Utensili per stampi a iniezione

Stress residuo

Durante lo stampaggio, la densità della plastica cambia man mano che la temperatura scende drasticamente dal livello fuso a quello ambiente, provocando un restringimento, e la differenza di restringimento del prodotto e delle sue sezioni crea stress residuo all'interno, quando supera la tenacità della struttura del prodotto, deformazioni o addirittura crepe succede. Ci sono tre ragioni principali che causano lo stress residuo: indotto dal flusso, indotto dal calore, indotto dal processo e in cavità.

1 Stress residuo indotto dal flusso

Nel processo di stampaggio, la catena molecolare del polimero si orienta lungo la direzione del flusso sotto taglio e stiramento, mentre se solidifica prima del completo equilibrio, l'orientamento viene congelato nel prodotto. Questo stato di stress congelato è chiamato stress residuo indotto dal flusso, che causa un meccanismo irregolare e un ritiro nella direzione del flusso e nella sua direzione perpendicolare.

Quando la parte vicina alla parete dello stampo è sottoposta a un elevato stress di taglio e a una velocità di raffreddamento elevata, l'orientamento elevato sulla sua superficie verrà immediatamente congelato, come indicato nell'immagine seguente. Quindi mettere il prodotto ad alta temperatura rilascia uno stress con conseguente deformazione. Lo strato congelato mantiene il centro della parte a una temperatura più elevata che rilascia più stress rispetto a quanto la catena molecolare dello strato centrale orienta a un livello basso. È possibile controllare diverse condizioni che causano stress da taglio per ridurre lo stress residuo indotto dal flusso: temperatura elevata per la resina e le pareti dello stampo, tempi di riempimento lunghi, diminuzione della pressione di impaccamento e breve distanza del flusso.

elevata velocità di raffreddamento, elevato stress di taglio ed elevato orientamento

bassa velocità di raffreddamento, basso stress di taglio e basso orientamento

2 Sollecitazione residua indotta dal calore

Cause:

La temperatura della parte va dalla formazione al livello naturale;

Durante il congelamento, la parte dallo strato superficiale a quello centrale subisce una forza termica e meccanica diversa, come il tempo di raffreddamento e la pressione di impaccamento;

I cambiamenti di densità e meccanismo fanno variare la pressione, la temperatura, l'orientamento della catena molecolare e l'orientamento delle fibre;

Il design della struttura dello stampo a iniezione limita il ritiro in alcune direzioni.

Durante la fase preliminare del raffreddamento, la parte entra in contatto con la parete più fredda dell'acciaio per utensili e si ritira sullo strato superficiale, mentre la massa fusa interna continua a contrarsi liberamente. Quando la temperatura centrale scende e, dato lo strato superficiale ghiacciato, il ritiro termico parziale provoca uno stress di stiramento sullo strato centrale e uno stress di compressione sullo strato superficiale, come mostra il diagramma sotto.

La differenza di velocità di raffreddamento per le due pareti dello stampo provoca anche uno stress residuo asimmetrico indotto dal calore, in modo che lo stress di allungamento e lo stress di compressione distribuiti asimmetricamente creino un momento flettente, con conseguente deformazione. Fattori come lo spessore irregolare delle pareti, il cattivo raffreddamento per un'area parziale, il raffreddamento irregolare per lo stampo e i limiti della struttura dello stampo rendono più complicato questo tipo di stress residuo.

3 Stress residuo indotto dal processo e nella cavità

Non appena la parte esce dall'attrezzatura per lo stampo a iniezione, si restringe e non si deforma fino all'equilibrio. In questo momento all'interno rimane una tensione che viene chiamata indotta dal processo (diagramma in basso a sinistra), vale a dire tensione residua indotta dal flusso e tensione residua indotta termicamente, quest'ultima influenza principalmente.

Quando la parte è incatenata all'interno dello stampo, il congelato accumulerà stress interno denominato stress residuo nella cavità che determina il restringimento e la deformazione della parte dopo l'espulsione (diagramma in alto a sinistra). La parete della parte incontra un raffreddamento asimmetrico che dà origine a uno stress residuo asimmetrico che fa deformare la parte (diagramma in basso a destra).

Quindi come possiamo ridurre lo stress residuo indotto dal calore? Le condizioni sono lo spessore della parete della sezione simmetrica, la pressione e il tempo di impaccamento adeguati e il raffreddamento simmetrico per tutte le superfici.

Il ritiro del volume potrebbe arrivare fino al 20% durante lo stampaggio a iniezione di materie plastiche. Quando i materiali cristallini e semicristallini vengono raffreddati alla temperatura di transizione vetrosa, le molecole variano regolarmente e cristallizzano, il che è facile che si verifichi una contrazione termica. Quindi il volume specifico di questi materiali presenta una differenza maggiore rispetto a quello dei materiali amorfi come nel diagramma PVT.

Nota: variazione del volume specifico del materiale (△υ) dallo stato del processo (A) alla temperatura ambiente

Esistono diversi motivi per un restringimento eccessivo, tra cui bassa pressione di iniezione, tempi di impaccamento e raffreddamento brevi, temperatura elevata del fuso e dello stampo, bassa pressione di impaccamento. Pertanto, quando il restringimento della progettazione dello stampo a iniezione costituisce un problema significativo e l'analisi del flusso dello stampo aiuta.

La deformazione è una piegatura o torsione non convenzionale della forma di una parte in plastica dovuta al suo restringimento asimmetrico. Ci sono molte cause che influenzano il restringimento e provocano deformazioni:

Temperatura asimmetrica all'interno della parte in plastica;

Differenza di pressione lungo la direzione dello spessore della parete e differenza di velocità di raffreddamento quando la parte congela;

Espulsione prima che la parte sia completamente raffreddata, o deformazione del perno di espulsione, sottosquadro troppo profondo e difetto del metodo di espulsione;

La variazione dello spessore della parete causa una differenza nella velocità di raffreddamento;

Parte di forma curva e asimmetrica;

Differenza causata dagli additivi inseriti o meno;

Differenza di orientamento del treno di molecole di fibra nella direzione del flusso e nella direzione perpendicolare ad esso;

Differenza di pressione dell'imballaggio.

La corretta progettazione delle parti in plastica, la progettazione degli utensili per stampi a iniezione, le condizioni di stampaggio e l'uso dei materiali ridurrebbero o controlleranno il restringimento e la deformazione. Ci sono alcuni consigli per tua informazione.

1 Spessore della parete

Per evitare spessori asimmetrici della parete o per impostare una distanza di variazione pari a tre volte lo spessore dell'area della parete sottile. Se ci sono aree che possono causare un restringimento evidente, segni di avvallamento o vuoti, realizzarle in una combinazione di spessore della parete più sottile simmetrico e nervature.

2 Riempimento della bilancia

Polimero fuso che si trasmette meglio in modalità di riempimento con una corretta velocità frontale del flusso fuso.

3 Pressione dell'imballaggio

L'elevata pressione di impaccamento è utile per ridurre il ritiro, ma aumenta lo stress residuo e richiede un'elevata forza di bloccaggio della macchina. Un progetto migliore dovrebbe avere una pressione e un tempo di imballaggio adeguati e potrebbe rilasciarlo non appena i cancelli si congelano. Nel frattempo la pressione è sufficiente per la compensazione del polimero e la contrazione del volume della parte riempita.

4 Sistema di raffreddamento

Progettare un buon sistema di raffreddamento per l'utensile di stampaggio in modo che la parte e la sua direzione in sezione abbiano un raffreddamento uniforme e bilanciato.

5 Stress residuo

Per aumentare la temperatura del fuso, la temperatura delle pareti dello stampo, il tempo di riempimento e lo spessore della cavità dello stampo o diminuire la pressione di impaccamento e la distanza del flusso, ecc. per discutere lo stress residuo e l'orientamento delle fibre.

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