星期四, 5月 19

    轻便可携式应力分析解决方案

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    ■ ACMT

    前言:

    射出成型产品中存在的残余应力主要由兩个原因所导致,一为充填阶段之由流动残余应力所引发之分子排向,二为保压阶段塑胶受到挤压所造成的残余应力,三为冷却阶段不均匀收缩所产生之热残余应力。流动残余应力主要受到在塑胶充填流动的过程中高剪切率所导致,而在充填之后的冷却与脱模阶段持续被释放或冻结。

    热残余应力则由高温的塑胶材料冷却到玻璃转移温度后的不均匀的体积收缩与密度变化所生成。分子排向与流动残余应力在充填阶段与保压阶段是属于高分子黏弹性的行为。

    在温度高于玻璃转移温度之下,塑料 处於液态的阶段, 高分子链将依据流动方向产生相应对的配向。而射出成型过程中高冷却率下的快 速固化将使得这些应力与分子 排向无法被完全的松弛及释放。流动残余应力一般认为 比热残余应力 小,然而流动残余应力与高分子的冻结排 向息息相关,在现今的技术中利用流动残余应力提供与分子排向的关联是较为可行的方案。而高分子冻结排向 影响了非等向性的机械性质、热性质与光学性 质,并影响了之后的尺寸稳定度,因此流动残余应力之重要性是无法忽略。

    残留应力检测

    残留应力除了会影飨塑胶件尺寸精度与多材料件组装性要求,同时,环境变异所产生的潜在应力破坏丶蠕变性破坏丶疲劳性破坏等,也会因为残留应力存在而加速此问题的产生此外,残留应力更会造成光学特性的改变, 对于后续加工,例如涂佈丶电镀等制程都会造成严重影响。现在,透过的穿透式应力偏光仪,将协助您简易 快速检测塑件内部残留应力,进一步了解应力分布与成因,即早找出合适的解决方法,优化的产品设计。此穿透式应力偏光仪为一种非破坏性定性观测方法,利用塑胶受应力作用下之光弹特性,来观测材料的双折射率变 化情形。只要将塑胶透明件产品或试片置于两片正片之 偏光塑胶片中,借由塑胶双折射现象及光弹特性而使白色光源经偏光片后通过形成彩色明暗条纹,由所显示 之条纹形式及色彩,可以对应到观测塑胶件内部的残留应力大小。

    条纹密度越高的部份,即为塑胶件残留 应力较高之区域。应力偏光仪能快速检测塑件残留应 力分布,协助解决因应力所衍生的相关问题,并提高 产品品质与竞争力的最佳帮手。非破坏性穿透式偏光 技术直接观察塑胶产品残留应力分布背光式光源模块 适用于各式透明塑件。

    原理分析

    光的产生是借由电荷振动所释放之輻射波,光束同时 具有粒子及波动之特性,光波可在真空中 传递是属于 电磁波之一种。然而,光可以向四面八方照射,所以 若以自然光來做一些如干射、绕射 等分光观测时,将会因为各方向光波的互相干扰而无法识别。

    因此,为方便於光谱观测及便於以简单數学方程式來表示,一般常用单方向之光波來作为光源,而此单方向光源是利用将白光光源,借由一单方向之光学偏光片,使其通过之光波都固定在一特定方向上。例如,将兩片光学偏光片,依前后放置在一白光光源前,当白光透过第一片偏光片时已成一单方向光波,若旋转第二片偏光片观察时,将会发现当兩片偏光片成平行时,可見到白光通过;但若兩片成垂直时,则呈黑暗无光线通过。在存有应力之透明塑胶及玻璃材料之光学镜头中,在平面上可将应力分成兩个主轴应力,使材 料具 有兩不同的折射率。因此光要通过此材料时,沿二个 主应力方向振动的光波彼此有不同的速率,穿出材料时,则会有相对相位差产生。而此相位差正比於平面 上的兩个主轴应力之差值。

    而应力光学定律是指一透明塑胶材料当受应力时,其折射率会随着所受应力变化而改变,当物体的应力狀态和光交互作用,则可由光弹条纹可推知物体的应力狀态。光弹性量测应力的方法其主要优点在于可了解外力作用瞬间或成形定型后,测试品整体的应力场分布,可实际用于产品品质管控上。

    结语

    近年来随着各式产品推陈出新的速度愈来愈快,设计 人员必须在最短的时间内开发出新产品,制造部门也 须要缩短制程时间来满足新产品上市时程。因此,在塑胶射出成型加工的过程中,射速快、冷却时间短是提高生产力与竞争力的条件之一。

    然而,对于塑胶产 品而言,过大的速度差或不均匀冷却,往往会在成型 过程中产生残留应力。这除了会影响产品在使用上的 强度之外,对于某些二次后加工程序更会造成困扰。因此,要正确了解塑胶产品发生应力的原因、产生应 力的位置与应力之型态,才能有效分析,提出解决成 型及设计上的问题点。 ■

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