Усадка пластмасс

[catalyst 0]

Господа, меня настиг диплом... на тему литья полипропиленовых уголков.

В наличии имеется только чертеж формы с изделием внутри, масса отливки, площадь оной и данные, полученные из чертежа.

В данный момент с меня требуют "рассчитать усадку изделия".

Собственно, прошу подсказать формулу, по которой это делается.

Все,что пока удалось найти - формулы вроде

Для изделия простой геометрической формы и одинаковой толщины объемную усадку можно рассчитать по формуле:

Sv = (Vф - V)/Vф , где Vф - объем формы; V - объем изделия. Если L = V1/3, то S = 1 - (V/Vф)1/3

Мне, я так понимаю, надо отталкиваться от массы, объема, материала, и т.д.

Таки как посчитать усадку?

Спасибо)

[Sulla 17]

Что значит расчитать усадку изделия? Она и так известна. Усадка полипропилена, например,- 1.8%. Т.е. для того, чтобы получить изделие для проектирования прессформы, надо это изделие увеличить масштабом в 1.018 раз. В ПРОЕ есть функция- Shrinkage.

[yanita 0]

Вот так приблизительно и расчитать

Sv = (Vф - V)/Vф , где Vф - объем формы; V - объем изделия

Коэффициент усадки как раз характеризует относительную разницу между размерами изделия и размерами формообразующих. В технических характеристиках приводится как линейная усадка. Так что можна ее посчитать по линейным размерам изделия и формообразующих.

А что означает?

Если L = V1/3, то S = 1 - (V/Vф)1/3

[Booster 103]

Величина усадки не может не зависеть от времени охлаждения. Я на ПНД получал усадку до 10% уменьшая время охлаждения. И от геометрии должна зависеть усадка- но тут в двух словах сложно объяснить.

[catalyst 0]

видимо,я все же туплю.

Разве объем формы Vф не будет равен V материала, его заполняющего?

У меня есть чертеж изделия в форме, и все. На нем их линейные размеры совпадают.

Могу ли я, руководствуясь табличным значением усадки ПП сказать, что после извлечения из формы изделия станет на 1.8% меньше?

[MFS 248]

Могу ли я, руководствуясь табличным значением усадки ПП сказать, что после извлечения из формы изделия станет на 1.8% меньше?

Именно. Ее сожмут остаточные напряжения. Хотя, как уже говорилось выше размеры поедут по разному в зависимости от гоеметрии изделия, режимов остывания и т.д.

[Booster 103]

Именно. Ее сожмут остаточные напряжения. Хотя, как уже говорилось выше размеры поедут по разному в зависимости от гоеметрии изделия, режимов остывания и т.д.

По моему размеры меняются из за изменения "аморфной" (жидко-вызкой) решетки на "кристаллическую" (твердую) если эти два понятия применимы к пластмассам. А остаточные напряжения так и остаются.

[MFS 248]

Дык онеж не все кристаллизуются. ПП кристаллизуется, АБС - нет. Правда ПП и садится бОльше. Может не только в кристаллизации причина?

[Barvinsky 5]

Линейная усадка - не свойство материала, как часто считают, а технологическая характеристика конкретного процесса литья, т.е сочетания факторов: геометрия изделия, литниковая система, материал, технологический режим и т.д. Чтобы разобраться с линейной усадкой, сначала надо понять, как возникает объемная усадка. Объемная усадка при литье термопластичных материалов является результатом двух процессов: 1) уменьшения объема полимера при охлаждении и 2) компенсации этого уменьшения за счет добавления в полость некоторого количества материала (подпитки). Компенсация может быть недостаточной (слишком большая усадка, которая сопровождается образованием поверхностных дефектов или внутренних усадочных полостей, все это называется недоуплотнением), полной (нулевая усадка) или чрезмерной (отрицательная усадка - переуплотнение).

Первая составляющая определяется PVT-диаграммой, т.е. зависимостью удельного объема (величина, обратная плотности) от температуры и давления. PVT-диаграммы лучше всего описывает уравнение Тайта (сейчас предпочитают использовать его модифицированный вариант). Тут есть интересные нюансы, например, для кристаллизующихся материалов, к которым относится полипропилен, PVT сильно зависит от скорости охлаждения.

Подпитка в самом упрощенном варианте также может быть оценена из PVT-диаграммы (эта методика была предложена в статье Greener J. General consequences of the packing phase in injection molding // Polym. Eng. Sci. 1986. V. 26. P. 886-892). Такой подход описан во многих книжках.

Современный подход предполагает расчет подпитки численными методами, в простейшем варианте для одномерного неизотермического течения.

Предположение, что линейная усадка составляет 1/3 от объемной, справедливо для изотропной усадки, т.е. для такой усадки, которая одинакова во всех направлениях. При литье термопластов это условие не выполняется. В частности, усадка по толщине всегда отличается от продольной (в направлении течения) и поперечной усадки.

Неизотропную усадку, т.е. продольную и поперечную, из объемной в принципе рассчитать нельзя, хотя в публикациях 1960-х – 1980-х годов такие попытки делались.

В современных подходах на основе выбранного реологического уравнения состояния расплава численными методами рассчитывают напряженное состояние полимера («остаточные» напряжения), с учетом влияния стадий заполнения, уплотнения и охлаждения в форме. Учитываются напряжения, связанные с ориентацией (ориентационные напряжения) и охлаждением (термические напряжения) полимера. Для кристаллизующихся материалов учитывают также влияние кристаллизации (степень кристалличности меняется по толщине), хотя это усложняет и так уже весьма непростые модели процесса.

Здесь термин «остаточные» понимается не в привычном смысле (как напряжения в готовой отливке), а как напряжения с учетом процесса релаксации, в закрытой форме. При этом обычно предполагают, что пока отливка находится в форме, усадочные процессы не происходят (это не всегда справедливо, но это отдельная тема).

Далее рассчитывают деформации отливки при раскрытии формы, используя линейные или нелинейные модели для зависимости напряжение-деформация. Если используется модель двухмерного течения (Хеле-Шоу) линейная усадка – это «плоскостные» деформации. При этом учитывают геометрические факторы, препятствующие усадке (затрудненность усадки).

Существует обширная литература на эту тему, правда на английском языке. Ссылки на литературу с переводом названий можете посмотреть здесь: <noindex>http://abuniversal.webzone.ru/library/library-molding.htm</noindex>.

[Barvinsky 5]

Еще существует совсем упрощенный подход, который неизвестно для каких, видимо учебных целей, упорно приводится в наших книжках. Объемная усадка рассчитывается из так называемого уравнения состояния полимера, без учета подпитки. Далее из объемной усадки определяется изотропная линейная усадка. Продольная и поперечная усадки рассчитываются через коэффициент анизотропии (отношение продольной усадки к поперечной). Продольная и поперечная усадки берутся как справочные данные для типа полимера.

Конечно, без учета подпитки, здесь рассчитывается не объемная усадка, а неизвестно что. Используемое уравнение состояния описывает изменение объема полимера при охлаждении с учетом давления в узком диапазоне условий, и поэтому неправильно.

Кроме того, здесь предполагается, что анизотропия усадки – это свойство полимера. На самом деле это результат влияния всего комплекса факторов: материал, геометрия изделия, конструкция литника, технологический режим и т.д.

Но у этого метода есть одно ценное качество – очень простые расчетные формулы.

[ZaBull 1]

Очень полезная инфа для нас. Но для студента объясню попроще.

Как известно, любой материал ( кроме H2O ) при охлаждении уменьшается, при нагреве увеличивается. В зависимости от коэффициента температурного линейного расширения (берется по справочнику). В нашем случае режим литья имеет чётко определенный диапазон температур. Поэтому говорим усадка 1.8%, например. Есс-но, говорим о линейной усадке (если надо найти объёмную, надо возвести её в куб). В подавляющем большинстве полимеры имеют равную усадку по 3-м координатам, т.е. изотропную. Ну, это я говорю о небольшом отличии усадки в 3-х направлениях. (Просто есть материалы, у которых отличие в 0.5% и более)

Т.е., для решения задачи тебе надо знать коэффициент температурного линейного расширения (КТЛР) для данного материала и температуру литья (обычно около 180 по цельсию). Заморачиваться объёмом не стоит. Когда говорят "расчитать усадку", имеют ввиду именно линейную. Чтобы по чертежу изделия определить формообразующие размеры формы. А размер есть величина линейная.

[Barvinsky 5]

ZaBull

Это тоже разновидность упрощенного расчета, но тоже неправильная.

Представьте, Вы впрыскиваете в пустую полость расплав, после чего отключаете полость от материального цилиндра. Происходит остывание расплава без внешнего давления (т.е. без подпитки). Происходит объемная (и соотвественно линейная) усадка. Этот процесс Вы и рассчитываете из коэффициента линейного расширения. Но при таком процессе Вы не можете получить деталь, т.к. усадка слишком большая.

Чтобы получить качественную деталь, надо еще влить в полость дополнительное количество полимера, компенсируя усадочные процессы. Это называется подпитка или выдержка под давлением. Без учета подпитки никак не посчитать.

"В подавляющем большинстве полимеры имеют равную усадку по 3-м координатам" - это Ваша выдумка.

[catalyst 0]

Barvinsky, а не подскажете, как выглядят те самые "очень простые расчетные формулы"?

ZaBull, проблема в том, что температуру знаю, размеры знаю, КТЛР знаю, а вот формул то и нет(

подскажите, как сам расчет должен выглядеть?

Спасибо.

[Barvinsky 5]

А книжки у Вас какие-нибудь есть?

[catalyst 0]

Есть Крыжановский и Кербер "Производство изделий из полимерных материалов", Калинчев и Завгородний - про литье термопластов,Брацыхин и Шульгина - "Технология пластических масс", Калинчев "Оборудование для литья пластмасс".

Везде про усадку либо в общих чертах, либо ни слова.

[Booster 103]

Barvinsky

И что же делать бедному студенту и нам иже с ним? Предки создали таблицу с неправильными коэфф. усадки (хотя идеального газа тоже не существует но физики на него любят ссылаться). Мы ломаем голову используя современные методы компьютерного моделирования, хотя понимаем, что охлаждение через 3 дня ухудшится от налета ржавчины, сырье особенно от партии к партии отличается. Мы не можем учесть все параметры процесса, так может тогда и не стоит?

[Barvinsky 5]

Barvinsky

Предки создали таблицу с неправильными коэфф. усадки ...

Там рядом с этими коэффициентами обычно дополнительные буквы и цифры написаны, типа ГОСТ 18616-80, ISO/DIS 294-4 или ASTM D 955. Полезно понять, что это означает.

[catalyst 0]

В общем, формул, видимо не предвидится.

В любом случае, спасибо...

[Barvinsky 5]

Есть Крыжановский и Кербер "Производство изделий из полимерных материалов", Калинчев и Завгородний - про литье термопластов,Брацыхин и Шульгина - "Технология пластических масс", Калинчев "Оборудование для литья пластмасс".

Везде про усадку либо в общих чертах, либо ни слова.

Упрощенный метод расчета усадки излагается, например, в книгах:

Бортников В.Г. Производство изделий из пластических масс. - Казань: «Дом печати». Т. 3. Проектирование и расчет технологической оснастки, 2004. Cтр. 197 и далее (Глава 7. Расчет исполнительных размеров оформляющих деталей).

Здесь подробно все расписано.

Власов С.В., Кандырин Л.Б., Кулезнев В.Н. и др. Основы технологии переработки пластмасс. -М.: Химия, 2004. Стр. 454.

А здесь кратко.

Торнер Р.В. Теоретические основы переработки полимеров (механика процессов). -М.: Химия, 1977. Стр. 438-439.

И здесь кратко

[catalyst 0]

Благодарю, будем посмотреть.