关于空调用贯流风叶注塑去应力退火方法研究

吴友学 姚晶晶 王妍丽 赵德和

格力电器(合肥)有限公司 安徽 合肥 230088

实验验证

取16个风叶,水平静置模拟整机安装,放置10天后,动平衡均明显增大。

以上说明风叶在整机中经过长时间水平静置,风叶受自重的影响,内部应力产生变化,导致发生形变,且随着时间推移会越变越大。

1 产生应力的原因

空调的贯流风叶属轻薄零件,在贯流风叶注塑成型后,长时间横向放置于平面后产生了变形。经反复实验和分析,高分子材料在注塑过程中,需要加热融化然后成型冷却,冷却过程必然存在内外温差,易产生不平衡构象,造成零件的注塑内应力。内应力在零件注塑过程中以多种形式存在,主要影响是取向应力和体积温度应力。

2 注塑应力对零件的影响

2.1 外形设计合理性

内应力一般都集中在注塑零件的尖角位置,而尖角的残余应力集中会造成零件的脆弱,脱模过程中会产生破裂,尤其是内圆角,即采用的圆角半径只有0.5mm,对零件的强度增大起到很大作用。贯流风叶的设计中遵循内圆角的半径为对应位置零件厚度的1/4以上;外圆角的半径为对应位置厚度的1.5倍最为合适。

2.2 选择合理壁厚

注塑零件的壁厚是外形设计的重要参数,壁厚的不合理设计会给零件的使用造成很多缺陷。零件壁厚较大可以具有良好的充模特性,同时降低取向应力,减小形变,提高强度。较薄厚度的零件,其强度较低,易产生破裂现象,注塑时的流动性较弱,易造成填充不足或表面粗糙等现象。空调的贯流风叶属于薄壁零件,在设计时采用的壁厚在1.2-3.5mm 之间,整体保证厚度均匀,存在壁厚差的位置采取逐渐过渡处理,以减小应力的产生。

3 去应力退火实验方案设计

贯流风叶变形温度在78℃左右,该零件壁厚较薄,所以选择退火温度为：65℃、70℃、75℃,退火时间选择为24h、30h、36h、42h、48h。使用三个零件针对各个退火实验温度和退火时间进行实验,对退火后的零件进行变形量分析,找出最佳的退火温度和退火时间。

4 实验过程及结果分析

将退火容器内介质温度加温至65℃,再将15个贯流风叶注塑零件分为5组,每组3个全部放入退火容器,在温度控制系统的调控下使退火容器内温度保持在65℃,24h,将其中一组注塑零件取出,在正常室内环境下零件降温至室温,然后放入检测液中10分钟,取出后使用检测工具进行变形量的测量,并记录;其余四组零件继续保持65℃至30h,再将第二组零件从退火容器中取出,进行检测液浸泡和变形量的检测,并记录;同样将另外三组零件分别在36h、42h、48h取出检测,并记录,这样就完成了退火温度65℃,保温时间分别为24h、30h、36h、42h、48h的该注塑件热处理实验。用同样的方法完成70℃、75℃的车处理实验,具体数据见下表。

退火温度70℃随退火时间改变注塑零件变形量

由上表可见,该零件在70℃,保温48h后,变形量最小。使用圆偏振光透镜测定该条件下退火热处理前后不同位置残余应力的分布情况。残余应力以偏光结果的干涉条纹表示。条纹越多,色彩越浓厚,残余应力越大。可以看出：退火前存在多位置出现多层彩色应力条纹的现象,表明这些位置应力较集中或存在较大应力;退火后,相应区域的多层彩色应力条纹基本消除,灰色区域范围扩大,即应力较小的区域变大。说明退火热处理明显地降低了贯流风叶注塑零件的热残余应力,验证了薄壁注塑零件退火实验的有效性。经过70℃,保温48h处理后的贯流风叶注塑零件不再出现较大变形现象, 且具有很高的使用寿命,完全符合使用要求。

5 结语

贯流风叶注塑过程中产生的注塑应力主要是取向应力和体积温度应力,是因为高分子在融化冷却过程的取向性使零件出现了未松弛的高弹变形内力以及零件冷却过程中温度变化不均匀所造成的。使用高温退火法对其进行了应力去除实验,并设计实验方案,将贯流风叶注塑件分别在65℃、70℃、75℃,进 行 保 温24h、30h、36h、42h、48h,经 过实验数据分析,在70℃保温48h,效果最佳。后经圆偏振光透镜测定,并在该实验条件下退火热处理前后不同位置残余应力进行对比,说明退火热处理明显地降低了空调贯流风叶注塑零件的热残余应力,水浴退火法针对薄壁零件的应力消除具有有效性。