Come migliorare lo stress interno con la temperatura dello stampo
Sommario
Chiariamo innanzitutto un concetto: Che cos'è lo stress interno?
Lo stress interno si riferisce allo stress residuo autoequilibrante congelato all'interno del polimero (molecole di plastica) all'interno del prodotto stampato dopo stampaggio ad iniezioneLa causa principale risiede nel fatto che il processo di raffreddamento del polimero dallo stato fuso allo stato solido è un processo di non equilibrio, in cui il tempo di rilassamento delle catene molecolari non corrisponde alla scala temporale del raffreddamento, impedendo al sistema di raggiungere l'equilibrio termodinamico.
In parole semplici: dopo lo stampaggio a iniezione della plastica fusa, a causa del rapido raffreddamento e della solidificazione, le molecole interne di plastica, che tendono a contrarsi e a tornare alla loro forma originale, sono vincolate dalla cavità dello stampo e non riescono a liberarsi da questa tendenza. Si tratta di una situazione di stallo in cui "vorrebbero liberarsi ma non ci riescono".
La principale fonte di stress interno
Le tensioni interne delle materie plastiche derivano principalmente da due fattori:
Tensione interna di orientamento generata dall'orientamento del flusso
- Allungamento: Durante stampaggio ad iniezioneLe catene molecolari della plastica fusa sono disordinate. Quando attraversano passaggi e canali stretti, vengono allungate e raddrizzate con forza da intense forze di taglio, disponendosi nella direzione del flusso (formando un orientamento).
- Congelare: Idealmente, se raffreddate lentamente, queste catene molecolari allungate avrebbero tempo sufficiente per rilassarsi e ritornare al loro stato arricciato naturale (spinte dall'aumento di entropia). Ma in realtà, lo stampo è freddo e la velocità di raffreddamento è estremamente elevata.
- Generazione di stress: La catena molecolare viene istantaneamente "congelata" in questo stato allungato e innaturale prima che possa ritrarsi.
Stress termico causato da un campo di temperatura non uniforme
- Differenza di temperatura: La plastica fusa (ad esempio a una temperatura superiore a 200 °C) viene iniettata in uno stampo freddo (ad esempio a 60 °C). Quando entra in contatto con la parete fredda dello stampo, la superficie si raffredda e si solidifica istantaneamente, formando un "guscio" rigido.
- Riduzione asincrona: In questa fase, la parte centrale all'interno del prodotto si trova ancora allo stato fuso ad alta temperatura. Man mano che l'interno inizia a raffreddarsi lentamente e a tentare di contrarsi, i suoi movimenti risultano fortemente limitati dal "guscio duro" esterno, ormai solidificato.
Generazione di stress: - Interno: Il nucleo tende a contrarsi, ma viene tirato dal guscio esterno, generando una sollecitazione di trazione (tensione di allungamento) all'interno. La superficie è tirata dalla tendenza alla contrazione interna, generando una sollecitazione di compressione (tensione di compressione) sulla superficie.
Problemi causati dallo stress interno
La tensione interna menzionata sopra rappresenta una condizione contraddittoria: da un lato si desidera rilasciare, dall'altro non si è in grado di farlo, a causa dei limiti imposti dalla cavità dello stampo. Cosa succederebbe se ci liberassimo da questi limiti? Si verificherebbero i seguenti problemi.
- Deformazione e torsione: Questa è la conseguenza più comune. Quando la distribuzione delle sollecitazioni interne è irregolare, il materiale tenderà a flettersi nella direzione di minore sollecitazione per raggiungere l'equilibrio, con conseguente instabilità delle dimensioni del prodotto e impossibilità di assemblarlo.
- Fessurazioni da stress: Questa è la conseguenza più grave. Durante la conservazione, l'utilizzo o il contatto con solventi chimici, un lieve stimolo esterno può combinarsi con l'enorme stress interno, causando la rottura improvvisa del prodotto.
- Riduzione della precisione dimensionale: Il rilascio delle tensioni interne può causare una lenta deformazione del prodotto nel tempo, rendendolo incapace di soddisfare i requisiti dimensionali dei componenti di precisione.
Sbiancamento del prodotto e riduzione delle prestazioni ottiche: nelle aree di concentrazione delle sollecitazioni, le variazioni di densità del materiale possono causare la dispersione della luce, con conseguente comparsa di "linee argentate" o sbiancamento da stress.
L'effetto della temperatura dello stampo sul miglioramento dello stress interno
Che si tratti di stress direzionale o termico, nel processo di stampaggio a iniezione, per far fronte ai fenomeni avversi causati dallo stress, è necessario intervenire in modo fondamentale controllando il tempo di congelamento e il tempo di ritiro.
Come si regola?
Esistono due direzioni in termini di maestria artigianale.
Uno è quello di regolare il tempo di raffreddamento dello strato congelato del prodotto e regolare la contrazione di densità di ciascuna parte attraverso più fasi di mantenimento della pressione. Se non riesci a capire, puoi tornare al mio articolo precedente per esempi di mantenimento della pressione.
Il secondo è quello di utilizzare la nostra temperatura dello stampoRiduci lo stress controllando il tempo di congelamento tramite la temperatura dello stampo e compensa il ritiro non uniforme nelle varie parti del prodotto regolando la temperatura dello stampo.
Definizione dei criteri per la temperatura dello stampo del materiale
La temperatura di transizione vetrosa (Tg) e la cristallinità dei diversi materiali variano significativamente, e vi sono differenze significative nelle impostazioni della temperatura dello stampo. I materiali cristallini richiedono una "corrispondenza della temperatura di cristallizzazione", mentre i materiali non cristallini richiedono un "rallentamento della velocità di raffreddamento".
Di seguito sono riportati gli intervalli di ottimizzazione generali (che devono essere regolati in base allo spessore della parete del componente in plastica: se lo spessore della parete è ≥ 3 mm, la temperatura dello stampo deve essere opportunamente aumentata di 5-10 ℃):
Tipo di materiale | Materiali rappresentativi | Intervallo di temperatura consigliato per lo stampo | Punti chiave per ridurre lo stress interno |
|---|---|---|---|
Bassa cristallinità | PP/PE | 20~50℃ | Differenza di temperatura tra cavità e nucleo ≤5℃ per evitare restringimenti irregolari causati dal rapido raffreddamento a basse temperature. |
Elevata cristallinità | POM/PA6/PA66 | 40~80℃ (60~90℃ consigliato per PA rinforzato con fibra di vetro) | A temperature dello stampo eccessivamente basse si verificano cristallizzazione insufficiente e microtensioni interne; a temperature dello stampo eccessivamente elevate è probabile l'adesione del materiale, che richiede una regolazione precisa della pressione di tenuta. |
Amorfo (a bassa Tg) | ABS/HIPS | 40~70℃ | L'aumento della temperatura dello stampo a 50~60℃ riduce significativamente le tensioni di orientamento molecolare e migliora la fragilità del pezzo (ad esempio, il problema della tendenza alle crepe dell'ABS). |
Amorfo (alta Tg) | PC/PMMA/Alimentatore | 80~120℃ (100~130℃ consigliato per componenti in PC a parete spessa) | Una temperatura dello stampo eccessivamente bassa è la causa principale delle tensioni interne dovute a un eccessivo riscaldamento; è necessaria un'elevata temperatura dello stampo per ottenere un raffreddamento lento del fuso e un sufficiente rilassamento molecolare; una temperatura dello stampo ≥90℃ per il PMMA può ridurre notevolmente la formazione di crepe/fessure. |
Materiali in lega | PC/ABS/PBT/PEEK | 60~100℃ (120~180℃ consigliato per PEEK ad alta temperatura) | Impostare la temperatura dello stampo in base al componente con Tg più elevata (ad esempio, PC come riferimento per PC/ABS con temperatura dello stampo ≥80℃) per bilanciare la differenza di ritiro dei due materiali |
Il principio del controllo della deformazione mediante differenza di temperatura nello stampo
In questo contesto, prenderò la deformazione come esempio per spiegare in dettaglio perché la differenza di temperatura dello stampo può controllare la deformazione.
Prendiamo come esempio il prodotto che si è deformato e incurvato nella direzione dello stampo anteriore. Ora, concentriamoci sui punti chiave!
Dimentichiamoci per un attimo delle teorie precedenti, come il concetto di dilatazione del tempo, l'orientamento dello stress termico e l'aumento e la diminuzione dell'entropia.
Vi farò un esempio interessante per aiutarvi a capire:
- Scenario: Uno stretto corridoio con pareti laterali che rappresentano le cavità degli stampi anteriore e posteriore.
- Protagonista: Due figure di molecole di plastica si trovano al centro del corridoio. Hanno appena terminato il riscaldamento (fusione e riempimento) e si stanno preparando per una "forma statica" (raffreddamento e modellatura).
Atto 2: Tirata inevitabile (Deformazione)
Ora, la piccola persona a sinistra tira disperatamente verso sinistra, mentre la piccola persona a destra non oppone resistenza. Il risultato è ovvio: l'intera piccola persona a destra viene tirata incontrollabilmente verso sinistra (lato a bassa temperatura). Questa è la deformazione per torsione che osserviamo.
Come mantenere quindi la stabilità (eliminare la deformazione)?
Piano A: Scongelare la piccola persona che si aggrappa al muro (corrispondente ad aumentare la temperatura della muffa sul lato a bassa temperatura)
- Descrizione: L'arbitro soffia rapidamente aria calda sulla persona minuta a sinistra e dice: "Non essere così teso, lascia andare le mani e rilassati un po'".
- Effetto: I muscoli della persona più piccola a sinistra si rilassano, rilasciando gradualmente la mano che stringeva il muro (rilascio della tensione interna). L'equilibrio delle forze tra destra e sinistra viene ripristinato e la squadra si raddrizza.
- Corrispondenza professionale: Aumentando la temperatura dello stampo sul lato a bassa temperatura, rallentando la velocità di raffreddamento e concedendo tempo di rilassamento alle catene molecolari, è possibile ridurre le tensioni di orientamento e le tensioni termiche.
Opzione B: Lascia che anche la persona dall'altro lato "afferra il bracciolo" (corrispondente alla riduzione della temperatura dello stampo sul lato ad alta temperatura)
- Descrizione: L'arbitro si voltò e ordinò alla persona alla sua destra: «Non restare inattivo, fermati subito e afferra il corrimano a destra».
- Effetto: Anche la piccola persona a destra si è bloccata all'istante, aggrappandosi al muro destro. Ora, entrambi i lati tirano disperatamente verso il proprio lato, con forze opposte, raggiungendo un nuovo e teso equilibrio. Sebbene la squadra si sia stabilizzata, ogni membro è molto "stanco" (a causa dell'elevato stress interno).
- Corrispondenza professionale: Riducendo la temperatura dello stampo sul lato ad alta temperatura, la velocità di raffreddamento viene sincronizzata e accelerata rispetto al lato a bassa temperatura. Ciò consente di ottenere un "congelamento sincrono", in cui, sebbene il livello complessivo di stress interno nel prodotto sia elevato, la distribuzione è simmetrica e non si verificano facilmente deformazioni. Si tratta di una strategia equilibrata che consiste nel "combattere il veleno con il veleno".
Conclusione
Ormai dovreste aver capito!
La causa della deformazione non è la tensione interna in sé, bensì la diversa entità della tensione interna sui lati sinistro e destro.
Possiamo modificare questo stato regolando la differenza di temperatura dello stampo, favorendo il rilassamento delle tensioni attraverso il "rilassamento delle articolazioni" o ottenendo un congelamento simmetrico attraverso la "tensione delle articolazioni"!
Faq
Qual è la causa principale delle tensioni interne nei componenti stampati a iniezione?
La causa principale è la contrazione non uniforme del fuso durante le fasi di riempimento e raffreddamento. Essa è essenzialmente dovuta a un raffreddamento rapido, che congela le catene molecolari, a una differenza di temperatura non uniforme tra cavità e nucleo, a un eccessivo orientamento molecolare dovuto a una velocità di iniezione errata e alla mancanza di cristallizzazione (per i materiali cristallini).
È possibile eliminare completamente le tensioni interne modificando la temperatura dello stampo?
No. Regolando il temperatura dello stampo È certamente il metodo più semplice ed efficace per ridurre le tensioni interne, ma dovrebbe essere combinato con i parametri del processo di iniezione (velocità di iniezione, pressione di mantenimento) e con l'ottimizzazione della struttura dello stampo (flusso d'acqua uniforme). Per le parti che presentano un elevato rischio di deformazione (come le parti in PC a parete spessa), post-trattamento (tempra) è anche necessario a rimuovere ulteriormente lo stress residuo.
Perché la temperatura dello stampo ha effetti diversi sulle tensioni interne dei materiali cristallini e amorfi?
Nel caso di materiali cristallini (come PP/POM/PA), un appropriato temperatura dello stampo impostare può portare a uniforme e cristallizzazione completa, eliminando così le micro-tensioni causate dalla cristallizzazione non uniforme; mentre nel caso di materiali amorfi (come PC/ABS/PMMA), stampo La temperatura è principalmente un regolatore dell'orientamento molecolare e, aumentando la temperatura dello stampo, il processo di raffreddamento può essere rallentato a consentire un rilassamento molecolare sufficiente, riducendo così lo stress di orientamento.
Quali metodi semplici si possono utilizzare per rilevare le tensioni interne dei pezzi stampati a iniezione durante la prova dello stampo?
Diversi semplice rilevamento metodi più comunemente usato Localmente vengono effettuati i seguenti controlli: test di immersione in acetone (per PC/PMMA, verificare se si verificano screpolature o fessurazioni dopo l'immersione); test di flessione (per ABS/HIPS, verificare la facilità di fessurazione durante la flessione); ispezione visiva (esaminare la superficie del pezzo per individuare evidenti striature argentate, deformazioni o crepe).
Come variare la temperatura dello stampo per pezzi a parete spessa e a parete sottile, rispettivamente, al fine di ridurre le tensioni interne?
Nel caso di parti con pareti spesse (spessore della parete 3 mm), stampo La temperatura dovrebbe essere aumentata di 5~10 rispetto all'intervallo standard, rallentando così la velocità di raffreddamento per prevenire le tensioni di contrazione interne; D'altra parte, per le parti a parete sottile (spessore della parete 1. 5 mm), la temperatura dello stampo dovrebbe Essere impostato al livello medio a alto livello di l'intervallo raccomandato e utilizzato in combinazione con velocità di iniezione media e bassa al fine di ridurre lo stress di orientamento molecolare dovuto al riempimento rapido.
Commenti
Ultimi Post
Blog Correlati
Senyo blog è incentrato sulla condivisione della nostra conoscenza approfondita del prototipo di produzione. Attraverso i nostri articoli, abbiamo l'obiettivo di essere di supporto nella raffinazione, la progettazione del prodotto e la complessità di prototipazione rapida in modo più efficace.
