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熱熔焊接技術:塑膠制品熔合縫力學性能詳解

發布者:嘉能超音波  發布時間:2018-09-05  查看:次  【

文章摘要: 什么是熔合縫? 熔合縫是指熔融狀態的塑膠熔料在注射入塑膠模具后因為各種原因在多股熔流之間形成的接合縫。熔合縫的形成原因主要有以下四點:

ZAIDIANZICHANPINSUJIAOLINGJIANKAIMOSHENGCHANQIAN,JIHUSUOYOUDEGONGSIDOUHUIYAOQIUZHUSUGONGYINGSHANGTIGONGMOLIUFENXIBAOGAO,GAIBAOGAOZHONGTONGCHANGHUIBAOKUOJIAOKOUWEIZHI,KENENGCUNZAIDEQUEXIANDENG,DUIYUZHEXIEYINSU,JIXIESHEJIGONGCHENGSHITONGCHANGHUIZHONGDIANGUANZHU,BINGYUZHUSUGONGYINGSHANGFANFUYANTAO,YIQUEBAOCHANPINSHENGCHANDEWANWUYISHI。DANSHI,HENDUOGONGCHENGSHIWANGWANGHUIHULVEMOLIUFENXIBAOGAOZHONGDERONGHEFENGZHEYIYE,HUOZHEGUANZHUYEJINJINSHISUIKOUWENYIXIAZHUSUGONGYINGSHANGCHANPINSHENGCHANCHULAIHOURONGHEFENGHUIBUHUIHENMINGXIAN,CONGERYINGXIANGWAIGUAN。ZAIDEDAOZHUSUGONGYINGSHANGDEFOUDINGDAANHOUBUHUIZAISHENJIUXIAQU。SHIJISHANG,RONGHEFENGWEIZHIDEXUANQUDUISUJIAOZHIPINDELIXUEXINGNENGDEYINGXIANGSHIFEICHANGZHONGYAODE。ZHESHIYINWEIRONGHEFENGQUYUDEXINGTAIHEJIEGOUSHIYOUBIEYUSUJIAOJIANDEQITABUFENDE,SUJIAOJIANDELIXUEXINGNENGZAIZHEGEQUYUSHISHIFENTESHUDE,JUEDADUOSHUDESUJIAOSUJIAOJIANDELIXUEXINGNENGDOUSHIDIYUSUJIAOJIANDEQITAQUYUDE,KEYISHUOSHIZHENGGESUJIAOJIANZHONGLIXUEXINGNENGZUICHADEQUYU。YINCI,RUHEGAIJINSUJIAOJIANRONGHEFENGDELIXUEXINGNENGJIUBIANDESHIFENZHONGYAO。

什么是熔合縫?

押庄龙虎 RONGHEFENGSHIZHIRONGRONGZHUANGTAIDESUJIAORONGLIAOZAIZHUSHERUSUJIAOMOJUHOUYINWEIGEZHONGYUANYINZAIDUOGURONGLIUZHIJIANXINGCHENGDEJIEHEFENG。RONGHEFENGDEXINGCHENGYUANYINZHUYAOYOUYIXIASIDIAN:

  • 多澆口澆注系統形成的熔合縫。如下圖所示,塑膠熔料由左右兩個澆口進入模具后,會在零件中間位置接合,從而形成熔合縫,注意這種情況下,熔合縫絕大多數為一個區域,而不是像圖示的那樣一條線。
多澆口澆注系統形成的熔合縫
  • 塑膠零件中的嵌件或者空心孔等原因造成的熔合縫。如下圖所示,塑膠熔料在遇到嵌件或者空心孔等時,會從一股熔料分成兩股以繞過流動障礙物,在繞過流動障礙物又會重新匯合到一起,從而形成熔合縫。
塑膠零件中的嵌件或者空心孔等原因造成的熔合縫
  • 零件厚度的變化形成的熔合縫。如下圖所示,塑膠熔料由澆口進入模具后,由于零件厚度的變化,會先分離開來,再匯合在一起,從而生成熔合縫。
零件厚度的變化形成的熔合縫
  • 熔料高速噴射到模具末端后反彈,冷固形成的波紋狀熔合縫,其形成機理如下圖所示。
熔料高速噴射到模具末端后反彈,冷固形成的波紋狀熔合縫

熔合縫的種類

GENJUSUJIAORONGLIAOZAIRONGHEQIANDEHUILIUJIAODUDEBUTONG,KEYIJIANGRONGHEFENGFENWEIFENGHEXIANHERONGHEXIAN,HUILIUJIAODUXIAOYU135°SHICHANSHENGDESHIFENGHEXIAN,DAYU135°SHICHANSHENGRONGHEXIAN。BUGUODUIYUCHANPINSHEJIGONGCHENGSHILAISHUO,HENNANQUJUTIFENXICIJIAODU,YIXIEXUEZHEJIANGQIJIANDANFENWEIJIEFENGHELIUXIANFENG,BIZHESHIFENZANCHENGCIFENFA。SUOWEIJIEFENG,SHIZHIDUOGURONGLIUQIANDUANZHIJIERONGHEDEQINGKUANG,ZUIDIANXINGDEJIUSHIDUODUOJIAOKOUJIAOZHUXITONGXINGCHENGDERONGHEFENG。ERLIUXIANFENGZESHIZHIDEDANGULIUZAIYINWEIGEZHONGYUANYINFENLIKAIHOUZAIHUIHEZAIYIQIDERONGHEFENG,ZUIDIANXINGDEJIUSHISUJIAOLINGJIANZHONGDEQIANJIANHUOZHEKONGXINKONGDENGYUANYINZAOCHENGDERONGHEFENG。

  • 接縫:
熔合縫接縫
  • 流線縫:
熔合縫流線縫

熔合縫形成機理

押庄龙虎 ZAIRONGHEFENGSHENGCHENGDEGUOCHENGZHONG,LIANGGURONGHELIUZAIDUICHONGGUOCHENGZHONG,WENDUZHUJIANJIANGDI,ZHANDUZENGGAO,RUXIATUSUOSHI。LIANGGURONGLIUZHIJIANCUNZAIBUDUANBEIYASUODEKONGQI。GUHUAHOU,RONGHEFENGYOULINGJIANBIAOMIANDAONEIBUKEYIFENWEISANGEQUYU,FENBIESHIVXINGQUEKOU,RUORONGHEQUHEQIANGRONGHEQU,ZHEJIUZAOCHENGRONGHEFENGQUYUDELIXUEXINGNENGYUQITAQUYUCHABIEHENDA。

熔合縫生成機理
  • V型缺口造成應力集中。有些零件的V型缺口可深達0.2mm到0.3mm。下圖為顯微鏡下觀察到的熔合縫。
熔合縫V缺口
  • 弱熔合區的不完善熔合造成的力學性能較差
  • 熔合過程中的對沖造成的熔合后分子鏈取向不同造成的力學性能區別。

熔合縫系數


熔合縫系數,全名為熔合縫強度系數(Weld line strength factor),通常用其來表示各種塑膠有熔合縫時強度的減弱。其值為塑膠材料有熔合縫與沒有熔合縫時拉伸強度或者沖擊強度的比值。對于脆性材料,即使是在最佳工藝條件下,其熔合縫系數也不會超過0.6-0.7,對于韌性材料,熔合縫系數則可以達到0.7-0.8以上。下圖為一些常見材料的平均熔合縫系數,注意是一個平均值,僅供參考,工程設計中不建議直接使用。

熔合縫系數

熔合縫力學性能改善

  • 模具設計時,應該避免在塑膠制品強度與剛度最薄弱位置出現熔合縫,同時也應避免在塑膠制品受力部位出現熔合縫。隨著模流分析軟件的興起,這一點對目前的塑膠模具供應商來說是比較容易做到的,零件機械設計工程師應該提早告知模具設計工程師什么地方需要受力,什么地方比較薄弱,要避免出現熔合縫。
  • 優化零件設計。比如優化嵌件位置,孔位等。也可以通過優化材料厚度或者厚度比來實現。
  • 通過模具設計控制熔合縫。比如通過優化澆口的大小,位置和數量來控制熔合縫的生成,位置,方向和性能。縮短熔流避免低溫熔流的不良熔合等。
  • 優化材料配比,使用添加劑來增強熔合縫的力學性能。
  • 控制注射工藝條件。
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