Если бы детали имели полностью равномерную усадку, они не деформировались бы, не было бы необходимости подвергать детали литью под давлением. Неравномерная усадка существует в каждой детали. Детали деформируются, имеют раковину или пустоты, а лучшие детали соответствуют техническим требованиям с некоторым формованным напряжением — чем более равномерна усадка, тем лучше деталь.
Разрушение Усадки
Объемная усадка — это изменение объема любого дискретного объема материала в детали от впрыска до выталкивания. Усадка площади — это эффект объемной усадки всей детали, разбитой в направлениях x, y и z. Усадка пресс-формы-это величина, используемая для масштабирования полости таким образом, чтобы деталь соответствовала номинальным габаритным характеристикам.
Каждый параметр формования оказывает некоторое влияние на объемную усадку. Несмотря на то, что обычно используется одно значение усадки пресс-формы, усадка никогда не бывает равномерной. Неравномерной усадке противостоит присущая детали жесткость, основанная на ее особенностях и материале. Очень жесткая деталь может не деформироваться, но все равно будет иметь формованное напряжение.
Чтобы облегчить понимание, рассмотрим эту простую деталь на Рис. 1
Представьте, что вы сжимаете деталь снаружи и пытаетесь уменьшить диаметр. Середина будет стремиться куполом вверх. Если пластик сжимается больше по внешнему диаметру, то именно это и происходит. Объемная усадка будет иметь большие значения на наружном диаметре и меньшие значения вблизи затвора.
При моделировании общий объем, составляющий деталь, разбивается на меньшие тетраэдрические объемы (сетка конечных элементов), используемые для решения этой задачи.
На рис. 2 показана средняя объемная усадка при выбросе, которая колеблется от 2,4% до 11,8%. Значения также изменяются от внешней стены в каждом месте к центру. Значения не являются однородными для одного элемента. Это относится ко всем литым под давлением деталям.
Рисунок 2. Средняя объемная усадка при выбросе.
Часто значения объемной усадки при хорошо спроектированной детали, инструменте и технологическом процессе имеют среднее максимальное значение при выбросе около 8%. Это составляет 8% от объема и не совпадает с усадкой пресс-формы, которая обычно находится в диапазоне 0,5-2%. Объемная усадка часто по меньшей мере в три раза превышает усадку пресс-формы. Это сбивает с толку многих людей, когда они видят значения объемной усадки.
Рассмотрим однодюймовый куб, который на 2% меньше (усадка формы) в x, y и z при выбросе. Он примерно на 6% меньше по объему (0,98 на 0,98 на 0,98 дюйма = 0,94 дюйма 3).
С усадкой пресс-формы вы отвечаете на вопрос “ » в среднем, насколько больше вам нужно построить полость для формованной детали, чтобы соответствовать требованиям к размерам?»Для объемной усадки вы отвечаете на вопрос:» насколько равномерно и хорошо окружена деталь?” Если вы хорошо поработаете над объемной усадкой и выберете разумное среднее значение усадки материала, то деталь будет соответствовать требованиям к размерам.
Чем дольше металл остывает, пока не достигнет температуры выброса, тем больше он сжимается. Толстые участки детали, которые имеют высокие значения объемной усадки, могут привести к проблемам с размерами и могут иметь раковину на внешних стенках. При очень высокой усадке раковина может появится внутри, образуя вакуумные пустоты. Их часто ошибочно принимают за воздушные ловушки, которые возникают из-за продвижения фронта расплава.
Даже на детали с однородными стенками, такой как эта крышка, значения будут выше вдали от ворот. Расположение ворот, стиль ворот и размер значительно влияют на усадку, как и выбор материала пресс-формы и схема охлаждения.
Изменение давления уплотнения с одного значения, удерживаемого в течение заданного времени, на изменяющееся со временем давление может существенно повлиять на объемную усадку (см. Рис. 3). Используемый профиль упаковки определяет, как деталь замерзает с течением времени. Программное обеспечение для моделирования потока может быстро определить профили упаковки для равномерной усадки.
Рисунок 3. На объемную усадку значительно влияет изменение давления упаковки от единичного значения, удерживаемого в течение заданного времени, до изменяющегося во времени давления.
При достижении более равномерной объемной усадки деталь меньше деформируется и приближается к требуемым размерам. Эти результаты деформации (см. Рис. 4)в основном являются предсказаниями различий в усадке площади. Значения усадки также могут варьироваться из-за ориентационных эффектов от направления продвижения фронта расплава (растяжение полимерных цепей) или из-за различий с волокнистыми наполнителями. Для волокнистых материалов усадка в направлении ориентации волокон часто значительно меньше (в 2-10 раз меньше), чем поперек направления ориентации. В этом случае лучше всего не использовать ни одного значения усадки пресс-формы.
Высокая усадка может сильно деформировать деталь. Даже при подобной объемной усадке плоская пластина деформируется совершенно иначе, чем пластина с ребрами или боковыми стенками.
Рисунок 4. Деталь меньше деформируется и приближается к требуемым размерам за счет достижения более равномерной усадки.
Существует так много факторов, влияющих на усадку, что без анализа невозможно оценить, как все они взаимодействуют, чтобы повлиять на критические размеры. В то время как вы можете видеть деформацию, раковину, пустоты, размерные проблемы на формованных деталях.
Анализ позволяет оценить первопричинные эффекты всех этих факторов и влияние изменения толщины стенок, перемещения затворов и улучшения охлаждения. Эта информация позволят принимать обоснованные и своевременные решения, независимо от того, разрабатываете ли вы деталь, пресс-форму или разрабатываете технологический процесс.