ייצור של פולימרים מעוצבים של הזריקה הוא שילוב מורכב של העברת חום, התנהגות חומרית, ובקרת תהליכים.בין הפרמטרים הרבים המגדירים את האיכות החלק הסופי, שיעור הקירור הוא הנהג העיקרי של פיתוח מתח פנימי. אלה מדגישים השוכנים, נעולים לתוך פולימר במהלך הגשמה, יכול להתפשר על יציבות ממדית, ביצועים מכניים, ומראה. מאמר זה מספק בדיקה יסודית של איך לחץ פנימי, אסטרטגיות קירור, קריפטציה, ואפקטים של מנגנונים מעשיים, בדיקות עיצוב, ואפקטים, בדיקות מכניות, בדיקות.

הבנה של מתחים פנימיים בזריקת פולימרים

לחצים פנימיים, הנקראים גם לחצים חיים, הם מדגישים שנותרו בחלק מעוצב לאחר שהוא קר ושווה לטמפרטורה מסוימת.הם מתעוררים שינויים לא חד-מיניים בעידן הקירור, אוריינטציה מולקולרית קפואה במהלך זרימתם, ו ⁇ סימטרית תרמית. מדגישים אלה יכולים להיות מועילים או מזיקים בהתאם להיקף ולחלוקה.

המונחים: residual Stresses

הדגשים הסובסידיים בהזרקת פולימרים מעוצבים מסווגים בדרך כלל לשלושה סוגים:

  • (FLT:0) מדגישים השוכנים הארוכים הארוכים 1: נגרמים על ידי שערי קירור שונים בין העור החיצוני (אשר מגניב ומחזק במהירות) ואת הליבה הפנימית החמים יותר.העור מוצק בעוד הליבה עדיין מתכווץ, ומייצרת מתחים של עשרות אלפינים בליבת ולחצים דחוסים על פני השטח.
  • (FLT:0) מדגישים שאריות מושרה של פלורו 1: מקורו מאוריינטציה מולקולרית ו Shear במהלך שלב מילוי ואריזות.הלחצים האלה קפואים כאשר הפולימרים קרירים מתחת לטמפרטורת המעבר של הזכוכית.
  • (ב) [הדגשים המושרה]: עלייתם של אזורים שונים של החלק קרירה בשיעורים שונים, מה שמוביל לצמצום שונה.חלקים ת'יק מתכווץ יותר מסעיפים דקים, ויוצרים רגעים פנימיים שבהם ניתן לגרום ללוח מלחמה.

ארועים של מתחים פנימיים בלתי מבוקרים

לחצים פנימיים גבוהים יכולים להתבטא במספר מצבי כישלונות:

  • (ב) התפלגות מתח אסימטרית גורמת לחלק להתכופף או להתעוות לאחר ההזרקה, מה שמוביל לאי-רפורמה ממדית.
  • (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [ה]התערומים: אפילו ללא פגמים גלויים, מתחים ימיים להפחית את יכולת החישה ואת חיי העייפות של החלק.
  • (FLT:0) לחץ סביבתי נרקץ (ESCIRFLT) 1:1: כימיקלים מסוימים מאיצים את הסדקים באזורים מתוחים, במיוחד בפולימרים אמפיריים כמו פוליקרבונט.

תפקיד מרכזי של Cooling Rate in Stress Evolution

שיעור הקירור קובע ישירות את גודל וחלוקת של מתחים ימיים תרמיים. במהלך עובש הזריקה, פולימר הרחם ממלא את העקרב בטמפרטורות בדרך כלל 30-80 מעלות צלזיוס מעל נקודת ההמיסה או המעבר הזכוכית.לאחר אריזה הושלמה, החלק מתחיל להתקרר.חום מופק בעיקר דרך התבנית באמצעות המוליכים.

מהירות קירור ואפקטים שלה על מתח

קירור מהיר, שהושג על ידי הורדת הטמפרטורה של עובש או באמצעות חומרים עובש מאוד, יוצר ⁇ תרמיים תלולים על פני עובי החלק. העור מוצקifies כמעט מיד בעוד הליבה נשאר חם ו molten. כמו הליבה מגניבים מנסה לכווץ, זה מוגבל על ידי העור כבר קשיח.זה יוצר מתחים גבוהים בלב ומדכאים בהתאמה על פני השטח.

קירור מהיר גם מלכודות זרם אוריינטציה מושרה כי פולימר יש פחות זמן להירגע היישור המולקולרי לפני איחוד. אוריינטציה זו היא בעייתית במיוחד בחלקים דקים ממוצבים שבו שיעורי הרהר גבוהים נמצאים. אוריינטed מולקולות ליצור צטמק אנזוטרופי, המוביל ללחץ שונה שיכול לגרום דף מלחמה לאורך כיוון זרימת.

בפולימרים סמיקליים, קירור מהיר מפחית את התואר של קריסטליות. גבישי נמוך פירושו פחות התכווצות נפחית מכווץ הכולל, אבל אי אחידות של התגבשות על פני עובי יכול ליצור מדגישים נוספים. העור אמורפי עשוי להיות בעל טמפרטורות תרמיות שונות מאשר הליבה קריסטל, המציג מתח פנימי בממשק.

להאט את הניקוי והלחץ

קירור איטי, שהושג על ידי טמפרטורות עובש גבוהות יותר או זמני מחזור איטי יותר, מאפשר לפולימר להתקרר יותר אחיד.טמפרטורת ⁇ הם פחות חמורים, כך העור הליבה מתכווץ בקצב דומה, צמצום גודל של מתחים תרמיים.הזמן המורחב מעל טמפרטורת מעבר הזכוכית גם נותן שרשראות פולימר יותר הזדמנות להירגע אוריינטציה, צמצום מתחים הנגרמים על ידי זרימה.

עבור פולימרים סמיקליים, קירור איטי מקדם גבישיות גבוהה יותר. בעוד זה מגביר את הצטמקות נפח, התגבשות מתקדמת יותר גם לאורך כל החלקה, המוביל להתפלגות מתח אחיד יותר.עם זאת, קירור איטי מגביר את זמן מחזור, השפעה ישירה על הייצור באמצעותput ועלויות הייצור. מהנדסים חייבים לאזן את הפחתת הלחץ עם מגבלות כלכליות.

תגובות על Cooling Rate

פולימרים amorphous ו- Semicrystalline מגיבים אחרת לקצב קירור בשל התנהגות ההחזקה הייחודית שלהם.

פולימרים מלוכלכים

פולימרים amorphous (למשל, פוליסטייליין, פוליקרבונט, ABS) לא להתגשם על הקירור.הם מבססים את טמפרטורת המעבר הזכוכית (Tg) שבו תנועה מולקולרית הופכת מוגבלת.תחת Tg, קירור נוסף גורם רק התכווצות של מצב הזכוכית. Residual מדגישים בפולימרים amorphous הם בעיקר תרמיים ומושרה מהר קפואות באוריינטציה יוצרת מתח תרמיליים גבוהים יותר.

Semicrystalline Polymers

Semicrystalline פולימרים (למשל, פוליפרופילן, ניילון, PBT) מוצק על ידי יצירת תחומים גבישיים בתוך מטריצה amorphous.הקצב הקירור משפיע ישירות על אחוז הקריסטליניות, עובי הלימלר, ואפקטים צלולים יותר של גבישים מהירים מייצר גבישים קטנים, חסרונות ושפל הכולל נמוך יותר, מושלם יותר גבישי חום וגרם יותר.

השפעה של עיצוב ישן ומערכת קירור

מערכת קירור עובש היא האמצעי העיקרי של שליטה בקצב הקירור.העיצוב שלה חייב להקל על הסרת חום אחיד כדי למזער ⁇ תרמי.

ערוץ מגניב

יש להציב ערוצים מגניבים קרוב ככל האפשר (בדרך כלל 1.5-2 פעמים קוטר הערוץ מן העשב) ושטחי אחיד.לאון צ'ינג ערוץ ספאק מוביל למקומות חמים, שבו הפולימרים קרירים יותר לאט, מה שגורם לצמצום שונה וקירור אווירי.

בחירת חומרים

מוליכות תרמית של חומר עובש משפיעה על קצב הקירור.ד.ד. פלדה (מוליכים -30-50 W / mK) הם סטנדרטיים, אבל סגסוגת beryllium-copper (מוליכים >200 W / mK) יכול להאיץ קירור באזורים ממוקדים.עם זאת, קירור מהיר יותר אינו תמיד רצוי; זה עשוי להגביר את הלחץ השגור.

מיקום וקיר אפקטים

מיקום שער משפיע על דפוסי זרימה וכיוון.שער הממוקם בחלק דק גורם ל- Shear גבוה, אשר קפוא במהירות אם עובש קר. קטע עבה יותר ליד השער מאפשר יותר הרפיה.חלק עיצוב צריך להימנע מעברי עובי פתאומיים כדי למנוע התכווצות שונה.

אופטימיזציה של תהליך בקרת מתח

מעבר לעיצוב עובש, הגדרות מכונה לשחק תפקיד מכריע.קצב הקירור הוא פונקציה של טמפרטורה התכה, טמפרטורה עובש, טמפרטורה קרירה, וזמן קירור.

טמפרטורה מלאה

טמפרטורות גבוהות יותר להפחית את הרגישות, ומאפשרות הרפיה מולקולרית טובה יותר במהלך מילוי וארז. עם זאת, טמפרטורות התכה גבוהות יותר להגדיל את ה ⁇ התרמית במהלך קירור כי העור מוצק באותה טמפרטורה עובש בעוד הליבה נשאר חם יותר.זה יכול להגדיל את הלחץ המשקעים התרמי.טמפרטורת ההיתוך האופטימלית מאזן לזרום עם מתח תרמי.

טמפרטורה

הגדלת טמפרטורת עובש מאטה את קצב הקירור.זו הדרך הישירה ביותר להפחית את הלחץ השוני.עבור פולימרים amorphous, טמפרטורת עובש ליד או מעט מתחת ומעבר הזכוכית מאפשר רגיעה אוריינטציה.עבור פולימרים סמיקליים, טמפרטורות עובש גבוהות יותר לקדם קריסטל וצטמק אחיד יותר. רבים מדריכי עובש ממליצים טמפרטורות עובש ליד נקודת הטווח המומלצת עבור חומר נתון למאזן זמן ולחץ.

לחץ וזמן

לחץ אריזה לפצות על התכווצות נפח במהלך השלב המוקדם של קירור. Insufficient אריזה מוביל לטביעת סימני כיב גבוה מתחים כמו הליבה מתכווץ. Over-packing יוצר מתחים דחוסים גבוהים ועשוי לגרום לתבנית דה השתקפות.שלב האריזה צריך להיות מותאם למזער הלחץ תוך הבטחת מילוי מוחלט של חלל.

זמן מגניב

זמן קירור הוא לעתים קרובות החלק הארוך ביותר של המחזור.חלק חייב להתקרר מספיק כדי שזה נוקשה מספיק כדי להזריק ללא עיוות.זמן קירור חסר ערך מוביל לדף מלחמה לאחר הזרקת.זמן קירור צריך להיות נקבע על ידי החלק העבה ביותר של החלק.שימוש סימולציה, זמן הקירור ניתן לייעל כדי להשיג את הטמפרטורה הרצויה תוך צמצום מתח חיוור.

מדד וסימולציה של מתחים סובסידיים

קביעת מתחים של שאריות חיונית לאימות תהליכים.שימוש בשיטות מספר.

שיטות מדידה ניסיוניות

  • (ב) ,0) ,Layer Remove MethodFLT:1: שכבות דקות הוסרו משטח אחד, ואת הייבוש המתקבל נמדד.
  • (ב) ,0) שיטת עיבוד-השחה (Hole-drilling Method):1: חור קטן הוא קידוח, ומדני זנים מודדים את הזן המשוחרר.
  • (ב) [15] ,9-ray diffractionFLT:1: מדדים לנטייה באזורים גבישיים, שימושיים עבור פולימרים סמיקלקטיים.
  • (ב) ,0) פוטו-אלסטיות (צילום: ⁇ ) 1: שימוש באור מקוטב כדי לדמיין את המתח דו-היפרנס בפולימרים מפוצצים.

מחשב Simulation

חבילות סימולציה של Moldמילוי (למשל, Autodesk Moldflow, Moldex3D) יכולות לחזות מתחים שושנים ועמודי מלחמה. כלים אלה מדמיינים את כל המילוי, האריזה ואת השלבים הקירור, חישוב טמפרטורה ושדות מתח.הם מאפשרים למהנדסים לבחון תרחישים קירור שונים כמעט, אופטימיזציה של עובש ופריסת ערוץ קירור לפני בניית התבנית.

אסטרטגיות מתקדמות להורדת מתח

כמה טכניקות מתקדמות פותחו כדי להפחית את הלחץ הפנימי תוך שמירה על הפרודוקטיביות.

אנליינג

אנליינג כרוך חימום החלק המצופה לטמפרטורה ממש מתחת ומעבר הזכוכית (או נקודת התכה) לתקופה של זמן, ולאחר מכן קירור לאט.זה מאפשר שרשראות פולימר להירגע ולהקטין את הלחץ השונה על ידי 50–90%.Annaling יעיל אבל מוסיף תהליך לא מקוון ועלות אנרגיה.זה משמש בדרך כלל עבור חלקים אופטיים ורכיבים הדורשים יציבות ממדית קיצונית.

בקרת טמפרטורה Mold

חימום מהיר וקירור של פני השטח עובש במהלך מחזור ההזרקה יכול לשלב את היתרונות של עובש חם קר.התבנית מחומם לפני הזריקה כדי לאפשר זרימה והרפיה, ולאחר מכן קרר במהירות לאחר מילוי כדי לקצר את המחזור. טכנולוגיה זו, המכונה varitherm או "רכיבה תרמית רפוי," יכול להפחית את הלחץ השוני על ידי 30-60% אבל דורש בנייה מיוחדת ובקרת טמפרטורה חזקה.

קירור הדדי עם ייצור תוספתי

תבניות מודפסות תלת מימדיות עם ערוצי קירור תואמים מספקים הסרת חום אחידה.על ידי התאמת ערוצי הקירור לגיאומטריה החלקית, ⁇ תרמי הם ממזערים.זה מפחית מתחים ועמוד מלחמה תוך כדי צמצום זמן.

בקרת תהליכים ו- Feedback

מכונות דפוס הזרקת המודרנית יכולות לפקח על לחץ כבד וטמפרטורה בזמן אמת.שימוש בשליטה סגורה, מהירות ההזרקה, לחץ החבילה וזמן קירור ניתן להתאים באופן אוטומטי כדי לשמור על רמות לחץ עקביות ממחזור למחזור.זה חשוב במיוחד עבור ייצור שבו תכונות חומריות עשויות להשתנות.

מחקר מקרה: אופטימיזציה של קצב קירור עבור דיור פוליקרבונט

שקול דיור פוליקרבונט (PC) עבור מכשיר אלקטרוני. PC הוא פולימר amorphous עם Tg סביב 150 מעלות צלזיוס.חלק יש צורה מורכבת עם עוביים שונים קיר. בתחילה, הטמפרטורה נקבע 80 ° C (סוף נמוך של הטווח המומלצת) כדי למזער את זמן מחזור.חלקים הציג דף מלחמה ולחצים מדי פעם ליד השער.

על ידי הגדלת טמפרטורת עובש ל-120 מעלות צלזיוס (עדיין מתחת ל Tg), קצב הקירור האטה.זמן מחזור גדל ב-30%, אבל דף מלחמה מופחת על ידי 80% וסדקים הלחץ בוטל.בנוסף, annealing בוטלה מן הצעד שלאחר עיבוד, לחסוך עלות כללית.סימציה אישר כי ⁇ תרמית על פני הקיר הופחת על ידי 40%.

כיוונים עתידיים וחדשנות חומרית

המחקר ממשיך לפתח חומרים ותהליכים אשר באופן מהותי להפחית את הלחץ הפנימי. Additives כגון סוכנים מניקה יכול לשלוט קצב התגבשות בפולימרים סמיקלסטלי. ננוfillers יכול לשנות מוליכות תרמית והתרחבות תרמית, פוטנציאל להפחית מתח.בנוסף, חיידקי מדידה ישנים מפותחים לספק משוב בזמן אמת עבור אלגוריתמים מתאימים.

מסקנה

קצב הקירור הוא מנוף חזק לשליטה בלחצים הפנימיים בהזרקה פולימרים מעובשים.קירור מהיר מייצר ⁇ תרמי גבוה וכיוון קפוא, המוביל למומים הקשורים ללחץ. קירור איטי מקדם התכווצויות אחידות ורגיעה, מניב חלקים עם יציבות ממדית גבוהה ויושרה מכנית אבל עלות של זמני מחזור ארוכים יותר.הקצב הקירור האופטימלי תלוי בחומר (אופרציוני לעומת חצילקטים), החל מאסטרטגיות עיצוב מתקדמות, כמו גם שיפורי טמפרטורה, כמו גם שיפור טמפרטורה סטנדרטית טמפרטורה יעילה, כמו גם שיפור טמפרטורה סטנדרטית, כמו גם שיפור טמפרטורה סטנדרטית, כמו גם שיפור איכות.

(ב) ◄ [13]

  • (ב) ⁇ 0 (הטכנולוגיה:0) , הבנת מתחים סובסידיים בזריקת מולידרטו 1
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [15]: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇