🔍Расчет остаточных напряжений в литьевых полимерах: теория и практика

🔍Расчет остаточных напряжений в литьевых полимерах: теория и практика

Остаточные напряжения в полимерных изделиях — ключевой фактор их качества и стабильности. Точный расчет этих напряжений помогает прогнозировать усадку, коробление и особенности механических свойств.

История и методы расчетов

- Первые модели рассчитывали термические напряжения в неорганических стеклах, исходя из термоупругих предпосылок.

- Современные подходы используют вязкоупругие модели, учитывающие зависимость модуля упругости от времени и температуры, а также влияние давления и упаковки при литье.

- Вязкоупругие решения, включая модель Максвелла и ее расширения, дают наиболее точные результаты для полимеров, в том числе для аморфных (ПС, ABS) и полукристаллических (HDPE) материалов.

- Для решения задач используется численный анализ (конечные элементы), позволяющий учесть сложные геометрии и процессы: охлаждение, усадку, механические ограничения.

🤓Важные нюансы:

- Вязкоупругие модели учитывают релаксацию напряжений во времени, изменяющиеся свойства материала при переходе из расплава в твердоё состояние и влияние температуры/давления.

- Особое внимание уделяется влиянию кристалличности для полукристаллических полимеров, что заметно влияет на распределение напряжений и профиль усадки.

- Трение между формой и изделием может значительно влиять на усадку и остаточные напряжения.

🧐Примеры и результаты

- На изображениях ниже показаны экспериментальные и расчетные профили остаточных напряжений для:

- Аморфного полистирола (ПС) — типичный трёхзонный профиль с поверхностными растяжениями и внутренним сжатием.

- Полукристаллического полиэтилена высокой плотности (HDPE) — другой характер распределения с увеличением напряжений на поверхности.

Модели вязкоупругого характера показывают лучшие совпадения с экспериментом, чем простая термоупругая модель.

🫢Почему это важно?

✅ Улучшение качества продукции за счет правильного проектирования технологических режимов

✅ Прогнозирование и снижение дефектов: трещин, коробления, искажения форм

✅ Оптимизация процессов литья под давлением для разных полимеров

#литейноепроизводство #остаточныенапряжения #вязкоупругость #моделирование #полимеры #инжиниринг #материаловедение #литьеподдавлением #упругость