Un culpable de los problemas de contracción y alabeo

Tensión residual es el estrés inducido por el proceso, congelado en piezas de plástico moldeado. Puede ser inducida por el flujo o inducida térmicamente. Las tensiones residuales afectan a una pieza de forma similar a las tensiones aplicadas externamente. Si son lo suficientemente fuertes como para superar la integridad estructural de la pieza, ésta se alabeará en el momento de la expulsión, o más tarde se agrietará, cuando se aplique una carga de servicio externa. Las tensiones residuales son la causa principal de la contracción y el alabeo de la pieza. Las condiciones del proceso y los elementos de diseño que reducen la tensión de cizallamiento durante el llenado de la cavidad ayudarán a reducir la tensión residual inducida por el flujo. Asimismo, los que promueven un empaquetado suficiente y uniforme refrigeración de moldes reducirán la tensión residual inducida por la temperatura. Para los materiales rellenos de fibra, aquellas condiciones de proceso que promuevan propiedades mecánicas uniformes reducirán la tensión residual inducida térmicamente. tensión residual.

Tensión residual inducida por el flujo

Las moléculas de polímero de cadena larga, 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 cizalla y se alarga. Si la solidificación se produce antes de que las moléculas del polímero se relajen completamente hasta su estado de equilibrio, la orientación molecular queda bloqueada dentro del pieza de plástico moldeado. Este tipo de estado de tensión congelada suele denominarse tensión residual inducida por flujo. Debido a la orientación molecular estirada en la dirección del flujo, introduce propiedades mecánicas y de contracción anisotrópicas y no uniformes en las direcciones paralela y perpendicular a la dirección del flujo.

Problema de deformación

Orientación molecular congelada

Debido a la combinación de una alta tensión de cizallamiento 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 residuales (u orientación congelada) a altas temperaturas puede permitir que se alivien algunas de las tensiones. Esto suele provocar la contracción y el alabeo de la pieza. Debido al efecto aislante térmico de las capas congeladas, el polímero fundido en el núcleo caliente puede relajarse en mayor grado, lo que da lugar a una zona de baja orientación molecular. Proveedor de moldes de China

FIGURA 1. El desarrollo de tensiones de flujo residuales debidas a la orientación molecular congelada durante las etapas de llenado y empaquetado.
(1) Zona de alto enfriamiento, cizallamiento y orientación

(2) Zona de bajo enfriamiento, cizallamiento y orientación

Reducción de la tensión residual inducida por el flujo

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

• mayor temperatura de fusión
• mayor temperatura de la pared del molde
• mayor tiempo de llenado (menor velocidad de fusión)
• disminución de la presión de embalamiento
• trayecto de flujo más corto.

 Tensión residual inducida térmicamente

La tensión residual inducida por el calor se produce por 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 al finalizar el proceso.
• Los elementos de material experimentan diferentes historias termomecánicas (por ejemplo, diferentes velocidades de enfriamiento y presiones de empaquetamiento) a medida que el material se solidifica desde la pared del molde hacia el centro.
• Los cambios de presión, temperatura y orientación molecular y de las fibras dan lugar a propiedades mecánicas y de densidad variables.
• Ciertas limitaciones del molde impiden pieza moldeada de la contracción en las direcciones planas.

Ejemplo de enfriamiento libre

Contracción del material durante moldeo por inyección puede demostrarse convenientemente con un ejemplo de enfriamiento libre, en el que una parte de la temperatura uniforme es súbitamente intercalada por molde de canal frío paredes. Durante las primeras fases de enfriamiento, cuando las capas superficiales externas se enfrían y empiezan a contraerse, la mayor parte del polímero del núcleo caliente sigue fundido y puede contraerse libremente. 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 lugar a 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.

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

Tensión residual inducida por el proceso frente a tensión residual en la cavidad

Los datos de tensiones residuales inducidas por el proceso son mucho más útiles que los datos en cavidad. tensión residual datos para moldeo simulación. A continuación se definen ambos términos, junto con un ejemplo que ilustra la diferencia entre ellos.

Tensión residual inducida por el proceso

Tras la expulsión de la pieza, las restricciones del cavidad del molde y la pieza queda libre para encogerse y deformarse. Después de alcanzar un estado de equilibrio, la tensión restante en el interior 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 flujo o térmica, siendo esta última el componente dominante.

Tensión residual en la cavidad

Mientras la pieza está todavía constreñida 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 provoca la contracción y el alabeo de la pieza después de la inyección.

Ejemplo

En contracción descrita en El alabeo debido a la contracción diferencial da lugar a un perfil de tensión residual inducido térmicamente para una pieza expulsada, como se muestra en la figura inferior izquierda. El perfil de tensiones de la figura superior izquierda es la tensión residual dentro de la cavidad, en la que la pieza moldeada permanece constreñida dentro del molde antes de la expulsión. Una vez expulsada la pieza y liberada la fuerza del molde, la pieza se encogerá y alabeará 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 ejerciendo sobre la pieza y que las tensiones de tracción y compresión sobre la sección transversal de la pieza deben equilibrarse entre sí. Las figuras de la derecha corresponden al caso de un enfriamiento no uniforme a lo largo del grosor de la pieza, lo que provoca una distribución asimétrica de la tensión residual.

Perfil de tensiones residuales en la cavidad (arriba) frente a perfil de tensiones residuales inducidas por el proceso y forma de la pieza tras la expulsión (abajo).

Reducción de la tensión residual inducida por el calor

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