Phần 5 Dữ liệu vật liệu được sử dụng để phân tích ép phun

Nội dung

1. Trước hết

2. Dữ liệu vật liệu (tính chất lưu biến, tính chất nhiệt, tính chất PVT, tính chất co ngót, tính chất vật liệu)

3. Đối với gia cố phụ

4. Tóm tắt

Giới thiệu

Trong phân tích ép phun, độ chính xác của phân tích phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của dữ liệu vật liệu. Nhìn chung, các phép tính dựa trên dữ liệu thuộc tính vật liệu được đăng ký trong cơ sở dữ liệu phần mềm phân tích, nhưng phải cẩn thận với độ tin cậy của dữ liệu vật liệu. Phần mềm phân tích đi kèm với báo cáo đo lường dữ liệu vật liệu, vì vậy cần phải xem xét liệu báo cáo đo lường có đủ tin cậy trước khi phân tích lần đầu hay không. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích các mục và nội dung của dữ liệu vật liệu được sử dụng trong phân tích ép phun.

dữ liệu vật liệu

■ Tính chất lưu biến

Lưu biến học là nghiên cứu về các hiện tượng biến dạng và chảy của các vật thể. Lưu biến liên quan đến các tính chất trung gian giữa chất rắn và chất lỏng.
Vì nhựa được tạo thành từ các vật liệu polyme đàn hồi nhớt, nên nó cứng nhưng giòn trong điều kiện nhiệt độ thấp hoặc tốc độ cao, nhớt và mềm trong điều kiện nhiệt độ cao hoặc tốc độ thấp, khiến nó dễ bị biến dạng vĩnh viễn.
Độ nhớt đại diện cho độ dính của chất lỏng. Nếu độ nhớt cao sẽ đặc và khó chảy còn nếu độ nhớt thấp sẽ trơn và dễ chảy. Lưu biến là cần thiết để xử lý độ nhớt. Ngoài ra, tốc độ cắt (tốc độ cắt) là một giá trị cho biết lượng biến dạng áp dụng cho một đối tượng.

・Dữ liệu độ nhớt

Hình 1 cho thấy sự phụ thuộc của tốc độ cắt (đường cong dòng chảy), với độ nhớt trên trục tung và tốc độ cắt trên trục hoành. Nó được sử dụng để đánh giá độ nhớt của vật liệu trong phân tích CAE. Nhựa có sự phụ thuộc nhiệt độ và sự phụ thuộc tốc độ cắt của độ nhớt nóng chảy. Nói cách khác, vì độ nhớt thay đổi tùy thuộc vào tốc độ cắt và nhiệt độ, nên độ dễ chảy thay đổi tùy thuộc vào cách nhựa chảy, điều này cần thiết để đánh giá khả năng tạo khuôn.

・MFR (Tốc độ dòng chảy khối lượng nóng chảy)

Tốc độ dòng chảy khối lượng nóng chảy là một giá trị số đánh giá khả năng chảy của nhựa nóng chảy. Phương pháp đo là cho nhựa nóng chảy vào xi lanh, đẩy nhựa ra khỏi khuôn (vòi phun) bằng pít-tông trong điều kiện tải và nhiệt độ không đổi, đồng thời đo khối lượng thải ra trong 10 phút. Con số này càng cao thì tính lưu động khi nóng chảy càng cao, cho thấy nó dễ chảy (tính tạo khuôn tốt).

​Phải cẩn thận khi so sánh, vì nhiệt độ và tải trọng tại thời điểm đo có thể khác nhau tùy thuộc vào loại nhựa trong dữ liệu vật liệu. Điều quan trọng là phải so sánh và nghiên cứu khả năng chảy ở vùng cắt thấp và dữ liệu khi đúc thực sự.

 

■ Tính chất nhiệt (thermal properties)

Các loại nhựa khác nhau có tính chất nhiệt khác nhau. Ngoài ra, chúng ta phải xem xét rằng nó thay đổi theo nhiệt độ.

·nhiệt dung riêng

Nhiệt dung riêng là lượng nhiệt (năng lượng) cần thiết để tăng nhiệt độ đơn vị của một chất có khối lượng đơn vị. Nó là một chỉ số thể hiện “độ dễ nóng lên” và “độ cứng nguội” của một vật thể và ảnh hưởng đến tốc độ thay đổi nhiệt độ.
Phương pháp đo là tiêu chuẩn quốc tế "Nhựa ISO11357-4 - Phép đo nhiệt lượng quét vi sai (DSC)".

・Nhiệt độ chuyển tiếp

Tính chất vật lý của nhựa không thay đổi tỷ lệ thuận với nhiệt độ, nhưng chúng có đặc tính thay đổi tính chất vật liệu đột ngột trong một phạm vi nhiệt độ cụ thể. Phạm vi nhiệt độ trong đó xảy ra sự thay đổi đột ngột được gọi là nhiệt độ chuyển tiếp, và đặc biệt, nhiệt độ tại đó trạng thái nóng chảy chuyển sang trạng thái rắn (trạng thái thủy tinh) được gọi là nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh. (Phần 2 Điểm chính của CAE nhựa "1. Các loại nhựa [Nhựa nhiệt dẻo]")​
Phương pháp đo là tiêu chuẩn quốc tế "Nhựa ISO11357-3 - Phép đo nhiệt lượng quét vi sai (DSC)".

・Nhiệt độ phun ra

Nhiệt độ tại đó sản phẩm đúc có thể được lấy ra khỏi khuôn. Sau khi làm mát, sản phẩm đúc được lấy ra bằng chốt đẩy, nhưng nếu nhiệt độ không giảm đủ, sẽ có nguy cơ bị biến dạng.

·Dẫn nhiệt

Độ dẫn nhiệt là một giá trị biểu thị tốc độ truyền nhiệt trên một đơn vị chiều dài và nhiệt độ đơn vị. Hệ số dẫn nhiệt càng cao thì càng dễ dẫn nhiệt. Nói chung, độ dẫn nhiệt của nhựa thấp, nhưng độ dẫn nhiệt ảnh hưởng đến khả năng tạo khuôn trong quá trình đúc nhựa nóng chảy và đổ vào khuôn. Nhựa có sự phụ thuộc vào nhiệt độ, trong đó độ dẫn nhiệt thay đổi xung quanh nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ kết tinh, đây là một yếu tố quan trọng trong phân tích CAE.
Phương pháp đo là tiêu chuẩn quốc tế "ISO22007-2 Phương pháp nguồn nhiệt mặt phẳng thoáng qua (đĩa nóng)".

■ Đặc điểm PVT

Khi nhựa ép phun, nhựa được phun dưới nhiệt độ và áp suất cao vào khuôn lạnh và được làm lạnh nhanh chóng đến trạng thái rắn. Tại thời điểm này, giảm thể tích (co lại) xảy ra do làm mát. Mối quan hệ thay đổi hành vi [P (áp suất) - V (thể tích) - T (nhiệt độ)] trong quá trình làm mát được gọi là đặc tính PVT. Sự co ngót trong quá trình đúc nhựa không chỉ ảnh hưởng đến độ chính xác về kích thước mà còn gây ra các khuyết tật về khuôn như vết lõm và cong vênh do co ngót không đồng đều.

Các phương pháp đo đặc tính PVT bao gồm phương pháp pít-tông và phương pháp thủy ngân. Trong phương pháp pít-tông, nhựa nóng chảy được đặt trong ống mẫu và được tạo áp suất bằng pít-tông, đồng thời đo sự thay đổi áp suất và nhiệt độ theo thể tích cụ thể tại thời điểm này. Trong phương pháp này, các khoảng trống có thể xảy ra do co ngót, vì vậy phương pháp chất lỏng làm kín (phương pháp thủy ngân) đôi khi được sử dụng bằng cách bọc thủy ngân và tác dụng áp suất thủy tĩnh lên mẫu.

■ Đặc tính co ngót

Đặc tính PVT làm cho nhựa co lại, nhưng không đồng đều. Sự thay đổi về độ co ngót có thể gây ra các khuyết tật về khuôn như vết lõm, cong vênh và biến dạng. Tỷ lệ co ngót khuôn thay đổi tùy thuộc vào các yếu tố khác nhau như độ dày và hình dạng của sản phẩm đúc.
Do đó, các đặc tính co ngót là dữ liệu làm tăng độ chính xác của phân tích độ co ngót của nhựa bằng cách phân loại độ co rút thể tích thu được thành độ co ngót trong mặt phẳng và độ co ngót độ dày tấm, hướng dòng chảy và hướng vuông góc của dòng chảy.

■ Tính chất vật liệu

Tính chất vật lý là tính chất vật lý của vật liệu. Biết các tính chất vật lý như mật độ và trọng lượng riêng rất quan trọng trong việc lựa chọn vật liệu nhựa.
Trong phân tích CAE, mô đun Young và tỷ lệ Poisson đặc biệt cần thiết khi kiểm tra ứng suất vật liệu.

·Mô đun Young

Mô đun của Young còn được gọi là mô đun theo chiều dọc (mô đun kéo dài). Là hệ số biểu thị mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật thể khi thực hiện phép thử kéo trên vật thể.

・Tỷ lệ Poisson

Tỷ lệ Poisson là tỷ lệ biến dạng theo hướng dọc và ngang xảy ra khi một lực tác dụng lên vật thể. Vì mô đun của Young là một mô đun theo hướng dọc (hướng kéo), nên có thể thu được hướng bên từ tỷ lệ Poisson và có thể thu được các tính chất vật lý của vật liệu như ứng suất và biến dạng của vật thể. Tốc độ thay đổi khác nhau tùy thuộc vào vật liệu. Cần thiết để tính toán cường độ, v.v. trong phân tích CAE.

・Hệ số giãn nở tuyến tính

Hệ số giãn nở tuyến tính là tốc độ giãn nở và co lại trên một đơn vị chiều dài của một vật khi nhiệt độ của nó thay đổi.
Các vật nở ra hoặc co lại khi nhiệt độ của chúng thay đổi. Do mức độ ứng suất khác nhau tùy thuộc vào vật liệu, nên ứng suất nhiệt được tạo ra do sự khác biệt về mức độ giãn nở và co lại trong các bộ phận được tạo ra bằng cách ghép các vật liệu khác nhau, gây ra biến dạng và vết nứt. Hệ số giãn nở tuyến tính phải được xem xét khi thiết kế các bộ phận kết dính nhựa và kim loại hoặc các loại nhựa khác nhau.

Đối với gia cố phụ

Chất độn còn được gọi là chất độn, bằng cách thêm chúng vào nhựa và trộn chúng vào, chúng có các tác dụng như tăng cường độ và khả năng chịu nhiệt. Các chất độn gốc sợi như sợi carbon và sợi thủy tinh là những ví dụ điển hình. Thêm chất độn dựa trên sợi làm giảm độ co ngót của khuôn và hệ số giãn nở tuyến tính. Mặt khác, các sợi có nhiều khả năng được định hướng theo hướng dòng chảy và tính chất của chúng thay đổi, chẳng hạn như tính bất đẳng hướng tăng lên.

·Tỉ lệ

Các tính chất vật lý cũng thay đổi tùy thuộc vào lượng chất độn được trộn vào nhựa. Hàm lượng chất độn càng cao thì tính năng (dẫn điện, dẫn nhiệt, v.v.) càng cao nhưng khả năng tạo khuôn có xu hướng giảm và việc gia công trở nên khó khăn hơn.
Điều quan trọng là phải biết có bao nhiêu chất độn trong vật liệu bạn đang sử dụng.

·tỷ lệ khung hình

Tỷ lệ khung hình phải được xem xét đối với chất độn hình que và hình vảy.
Tỷ lệ khung hình là tỷ lệ của trục chính so với trục phụ và có xu hướng tỷ lệ khung hình của bộ đệm càng cao thì các thuộc tính càng cao. Mặt khác, cũng có một nhược điểm là chất độn có xu hướng tổng hợp lại.

Bản tóm tắt

Khi sử dụng nhựa mới, điều quan trọng là phải kiểm tra dữ liệu vật liệu trước khi phân tích. Có kiến thức đúng về cơ sở dữ liệu vật liệu và có thể đọc bảng thuộc tính một cách chính xác là con đường tắt để chọn vật liệu phù hợp.
Trong phân tích CAE cũng vậy, càng có nhiều thông tin phù hợp thì phân tích càng chính xác. Xác nhận xem dữ liệu trong cơ sở dữ liệu vật liệu có chính xác hay không cũng rất quan trọng để cải thiện độ chính xác của phân tích. Tận dụng triệt để cơ sở dữ liệu vật liệu và áp dụng nó vào thiết kế sản phẩm.

Phần tiếp theo: "Cách sử dụng kết quả đầu ra"​