사출 금형 툴링

잔류응력

성형하는 동안 플라스틱의 온도가 용융 상태에서 상온까지 급격하게 떨어지면서 밀도가 변하고 이로 인해 수축이 발생하며, 제품과 부품의 수축 차이로 인해 내부 잔류 응력이 발생하여 제품 구조의 인성을 압도하거나 휘어지거나 심지어 균열이 발생합니다. 발생합니다. 잔류 응력을 유발하는 세 가지 주요 이유는 유동 유발, 열 유발, 공정 유발 및 캐비티 내입니다.

 

1 흐름으로 인한 잔류 응력

성형 공정에서 고분자 분자 사슬은 전단 및 연신을 통해 흐름 방향을 따라 배향되지만, 완전한 균형을 이루기 전에 고체화되면 제품 내에서 배향이 동결됩니다. 이러한 응력 동결 상태를 유동 유발 잔류 응력이라고 하며, 이는 유동 방향과 수직 방향에서 불균일한 메커니즘과 수축을 유발합니다.

금형 벽에 가까운 부품이 높은 전단 응력과 냉각 속도를 받는 경우, 아래 이미지에서 지시하는 대로 표면의 높은 방향이 즉시 동결됩니다. 따라서 제품을 고온에 놓으면 약간의 응력이 방출되어 뒤틀림이 발생합니다. 고화층은 부품 중심을 더 높은 온도로 유지하여 중심층 분자 사슬이 낮은 수준으로 배향되는 응력을 더 많이 방출합니다. 전단 응력을 유발하는 여러 조건을 제어하여 유동으로 인한 잔류 응력을 줄일 수 있습니다. 수지 및 금형 벽의 고온, 충전 시간 연장, 보압 압력 감소, 유동 거리 단축 등이 있습니다.

높은 냉각 속도, 높은 전단 응력 및 높은 방향성

낮은 냉각 속도, 낮은 전단 응력 및 낮은 방향성

 

2 열에 의한 잔류 응력

원인:

부품 온도는 형성 단계에서 자연 수준까지 내려갑니다.

냉동하는 동안 표면에서 중앙층까지의 부품은 냉각 시간 및 포장 압력과 같은 다른 열적 힘과 기계적 힘을 겪습니다.

밀도와 메커니즘의 변화로 인해 압력, 온도, 분자 사슬 방향 및 섬유 방향이 달라집니다.

사출 금형 구조 설계는 일부 방향에서 수축을 제한합니다.

냉각의 예비 단계에서 부품은 더 차가운 툴링 강철 벽과 접촉하고 표면층에서 수축하는 반면 내부 용융물은 여전히 ​​자유롭게 수축합니다. 중앙 온도가 내려가고 표면층이 동결되면 부분적인 열 수축으로 인해 아래 그림과 같이 중앙층에서는 신장 응력이, 표면층에서는 압축 응력이 발생합니다.

 

두 금형 벽의 냉각 속도 차이로 인해 비대칭 열 유도 잔류 응력이 발생하여 비대칭으로 분포된 인장 응력과 압축 응력이 굽힘 모멘트, 뒤틀림이 발생합니다. 불균일한 벽 두께, 부분 영역의 잘못된 냉각, 금형의 불균등한 냉각 및 금형 구조 제한과 같은 요인으로 인해 이러한 종류의 잔류 응력이 더욱 복잡해집니다.

 

3 공정 유발 및 캐비티 내 잔류 응력

부품이 사출 성형 툴링에서 나오자마자 균형을 이룰 때까지 수축 및 뒤틀림이 발생하지 않습니다. 이 순간 부품 내부에는 공정 유발(다이어그램 왼쪽 아래)이라고 불리는 응력, 즉 유동 유발 잔류 응력과 열 유발 잔류 응력이 남아 있으며 후자가 주로 영향을 미칩니다.

부품이 금형 내부에 얽매이면 동결된 부품은 취출 후 부품 수축과 뒤틀림을 유발하는 캐비티 내 잔류 응력이라는 내부 응력을 축적하게 됩니다(다이어그램 왼쪽 위). 부품 벽은 부품을 휘게 만드는 비대칭 잔류 응력을 생성하는 비대칭 냉각에 직면합니다(다이어그램 오른쪽 아래).

그렇다면 열로 인한 잔류 응력을 어떻게 줄일 수 있을까요? 대칭 단면 벽 두께, 적절한 보압 압력 및 시간, 모든 표면에 대한 대칭 냉각이 조건입니다.

 

플라스틱 사출 성형 중에 부피 수축이 최대 20%까지 발생할 수 있습니다. 결정성 및 반결정성 물질이 유리 전이 온도까지 냉각되면 분자 범위가 규칙적으로 배열되고 결정화되어 열 수축이 발생하기 쉽습니다. 따라서 해당 재료의 비체적은 PVT 다이어그램에서와 같이 비정질 재료의 비체적과 더 큰 차이를 보입니다.

참고: 공정 상태(A)에서 실온까지의 재료 비체적(Δυ) 변화

과수축에는 낮은 샷 압력, 짧은 보압 및 냉각 시간, 높은 용융 온도 및 금형 온도, 낮은 보압 압력 등 여러 가지 이유가 있습니다. 따라서 사출 금형 설계 수축이 중요한 문제가 되는 경우 금형 흐름 분석이 도움이 됩니다.

 

뒤틀림은 비대칭 수축으로 인해 플라스틱 부품의 모양이 틀어지거나 구부러지는 현상입니다. 수축에 영향을 미치고 뒤틀림을 초래하는 원인은 다양합니다.

플라스틱 부품 내부의 비대칭 온도;

부품이 고화될 때 벽 두께 방향에 따른 압력 차이와 냉각 속도 차이;

부품이 완전히 냉각되기 전에 이젝션하거나 이젝터 핀 변형, 너무 깊은 언더컷 및 이젝션 방법 결함.

벽 두께 변화로 인해 냉각 속도 차이가 발생합니다.

곡선 및 비대칭 모양의 부품;

첨가물을 넣었는지 안 넣었는지에 따라 차이가 납니다.

흐름 방향과 그에 수직인 방향에서 섬유 분자 열 방향의 차이;

포장 압력 차이.

 

적절한 플라스틱 부품 설계, 사출 금형 툴링 설계, 성형 조건 및 재료 사용은 수축과 변형을 줄이거나 제어합니다. 귀하의 정보에 대한 몇 가지 조언이 있습니다.

1 벽 두께

비대칭 벽 두께를 방지하거나 얇은 벽 영역 두께의 3배의 변동 거리를 설정합니다. 명백한 수축, 싱크 마크 또는 보이드가 발생할 수 있는 영역이 있는 경우 대칭적인 얇은 벽 두께와 리브를 조합하여 만듭니다.

2 잔액 충전

적절한 용융 유동 선단 속도로 충전하는 모드에서 용융 폴리머 전달이 더 좋습니다.

3 포장압력

높은 보압 압력은 수축을 줄이는 데 도움이 되지만 잔류 응력을 증가시키고 높은 기계 조임력이 필요합니다. 더 나은 디자인은 적절한 패킹 압력과 시간을 가져야 하며 게이트가 얼자마자 방출될 수 있어야 합니다. 한편 압력은 충전된 부품 부피 수축에 대한 폴리머 보상에 충분합니다.

4 냉각 시스템

부품과 단면 방향이 고르고 균형 잡힌 냉각을 이루도록 성형 도구에 대한 우수한 냉각 시스템을 설계합니다.

5 잔류응력

용융 온도, 금형 벽 온도, 충전 시간 및 금형 캐비티 두께를 높이거나 보압 압력 및 유동 거리 등을 줄여 잔류 응력 및 섬유 방향을 논의합니다.

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