Un coupable dans les problèmes de rétrécissement et de déformation

Contraintes résiduelles est un stress induit par un processus, figé dans pièces en plastique moulées. Elle peut être induite par l'écoulement ou par la chaleur. Les contraintes résiduelles affectent une pièce de la même manière que les contraintes appliquées de l'extérieur. Si elles sont suffisamment fortes pour surmonter l'intégrité structurelle de la pièce, celle-ci se déformera lors de l'éjection, ou se fissurera plus tard, lorsqu'une charge de service externe sera appliquée. Les contraintes résiduelles sont la principale cause du retrait et du gauchissement des pièces. Les conditions de processus et les éléments de conception qui réduisent la contrainte de cisaillement pendant le remplissage de la cavité aideront à réduire les contraintes résiduelles induites par l'écoulement. De même, ceux qui favorisent un emballage suffisant et uniforme refroidissement du moule réduira les contraintes résiduelles induites par la chaleur. Pour les matériaux chargés de fibres, les conditions de traitement qui favorisent des propriétés mécaniques uniformes réduiront les contraintes résiduelles induites par la chaleur. contrainte résiduelle.

Contraintes résiduelles induites par l'écoulement

Les molécules de polymères à longue chaîne non sollicitées ont tendance à se conformer à un état d'équilibre en spirale aléatoire à des températures supérieures à la température de fusion (c'est-à-dire à l'état fondu). Pendant le traitement, les molécules s'orientent dans le sens de l'écoulement, car le polymère est cisaillé et allongé. Si la solidification se produit avant que les molécules de polymère ne soient complètement relâchées à leur état d'équilibre, l'orientation moléculaire est bloquée dans l'état d'équilibre. pièce en plastique moulée. Ce type d'état de contrainte figé est souvent appelé contrainte résiduelle induite par l'écoulement. En raison de l'orientation moléculaire étirée dans la direction de l'écoulement, il introduit un retrait anisotrope et non uniforme et des propriétés mécaniques dans les directions parallèles et perpendiculaires à la direction de l'écoulement.

Orientation moléculaire figée

En raison d'une combinaison de contraintes de cisaillement élevées et d'une vitesse de refroidissement élevée adjacente à la paroi du moule, une couche hautement orientée est gelée immédiatement sous la surface de la pièce. Ceci est illustré dans la figure 1. L'exposition ultérieure d'une pièce avec des contraintes résiduelles d'écoulement élevées (ou une orientation gelée) à une température élevée peut permettre à certaines des contraintes de se relâcher. Cela entraîne généralement un rétrécissement et un gauchissement de la pièce. En raison de l'effet d'isolation thermique des couches gelées, le polymère fondu dans le noyau chaud est capable de se détendre à un degré plus élevé, ce qui conduit à une zone de faible orientation moléculaire. Fournisseur de moules en Chine

FIGURE 1. Développement de contraintes d'écoulement résiduelles dues à l'orientation moléculaire gelée pendant les étapes de remplissage et d'emballage.
(1) Zone de refroidissement, de cisaillement et d'orientation élevée

(2) Zone de refroidissement, de cisaillement et d'orientation faible

Réduire les contraintes résiduelles induites par l'écoulement

Les conditions de procédé qui réduisent la contrainte de cisaillement dans la masse fondue réduisent le niveau de contraintes résiduelles induites par l'écoulement. En général, la contrainte résiduelle induite par l'écoulement est d'un ordre de grandeur inférieur à la contrainte résiduelle induite par la chaleur.

• température de fusion plus élevée
• température de paroi du moule plus élevée
• temps de remplissage plus long (vitesse de fusion plus faible)
• diminution de la pression d'emballage
• trajet d'écoulement plus court.

 Contraintes résiduelles d'origine thermique

Les contraintes résiduelles d'origine thermique se produisent pour les raisons suivantes :

• Le matériau rétrécit lorsque la température chute des paramètres du processus aux conditions ambiantes atteintes une fois le processus terminé.
• Les éléments matériels subissent des histoires thermomécaniques différentes (par exemple, des taux de refroidissement et des pressions de conditionnement différents) lorsque le matériau se solidifie de la paroi du moule vers le centre.
• Les changements de pression, de température et d’orientation moléculaire et des fibres entraînent des variations de densité et de propriétés mécaniques.
• Certaines contraintes de moisissure empêchent la pièce moulée du rétrécissement dans les directions planes.

Exemple de trempe libre

Rétrécissement du matériau pendant moulage par injection peut être facilement démontré avec un exemple de trempe libre, dans lequel une partie de la température uniforme est soudainement prise en sandwich par moule à canaux froids Parois. Au cours des premières étapes de refroidissement, lorsque les couches de surface externes refroidissent et commencent à se rétracter, la majeure partie du polymère au niveau du noyau chaud est encore fondue et libre de se contracter. Cependant, lorsque le noyau interne refroidit, la contraction thermique locale est limitée par les couches externes déjà rigides. Il en résulte un état typique de distribution des contraintes avec une tension dans le noyau équilibrée par une compression dans les couches externes, comme illustré dans la figure 2 ci-dessous.

Des contraintes résiduelles variables apparaissent et la pièce se déforme lorsque des couches de différents volumes spécifiques figés interagissent les unes avec les autres

Contraintes résiduelles induites par le procédé et contraintes résiduelles dans la cavité

Les données sur les contraintes résiduelles induites par le procédé sont beaucoup plus utiles que celles sur les cavités contrainte résiduelle données pour moulage simulation. Vous trouverez ci-dessous les définitions des deux termes, ainsi qu'un exemple illustrant la différence entre eux.

Contraintes résiduelles induites par le processus

Après l'éjection de la pièce, les contraintes de la cavité du moule Les contraintes résiduelles sont libérées et la pièce est libre de se rétracter et de se déformer. Une fois qu'elle est revenue à un état d'équilibre, la contrainte restante à l'intérieur de la pièce est appelée contrainte résiduelle induite par le procédé, ou simplement contrainte résiduelle. La contrainte résiduelle induite par le procédé peut être induite par l'écoulement ou par la chaleur, cette dernière étant la composante dominante.

Contrainte résiduelle dans la cavité

Alors que la pièce est toujours contrainte dans la cavité du moule, la contrainte interne qui s'accumule pendant la solidification est appelée contrainte résiduelle dans la cavité. Cette contrainte résiduelle dans la cavité est la force qui entraîne le rétrécissement et le gauchissement de la pièce après l'éjection.

Exemple

Les rétrécissement La distribution décrite dans Le gauchissement dû au retrait différentiel conduit à un profil de contrainte résiduelle induite par la chaleur pour une pièce éjectée, comme illustré dans la figure en bas à gauche ci-dessous. Le profil de contrainte dans la figure en haut à gauche est la contrainte résiduelle dans la cavité, dans laquelle la pièce moulée La pièce reste confinée dans le moule avant l'éjection. Une fois la pièce éjectée et la force contrainte du moule relâchée, la pièce va rétrécir et se déformer pour libérer la contrainte résiduelle intégrée (généralement une contrainte de traction, comme illustré) et atteindre un état d'équilibre. L'état d'équilibre signifie qu'aucune force externe ne s'exerce sur la pièce et que les contraintes de traction et de compression sur la section transversale de la pièce doivent s'équilibrer. Les figures du côté droit correspondent au cas d'un refroidissement non uniforme sur toute l'épaisseur de la pièce, provoquant ainsi une distribution asymétrique des contraintes résiduelles.

Profil de contrainte résiduelle dans la cavité (en haut) par rapport au profil de contrainte résiduelle induit par le processus et à la forme de la pièce après éjection (en bas).

Réduire les contraintes résiduelles d'origine thermique

Les conditions qui conduisent à un compactage suffisant et à des températures de paroi de moule plus uniformes réduiront les contraintes résiduelles induites par la chaleur. Celles-ci comprennent :
– Pression et durée d’emballage appropriées
– Refroidissement uniforme de toutes les surfaces de la pièce
– Épaisseur uniforme de la section de paroi