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塑膠注塑成型收縮與翹曲該如何解決(一)?

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塑膠注塑成型收縮與翹曲該如何解決(一)?

發布日期:2016-07-27 作者: 點擊:

貴州電力管與您一起了解塑膠注塑成型收縮與翹曲該如何解決?

塑料射出成形先天上就會發生收縮,因為從制程溫度降到室溫,會造成聚合物的密度變化,造成收縮。整個塑件和剖面的收縮差異會造成內部殘留應力,其效應與外力完全相同。在射出成形時假如殘留應力高于塑件結構的強度,塑件就會于脫模后翹曲,或是受外力而產生破裂。

【一】殘留應力

殘留應力(residual  stress)是塑件成形時,熔膠流動所引發(flow-induced)或者熱效應所引發(thermal-induced),而且凍結在塑件內的應力。假如殘留應力高過于塑件的結構強度,塑件可能在射出時翹曲,或者稍后承受負荷而破裂。

殘留應力是塑件收縮和翹曲的主因,可以減低充填模穴造成之剪應力的良好成形條件與設計,可以降低熔膠流動所引發的殘留應力。同樣地,充足的保壓和均勻的冷卻可以降低熱效應引發的殘留應力。對于添加纖維的材料而言,提升均勻機械性質的成形條件可以降低熱效應所引發的殘留應力。 

1, 熔膠流動引發的殘留應力 

在無應力下,長鏈高分子聚合物處在高于熔點溫度呈現任意卷曲的平衡狀態。貴州電力管于成形程中,高分子被剪切與拉伸,分子鏈沿著流動方向配向。假如分子鏈在完全松弛平衡之前就凝固,分子鏈配向性就凍結在塑件內,這種應力凍結狀態稱為流動引發的殘留應力,其于流動方向和垂直于流動方向會造成不均勻的機械性質和收縮。一般而言,流動引發的殘留應力比熱效應引發的殘留應力小一個次方。 

塑件在接近模壁部份因為承受高剪應力和高冷卻速率的交互作用,其表面的高配向性會立即凍結,如圖1所示。假如將此塑件存放于高溫環境下,塑件將會釋放部份應力,導致.的收縮與翹曲。

凝固層的隔熱效應使聚合物中心層維持較高溫度,能夠釋放較多應力,所以中心層分子鏈具有較低的配向性。 可以降低熔膠剪應力的成形條件也會降低因流動引發的殘留應力,貴州電力管告訴您包括了那些: 

1:高熔膠溫度。

2:高模壁溫度。

3:長充填時間(低熔膠速度)。

4:降低保壓壓力。

5:短流動路徑。

充填與保壓階段所凍結的分子鏈配向性,導致流動引發之殘留應力。 

(1) 表示高冷卻率、高剪應力或高配向性;

(2)表示低冷卻率、低剪應力或低配向性。 

2,熱效應引發之殘留應力 

熱效應引發殘留應力的原因包括下列: 

塑料從設定的制程溫度下降到室溫,造成收縮。 

塑料凝固時,塑件從表層到中心層經歷了不同的熱力歷程和機械歷程,例如不同的冷卻時間和不同的保壓壓力等。 

由于密度和機械性質變化導致壓力、溫度、分子鏈配向性和纖維配向性的改變。 

模具的設計限制了塑件在某些方向的收縮。 

塑料于射出成形的收縮可以用自由冷卻的例子說明。假如溫度均勻的塑件突然被兩側的冷模壁夾住,在冷卻的初期,塑件表層冷卻而開始收縮時,塑件內部的聚合物仍然呈高溫熔融狀態而可以自由收縮。然而,當塑件中心溫度下降時,局部的熱收縮受限于已經凝固的表層,導致中心層為拉伸應力,表層為壓縮應力的典型應力分布。

塑件從表層到中心的冷卻速率差異會引發熱效應之殘留應力。更有甚者,假如模具兩側模壁的冷卻速率不同,還會引發不對稱的熱效應殘留應力,在塑件剖面不對稱分布的拉伸應力與壓縮應力造成彎曲力矩,使塑件產生翹曲。

肉厚不均勻的塑件和冷卻效果差的區域都會造成這種不平衡冷卻,而導致殘留應力。復雜的塑件由于肉厚不均勻、模具冷卻不均勻、模具對于自由收縮的限制等因素,使得熱效應引發之殘留應力的分布變得更復雜。

貴州電力管告訴您塑件冷卻不均勻和塑料溫度歷程的作用,導致熱效應引發之殘留應力。

塑件剖面方向不均勻的冷卻,造成不對稱熱效應引發之殘留應力,使塑件翹曲。 

說明了保壓之壓力歷程所造成的凝固層比容變化。其中,左圖是塑件一個剖面的溫度分布曲線。為了方便說明,將塑件沿著肉厚方向分為8層,曲線上顯示著各層的凝固時間為t1~t8。

注意,塑件從Z外層開始凝固,越往中心層則需要越長的凝固時間。 

中間的圖形顯示各層固化的典型壓力歷程分別為P1~P8。充填階段的壓力通常逐漸上升,在保壓初期達到Z高壓力,之后,因為冷卻與澆口固化,壓力逐漸下降。結果,塑件表層與中心層在低壓時凝固,其它的中間各層在高保壓壓力時凝固。右圖說明了第5層在PvT圖上的比容歷程,以及各層于Z終凝固時的比容,并且以實心圓點標記。

已知各層的凝固比容,塑件各層收縮行為會根據PvT曲線發生不同的收縮。假設各層是分隔開,結果就收縮到中間圖形的情形,2、5、6、7等中間層因為凝固比容低(或是凝固密度高)而收縮得較少。而實際上,各層是連接在一起,造成折衷的收縮分布,中間層受壓縮,而外層與中心層則受拉伸。 

各凝固層的比容差異相互作用,導致不同的殘留應力和塑件變形。

制程引發殘留應力與模穴殘留應力 

就射出成形之模擬而言,制程所引發(process-induces)殘留應力比模穴(in-cavity)殘留應力更重要,以下介紹這兩個名詞的定義,并提供一個范例以說明它們的差異。 

塑件頂出以后,模穴施加在塑件的拘束被釋放開,塑件可以自由地收縮與變形,直到平衡狀態。

此時塑件內尚存的應力就是制程引發的殘留應力,或者簡稱為殘留應力,貴州電力管它包括了流動引發的殘留應力和熱效應引發的殘留應力,而以熱效應的影響為主。 當塑件仍然受到模穴拘束時,塑件凝固所貯積的內應力稱為模穴殘留應力,此殘留應力會驅使塑件于頂出后發生收縮和翹曲。 

一旦頂出,解除了模具對于塑件的拘束,塑件將釋放模穴殘留應力而收縮和翹曲。頂出塑件之收縮分布所造成的熱效應殘留應力分布曲線。在無外力作用下,塑件剖面的拉伸應力等于壓縮應力而達到平衡狀態。塑件肉厚承受不均勻的冷卻,造成不對稱的殘留應力而發生翹曲。

模穴殘留應力分布曲線及,制程引發殘留應力分布:曲線和頂出后的塑件形狀。

能夠造成充分保壓和均勻模壁溫度的條件,就可以降低熱效應引發的殘留應力,這些條件包括: 

1:適當的保壓壓力和保壓時間。

2:塑件的所有表面都有均勻的冷卻。

3:塑件有均勻的剖面肉厚。 

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