Un colpevole dei problemi di restringimento e deformazione

Stress residuo è lo stress indotto dal processo, congelato in parti in plastica stampata. Può essere indotto dal flusso o indotto termicamente. Gli stress residui influenzano una parte in modo simile agli stress applicati esternamente. Se sono abbastanza forti da superare l'integrità strutturale della parte, la parte si deformerà all'espulsione o in seguito si creperà quando viene applicato un carico di servizio esterno. Gli stress residui sono la causa principale del restringimento e della deformazione della parte. Le condizioni di processo e gli elementi di progettazione che riducono lo stress di taglio durante il riempimento della cavità aiuteranno a ridurre lo stress residuo indotto dal flusso. Allo stesso modo, quelli che promuovono un riempimento sufficiente e uniforme raffreddamento dello stampo ridurrà lo stress residuo indotto termicamente. Per i materiali riempiti di fibre, quelle condizioni di processo che promuovono proprietà meccaniche uniformi ridurranno lo stress residuo indotto termicamente. stress residuo.

Stress residuo indotto dal flusso

Le molecole di polimeri a catena lunga non sollecitate tendono a conformarsi a uno stato di equilibrio a spirale casuale a temperature superiori alla temperatura di fusione (vale a dire, in uno stato fuso). Durante la lavorazione le molecole si orientano nella direzione del flusso, poiché il polimero viene tagliato e allungato. Se la solidificazione avviene prima che le molecole di polimero siano completamente rilassate al loro stato di equilibrio, l'orientamento molecolare è bloccato all'interno del parte in plastica stampataQuesto tipo di stato di stress congelato è spesso definito stress residuo indotto dal flusso. A causa dell'orientamento molecolare allungato nella direzione del flusso, introduce restringimento anisotropico e non uniforme e proprietà meccaniche nelle direzioni parallele e perpendicolari alla direzione del flusso.

Orientamento molecolare congelato

A causa di una combinazione di elevato stress di taglio e di un elevato tasso di raffreddamento adiacente alla parete dello stampo, c'è uno strato altamente orientato congelato immediatamente sotto la superficie della parte. Ciò è illustrato nella Figura 1. La successiva esposizione di una parte con elevati stress di flusso residuo (o orientamento congelato) ad alta temperatura può consentire ad alcuni degli stress di allentarsi. Ciò in genere provoca restringimento e deformazione della parte. A causa dell'effetto di isolamento termico degli strati congelati, la fusione del polimero nel nucleo caldo è in grado di rilassarsi a un livello superiore, portando a una zona di basso orientamento molecolare. Fornitore di stampi cinese

FIGURA 1. Sviluppo di sollecitazioni di flusso residue dovute all'orientamento molecolare congelato durante le fasi di riempimento e imballaggio.
(1) Zona di raffreddamento, taglio e orientamento elevati

(2) Zona di basso raffreddamento, taglio e orientamento

Riduzione dello stress residuo indotto dal flusso

Le condizioni di processo che riducono lo sforzo di taglio nella fusione ridurranno il livello di sforzi residui indotti dal flusso. In generale, lo sforzo residuo indotto dal flusso è di un ordine di grandezza inferiore allo sforzo residuo indotto termicamente.

• temperatura di fusione più elevata
• temperatura più elevata della parete dello stampo
• tempo di riempimento più lungo (velocità di fusione inferiore)
• pressione di imballaggio ridotta
• percorso di flusso più breve.

 Stress residuo indotto termicamente

Lo stress residuo indotto termicamente si verifica per i seguenti motivi:

• Il materiale si restringe man mano che la temperatura scende dalle impostazioni di processo alle condizioni ambientali raggiunte al termine del processo.
• Gli elementi del materiale sperimentano storie termo-meccaniche diverse (ad esempio, diverse velocità di raffreddamento e pressioni di compattazione) mentre il materiale si solidifica dalla parete dello stampo verso il centro.
• Variando la pressione, la temperatura e l'orientamento molecolare e delle fibre si ottengono densità e proprietà meccaniche variabili.
• Alcuni vincoli di muffa impediscono la parte stampata dal restringimento nelle direzioni planari.

Esempio di tempra libera

Ritiro del materiale durante stampaggio a iniezione può essere dimostrato convenientemente con un esempio di tempra libera, in cui una parte della temperatura uniforme viene improvvisamente schiacciata da stampo a canale freddo pareti. Durante le fasi iniziali di raffreddamento, quando gli strati superficiali esterni si raffreddano e iniziano a restringersi, la massa del polimero nel nucleo caldo è ancora fusa e libera di contrarsi. Tuttavia, quando il nucleo interno si raffredda, la contrazione termica locale è limitata dagli strati esterni già rigidi. Ciò determina un tipico stato di distribuzione dello stress con tensione nel nucleo bilanciata dalla compressione negli strati esterni, come illustrato nella Figura 2 di seguito.

Si verificano tensioni residue variabili e la parte si deforma quando strati di volume specifico congelato diverso interagiscono tra loro

Stress residuo indotto dal processo vs. stress residuo in cavità

I dati sullo stress residuo indotto dal processo sono molto più utili di quelli in cavità stress residuo dati per stampaggio simulazione. Di seguito sono riportate le definizioni dei due termini, insieme a un esempio che illustra la differenza tra loro.

Stress residuo indotto dal processo

Dopo l'espulsione della parte, i vincoli del cavità dello stampo vengono rilasciati e la parte è libera di restringersi e deformarsi. Dopo che si è stabilizzata in uno stato di equilibrio, lo stress rimanente all'interno della parte è chiamato stress residuo indotto dal processo o semplicemente stress residuo. Lo stress residuo indotto dal processo può essere indotto dal flusso o indotto termicamente, con quest'ultimo come componente dominante.

Stress residuo in cavità

Mentre la parte è ancora vincolata nella cavità dello stampo, lo stress interno che si accumula durante la solidificazione è definito stress residuo in cavità. Questo stress residuo in cavità è la forza che determina il restringimento e la deformazione della parte post-espulsione.

Esempio

IL restringimento distribuzione descritta in Warpage dovuta a restringimento differenziale porta a un profilo di stress residuo indotto termicamente per una parte espulsa, come mostrato nella figura in basso a sinistra. Il profilo di stress nella figura in alto a sinistra è lo stress residuo in cavità, in cui il parte stampata rimane vincolato all'interno dello stampo prima dell'espulsione. Una volta che la parte viene espulsa e la forza vincolata dallo stampo viene rilasciata, la parte si restringerà e si deformerà per rilasciare lo stress residuo incorporato (generalmente stress di trazione, come mostrato) e raggiungere uno stato di equilibrio. Lo stato di equilibrio significa che non c'è alcuna forza esterna che esercita sul pezzo e gli stress di trazione e compressione sulla sezione trasversale del pezzo dovrebbero bilanciarsi tra loro. Le figure sul lato destro corrispondono al caso con un raffreddamento non uniforme attraverso lo spessore del pezzo e, quindi, causando una distribuzione asimmetrica dello stress residuo.

Profilo di stress residuo nella cavità (in alto) rispetto al profilo di stress residuo indotto dal processo e forma del pezzo dopo l'espulsione (in basso).

Riduzione dello stress residuo indotto termicamente

Le condizioni che portano a un riempimento sufficiente e a temperature più uniformi tra le pareti dello stampo ridurranno gli stress residui indotti termicamente. Tra questi:
– Pressione e durata di imballaggio adeguate
– Raffreddamento uniforme di tutte le superfici del pezzo
– Spessore uniforme della sezione della parete