Un culpable de problemas de encogimiento y deformación

Estrés residual es estrés inducido por el proceso, congelado en piezas de plástico moldeadas. Puede ser inducida por flujo o inducida térmicamente. Las tensiones residuales afectan a una pieza de manera similar a las tensiones aplicadas externamente. Si son lo suficientemente fuertes como para superar la integridad estructural de la pieza, esta se deformará al expulsarla o se agrietará más tarde cuando se aplique una carga de servicio externa. Las tensiones residuales son la principal causa de contracción y deformación de la pieza. Las condiciones del proceso y los elementos de diseño que reducen la tensión de corte durante el llenado de la cavidad ayudarán a reducir la tensión residual inducida por flujo. Asimismo, aquellos que promueven un empaquetamiento suficiente y un llenado uniforme enfriamiento del molde reducirá la tensión residual inducida térmicamente. Para materiales rellenos de fibra, las condiciones de proceso que promueven propiedades mecánicas uniformes reducirán la tensión residual inducida térmicamente. tensión residual.

Estrés residual inducido por flujo

Las moléculas de polímeros de cadena larga y sin tensión tienden a conformarse en un estado de equilibrio de espiral aleatoria a temperaturas superiores a la temperatura de fusión (es decir, en estado fundido). Durante el procesamiento, las moléculas se orientan en la dirección del flujo, a medida que el polímero se corta y se alarga. Si la solidificación ocurre antes de que las moléculas de polímero se relajen por completo hasta su estado de equilibrio, la orientación molecular queda bloqueada dentro de la pieza de plástico moldeadaEste tipo de estado de tensión de congelación se conoce a menudo como tensión residual inducida por flujo. Debido a la orientación molecular estirada en la dirección del flujo, introduce una contracción anisotrópica y no uniforme y propiedades mecánicas en las direcciones paralelas y perpendiculares a la dirección del flujo.

Problema de deformación

Orientación molecular congelada

Debido a una combinación de alta tensión de corte y una alta velocidad de enfriamiento adyacente a la pared del molde, hay una capa altamente orientada congelada inmediatamente debajo de la superficie de la pieza. Esto se ilustra en la Figura 1. La exposición posterior de una pieza con altas tensiones de flujo residual (o orientación congelada) a alta temperatura puede permitir que algunas de las tensiones se alivien. Esto generalmente da como resultado la contracción y deformación de la pieza. Debido al efecto de aislamiento térmico de las capas congeladas, la masa fundida de polímero en el núcleo caliente puede relajarse en un grado mayor, lo que genera una zona de baja orientación molecular. Proveedor de moldes de China

FIGURA 1. El desarrollo de tensiones de flujo residuales debido a la orientación molecular congelada durante las etapas de llenado y empaque.
(1) Zona de alta refrigeración, cizallamiento y orientación.

(2) Zona de baja refrigeración, cizallamiento y orientación.

Reducción de la tensión residual inducida por el flujo

Las condiciones de proceso que reducen la tensión de corte en la masa fundida reducirán el nivel de tensiones residuales inducidas por el flujo. En general, la tensión residual inducida por el flujo es un orden de magnitud menor que la tensión residual inducida térmicamente.

• temperatura de fusión más alta
• Temperatura más alta de la pared del molde
• mayor tiempo de llenado (menor velocidad de fusión)
• presión de empaque disminuida
• camino de flujo más corto.

 Estrés residual inducido térmicamente

La tensión residual inducida térmicamente se produce debido a las siguientes razones:

• El material se contrae a medida que la temperatura desciende desde los ajustes del proceso hasta las condiciones ambientales que se alcanzan cuando se completa el proceso.
• Los elementos del material experimentan diferentes historias termomecánicas (por ejemplo, diferentes velocidades de enfriamiento y presiones de empaque) a medida que el material se solidifica desde la pared del molde hasta el centro.
• Los cambios de presión, temperatura y orientación molecular y de la fibra dan como resultado propiedades mecánicas y de densidad variables.
• Ciertas restricciones de molde impiden la pieza moldeada por contracción en las direcciones planas.

Ejemplo de extinción gratuita

Contracción del material durante moldeo por inyección se puede demostrar convenientemente con un ejemplo de extinción libre, en el que una parte de la temperatura uniforme se ve repentinamente intercalada por molde de canal frío paredes. Durante las primeras etapas de enfriamiento, cuando las capas superficiales externas se enfrían y comienzan a contraerse, la mayor parte del polímero en el núcleo caliente todavía está fundido y libre para contraerse. Sin embargo, a medida que el núcleo interno se enfría, la contracción térmica local se ve limitada por las capas externas ya rígidas. Esto da como resultado un estado típico de distribución de tensiones con tensión en el núcleo equilibrada por la compresión en las capas externas, como se ilustra en la Figura 2 a continuación.

Surgen tensiones residuales variables y la pieza se deforma a medida que las capas de diferente volumen específico congelado interactúan entre sí.

Estrés residual inducido por el proceso frente a estrés residual en la cavidad

Los datos de tensión residual inducida por el proceso son mucho más útiles que los de la cavidad. tensión residual datos para moldura Simulación. A continuación se presentan las definiciones de ambos términos, junto con un ejemplo que ilustra la diferencia entre ellos.

Estrés residual inducido por el proceso

Después de la expulsión de la pieza, las restricciones de la cavidad del molde Se liberan y la pieza queda libre para encogerse y deformarse. Una vez que alcanza un estado de equilibrio, la tensión restante dentro de la pieza se denomina tensión residual inducida por el proceso o, simplemente, tensión residual. La tensión residual inducida por el proceso puede ser inducida por el flujo o por el calor, siendo esta última el componente dominante.

Tensión residual en la cavidad

Mientras la pieza todavía está restringida en la cavidad del molde, la tensión interna que se acumula durante la solidificación se denomina tensión residual en la cavidad. Esta tensión residual en la cavidad es la fuerza que genera la contracción y la deformación de la pieza después de la expulsión.

Ejemplo

En contracción La distribución descrita en la deformación debida a la contracción diferencial conduce a un perfil de tensión residual inducida térmicamente para una pieza expulsada, como se muestra en la figura inferior izquierda a continuación. El perfil de tensión en la figura superior izquierda es la tensión residual en la cavidad, en la que la pieza moldeada permanece constreñida dentro del molde antes de la expulsión. Una vez que se expulsa la pieza y se libera la fuerza constreñida del molde, la pieza se encogerá y deformará para liberar la tensión residual incorporada (generalmente tensión de tracción, como se muestra) y alcanzar un estado de equilibrio. El estado de equilibrio significa que no hay ninguna fuerza externa que ejerza sobre la pieza y las tensiones de tracción y compresión sobre la sección transversal de la pieza deben equilibrarse entre sí. Las cifras del lado derecho corresponden al caso con un enfriamiento no uniforme a lo largo del espesor de la pieza y, por lo tanto, causando una distribución asimétrica de la tensión residual.

Perfil de tensión residual en la cavidad (arriba) vs. perfil de tensión residual inducida por el proceso y forma de la pieza después de la expulsión (abajo).

Reducción de la tensión residual inducida térmicamente

Las condiciones que conducen a un empaquetamiento suficiente y a temperaturas más uniformes en las paredes del molde reducirán las tensiones residuales inducidas térmicamente. Entre ellas se incluyen:
– Presión y duración de embalaje adecuadas
– Enfriamiento uniforme de todas las superficies de la pieza
– Espesor uniforme de la sección de pared