關于空調用貫流風葉注塑去應力退火方法研究

吳友學 姚晶晶 王妍麗 趙德和

格力電器(合肥)有限公司 安徽 合肥 230088

實驗驗證

取16個風葉,水平靜置模擬整機安裝,放置10天后,動平衡均明顯增大。

以上說明風葉在整機中經過長時間水平靜置,風葉受自重的影響,內部應力產生變化,導致發生形變,且隨著時間推移會越變越大。

1 產生應力的原因

空調的貫流風葉屬輕薄零件,在貫流風葉注塑成型后,長時間橫向放置于平面后產生了變形。經反復實驗和分析,高分子材料在注塑過程中,需要加熱融化然后成型冷卻,冷卻過程必然存在內外溫差,易產生不平衡構象,造成零件的注塑內應力。內應力在零件注塑過程中以多種形式存在,主要影響是取向應力和體積溫度應力。

2 注塑應力對零件的影響

2.1 外形設計合理性

內應力一般都集中在注塑零件的尖角位置,而尖角的殘余應力集中會造成零件的脆弱,脫模過程中會產生破裂,尤其是內圓角,即采用的圓角半徑只有0.5mm,對零件的強度增大起到很大作用。貫流風葉的設計中遵循內圓角的半徑為對應位置零件厚度的1/4以上;外圓角的半徑為對應位置厚度的1.5倍最為合適。

2.2 選擇合理壁厚

注塑零件的壁厚是外形設計的重要參數,壁厚的不合理設計會給零件的使用造成很多缺陷。零件壁厚較大可以具有良好的充模特性,同時降低取向應力,減小形變,提高強度。較薄厚度的零件,其強度較低,易產生破裂現象,注塑時的流動性較弱,易造成填充不足或表面粗糙等現象。空調的貫流風葉屬于薄壁零件,在設計時采用的壁厚在1.2-3.5mm 之間,整體保證厚度均勻,存在壁厚差的位置采取逐漸過渡處理,以減小應力的產生。

3 去應力退火實驗方案設計

貫流風葉變形溫度在78℃左右,該零件壁厚較薄,所以選擇退火溫度為：65℃、70℃、75℃,退火時間選擇為24h、30h、36h、42h、48h。使用三個零件針對各個退火實驗溫度和退火時間進行實驗,對退火后的零件進行變形量分析,找出最佳的退火溫度和退火時間。

4 實驗過程及結果分析

將退火容器內介質溫度加溫至65℃,再將15個貫流風葉注塑零件分為5組,每組3個全部放入退火容器,在溫度控制系統的調控下使退火容器內溫度保持在65℃,24h,將其中一組注塑零件取出,在正常室內環境下零件降溫至室溫,然后放入檢測液中10分鐘,取出后使用檢測工具進行變形量的測量,并記錄;其余四組零件繼續保持65℃至30h,再將第二組零件從退火容器中取出,進行檢測液浸泡和變形量的檢測,并記錄;同樣將另外三組零件分別在36h、42h、48h取出檢測,并記錄,這樣就完成了退火溫度65℃,保溫時間分別為24h、30h、36h、42h、48h的該注塑件熱處理實驗。用同樣的方法完成70℃、75℃的車處理實驗,具體數據見下表。

退火溫度70℃隨退火時間改變注塑零件變形量

由上表可見,該零件在70℃,保溫48h后,變形量最小。使用圓偏振光透鏡測定該條件下退火熱處理前后不同位置殘余應力的分布情況。殘余應力以偏光結果的干涉條紋表示。條紋越多,色彩越濃厚,殘余應力越大。可以看出：退火前存在多位置出現多層彩色應力條紋的現象,表明這些位置應力較集中或存在較大應力;退火后,相應區域的多層彩色應力條紋基本消除,灰色區域范圍擴大,即應力較小的區域變大。說明退火熱處理明顯地降低了貫流風葉注塑零件的熱殘余應力,驗證了薄壁注塑零件退火實驗的有效性。經過70℃,保溫48h處理后的貫流風葉注塑零件不再出現較大變形現象, 且具有很高的使用壽命,完全符合使用要求。

5 結語

貫流風葉注塑過程中產生的注塑應力主要是取向應力和體積溫度應力,是因為高分子在融化冷卻過程的取向性使零件出現了未松弛的高彈變形內力以及零件冷卻過程中溫度變化不均勻所造成的。使用高溫退火法對其進行了應力去除實驗,并設計實驗方案,將貫流風葉注塑件分別在65℃、70℃、75℃,進 行 保 溫24h、30h、36h、42h、48h,經 過實驗數據分析,在70℃保溫48h,效果最佳。后經圓偏振光透鏡測定,并在該實驗條件下退火熱處理前后不同位置殘余應力進行對比,說明退火熱處理明顯地降低了空調貫流風葉注塑零件的熱殘余應力,水浴退火法針對薄壁零件的應力消除具有有效性。