hver del gennem flere trin af trykholdning. Hvis du ikke forstår, kan du gå tilbage til min tidligere artikel for at forklare eksempler på trykholdning.
Det andet er at brug vores formtemperaturReducer stress ved at kontrollere frysetiden gennem formtemperaturen, og kompenser for ujævn krympning i forskellige dele af produktet gennem justering af formtemperaturen.
Indstilling af kriterier for materialeformtemperatur
Glasovergangstemperaturen (Tg) og krystalliniteten af forskellige materialer varierer betydeligt, og der er betydelige forskelle i formtemperaturindstillingerne. Krystallinske materialer kræver "krystallisationstemperaturtilpasning", mens ikke-krystallinske materialer kræver "en nedbremsning af kølehastigheden".
Følgende er de generelle optimeringsområder (som skal justeres i forbindelse med plastdelens vægtykkelse: hvis vægtykkelsen er ≥ 3 mm, skal formtemperaturen øges passende med 5-10 ℃):
Materialetype | Repræsentative materialer | Anbefalet temperaturområde for skimmel | Nøglepunkter for at reducere indre stress |
|---|---|---|---|
Lav krystallinitet | PP/PE | 20~50 ℃ | Forskellen i hulrums-/kernetemperatur ≤5 ℃ for at undgå ujævn krympning forårsaget af hurtig afkøling ved lave temperaturer |
Høj krystallinitet | POM/PA6/PA66 | 40~80℃ (60~90℃ anbefales til glasfiberforstærket PA) | Utilstrækkelig krystallisering og intern mikrostress forekommer ved for lav formtemperatur; formklæbning er sandsynlig ved for høj formtemperatur, hvilket kræver finjustering af holdetrykket. |
Amorf (lav Tg) | ABS/HOFTER | 40~70 ℃ | Forøgelse af formtemperaturen til 50~60 ℃ reducerer molekylær orienteringsspænding betydeligt og forbedrer delens sprødhed (f.eks. revneudsatte problemer med ABS) |
Amorf (høj Tg) | PC/PMMA/strømforsyning | 80~120 ℃ (100~130 ℃ anbefales til tykvæggede pc-dele) | For lav formtemperatur er hovedårsagen til overbelastning af indre spændinger; høj formtemperatur er nødvendig for at opnå langsom smeltekøling og tilstrækkelig molekylær afslapning; en formtemperatur ≥90 ℃ for PMMA kan i høj grad reducere krakeleringer/revnedannelser. |
Legeringsmaterialer | PC/ABS/PBT/PEEK | 60~100 ℃ (120~180 ℃ anbefales til PEEK ved høj temperatur) | Indstil formtemperaturen baseret på den høje Tg-komponent (f.eks. PC som benchmark for PC/ABS med formtemperatur ≥80 ℃) for at afbalancere krympningsforskellen mellem de to materialer. |
Princippet om at kontrollere deformation ved temperaturforskel i formen
Her vil jeg tage deformation som et eksempel for at forklare i detaljer, hvorfor formtemperaturforskel kan kontrollere deformation?
Lad os tage det produkt, der vred og deformerede sig i retning af den forreste form, som et eksempel. Lad os derefter fokusere på hovedpunkterne!
Lad os glemme de tidligere teorier her, såsom konceptet med tidsudvidelse, termisk stressorientering og entropistigning og -fald.
Lad mig give dig et interessant eksempel, der kan hjælpe dig med at forstå:
- Scenarie: En smal korridor med venstre og højre vægge, der repræsenterer hulrummene i de forreste og bageste forme.
- Hovedperson: To plastikmolekylefigurer står midt i gangen. De er lige blevet varmet op (smeltet og fyldt) og forbereder sig nu på at lave en "statisk form" (afkøling og formning).
Akt 2: Uundgåelig trækning (deformation)
Nu trækker den lille person til venstre desperat til venstre, mens den lille person til højre ikke har nogen modstand. Resultatet er tydeligt: hele den lille person til højre trækkes ukontrolleret til venstre (lavtemperatursiden). Det er den vridningsdeformation, vi ser.
Så hvordan opretholder man stabilitet (eliminerer deformation)?
Plan A: Optø den lille person, der holder fast i væggen (svarende til at øge temperaturen på den lave sideform)
- Beskrivelse: Dommeren blæser hurtigt varm luft til den lille person til venstre og siger: "Vær ikke så stram, slip dine hænder og slap lidt af".
- Effekt: Musklerne hos den lille person til venstre tøede op og slap gradvist den hånd, der greb fat i væggen (og frigjorde den indre stressafspænding). Balancen mellem venstre og højre kræfter blev genoprettet, og holdet stod rank.
- Professionel korrespondance: Ved at øge lavtemperatur-sideformens temperatur, sænke kølehastigheden og give afslapningstid for molekylkæder, kan orienteringsspænding og termisk belastning reduceres.
Mulighed B: Lad personen på den anden side også "gribe fat i armlænet" (svarende til at reducere formtemperaturen på den side, der er udsat for høj temperatur)
- Beskrivelse: Dommeren vendte sig og beordrede personen til højre: "Vær ikke inaktiv, frys straks til og tag fat i gelænderet til højre."
- Effekt: Den lille person til højre frøs også øjeblikkeligt til og greb fat i den højre væg. Nu trækker begge sider desperat mod deres egen side med modsatrettede kræfter og når en ny og anspændt balance. Selvom holdet har stabiliseret sig, er hvert medlem meget "trætte" (på grund af høj indre stress).
- Professionel korrespondance: Ved at reducere formtemperaturen på højtemperatursiden synkroniseres og accelereres kølehastigheden med lavtemperatursiden. Dette opnår "synkron frysning", selvom det samlede niveau af intern spænding i produktet er højt, er fordelingen symmetrisk og ikke let at forårsage vridning. Dette er en afbalanceret strategi til at "bekæmpe gift med gift".
Konklusion
Nu burde du forstå det!
Årsagen til deformation er ikke i sig selv den indre spænding, men den ujævne størrelse af den indre spænding på venstre og højre side.
Vi kan ændre denne tilstand ved at justere temperaturforskellen i formen, enten ved at fremme spændingsafslapning gennem 'ledafslapning' eller ved at opnå symmetrisk frysning gennem 'ledspænding'!
Ofte stillede spørgsmål
Hvad er hovedårsagen til indre spændinger i sprøjtestøbte dele?
Ujævn krympning af smelten under fyldnings- og afkølingsfaserne er den primære årsag. Det involverer i bund og grund hurtig afkøling, som fryser molekylkæder, ujævn temperaturforskel mellem hulrum og kerne, overmolekylær orientering på grund af forkert injektionshastighed og manglende krystallisation (for krystallinske materialer).
Kan ændring af formens temperatur fjerne den indre spænding fuldstændigt?
Nej. Justering af Formens temperatur er bestemt den mest ligefremme og effektive måde at sænke den indre spænding på, men det bør kombineres med injektionsprocesparametre (injektionshastighed, holdetryk) og optimering af formstrukturen (ensartet vandvej). For dele med stor risiko for deformation (såsom tykvæggede PC-dele), efterbehandling (hærdning) er også nødvendigt til fjerner yderligere restspænding.
Hvorfor har formtemperaturen forskellige effekter på den indre spænding i krystallinske og amorfe materialer?
I tilfælde af krystallinske materialer (såsom PP/POM/PA) anvendes en passende Formens temperatur indstilling kan føre til til ensartet og fuldstændig krystallisation, hvilket eliminerer mikrospændinger forårsaget af ujævn krystallisation; hvorimod i tilfælde af amorfe materialer (såsom PC/ABS/PMMA) skimmel Temperaturen er primært en regulator for molekylær orientering, og ved at øge formtemperaturen kan afkølingsprocessen bremses til tillader tilstrækkelig molekylær relaksation, hvilket reducerer orienteringsstress.
Hvilke enkle metoder kan bruges til at detektere indre spændinger i sprøjtestøbte dele under støbeprøver?
Flere af dem enkel opdagelse metoder oftest brugt lokalt er: acetone-immersionstest (for PC/PMMA, kontroller om der opstår krakeleringer eller revner efter iblødsætning); bøjningstest (for ABS/HIPS, kontroller hvor let revner der opstår ved bøjning); visuel inspektion (undersøg delens overflade for tydelige sølvstriber, vridninger eller revner).
Hvordan varierer man formtemperaturen for henholdsvis tykvæggede, tyndvæggede og tynde dele for at reducere indre spændinger?
I tilfælde af tykke dele med vægge (vægtykkelse 3 mm) skimmel Temperaturen bør hæves med 5~10 i forhold til standardområdet, hvilket sænker kølehastigheden for at forhindre intern krympespænding; På den anden side, for tynde, væggede dele (vægtykkelse 1. 5 mm), bør formtemperaturen være indstillet på mediet til højt niveau af det anbefalede område og anvendes i forbindelse med medium og lav injektionshastighed for at reducere molekylær orienteringsspænding på grund af hurtig fyldning.
Kommentarer
Nyeste Indlæg
Relaterede Blogs
Senyo ' s blog er fokuseret på at dele vores omfattende viden om, prototype fremstilling. Gennem vores artikler, vi har til formål at støtte dig i at raffinere dit produkt design og navigere i kompleksiteten af rapid prototyping mere effektivt.
