Wyżarzanie skuteczną metodą na podnoszenie jakości wyrobów z tworzyw sztucznych

Występowanie w detalach z tworzyw sztucznych wewnętrznych naprężeń resztkowych wynika ze sposobu ich wytwarzania. Podczas wtryskiwania łańcuchy polimerowe są silnie orientowane w wyniku wysokiej prędkości przepływu stopionego tworzywa, co skutkuje powstawaniem, często znaczących, naprężeń wewnątrz materiału. Niekiedy, wartości tych naprężeń mogą poważnie wpływać na końcową wytrzymałość i jakość wyrobów jak np. obniżenie udarności, czy odporności chemicznej oraz zmniejszenie odporności na ścieranie etc. Powoduje to niepożądane właściwości, takie jak zniekształcenia wymiarów lub dwójłomność optyczna (pokazana na Fig. 1). Praktycznym rozwiązaniem dla tego problemu jest wyżarzanie. Poprzez powolne nagrzewanie i chłodzenie detalu poniżej jego temperatury zeszklenia można uwolnić go od naprężeń wewnętrznych.

Ilustracja 1 Efekt retardacji wynikający z orientacji łańcuchów polimerowych.

Proces wyżarzania zawiera następujące etapy: (1) umieszczenie detalu w piecu do wyżarzania, (2) nagrzewanie części do temperatury wyżarzania z zachowaniem określonej szybkości (zwykle mniejszej niż 1 ºC/min), (3) utrzymanie części w temperaturze wyżarzania przez określony czas w zależności od rodzaju tworzywa i grubości detalu (zwykle od kilku godzin do kilku dni), (4) ochładzanie części do temperatury pokojowej (z szybkością mniejszą niż 0,5º C/min). Moduł Moldex3D Stress zapewnia użytkownikom narzędzie do symulacji tego procesu (ilustracja 2).

Ilustracja 2 Symulacja procesu wyżarzania przygotowana w programie Moldex3D

Opierając się na zapotrzebowaniu na odpowiednie zarządzanie jakością produktu, Moldex3D Stress umożliwia przeprowadzanie analizy deformacji i naprężeń powstałych podczas wyżarzania. Co więcej, użytkownicy mogą ocenić zmienność wymiarową części co przedstawiono na ilustracjach 3 i 4. Dodatkowo, Moldex3D Material Lab udostępnia szerokie spektrum właściwości materiałowych umożliwiających przeprowadzenie dokładnych analiz (wykorzystując teorię lepko-sprężystości) oraz szybkich symulacji (przy wykorzystaniu liniowej teorii sprężystości).

Ilustracja 3 Naprężenia resztkowe po i przed procesem wyżarzania uzyskane z symulacji.

Ilustracja 4 Kontrolowanie dokładności geometrii poprzez analizę wyżarzania i deformacji detalu.

Ilustracja 5 Liniowa teoria sprężystości i teoria lepko-sprężystości dostępna do wyboru przy analizie wyżarzania detalu.