Um dos culpados pelos problemas de encolhimento e empenamento

Estresse residual é o estresse induzido pelo processo, congelado em peças plásticas moldadas. Ela pode ser induzida por fluxo ou térmica. As tensões residuais afetam uma peça de forma semelhante às tensões aplicadas externamente. Se forem fortes o suficiente para superar a integridade estrutural da peça, ela se deformará ao ser ejetada ou, posteriormente, rachará quando uma carga de serviço externa for aplicada. As tensões residuais são a principal causa de encolhimento e empenamento da peça. As condições do processo e os elementos de projeto que reduzem a tensão de cisalhamento durante o preenchimento da cavidade ajudarão a reduzir a tensão residual induzida pelo fluxo. Da mesma forma, aqueles que promovem um empacotamento suficiente e uniforme resfriamento do molde reduzirão a tensão residual induzida pelo calor. Para materiais preenchidos com fibras, as condições do processo que promovem propriedades mecânicas uniformes reduzirão a tensão residual induzida pelo calor. estresse residual.

Tensão residual induzida por fluxo

As moléculas de polímero de cadeia longa sem tensão tendem a se conformar a um estado de equilíbrio de bobina aleatória em temperaturas mais altas do que a temperatura de fusão (ou seja, em um estado fundido). Durante o processamento, as moléculas se orientam na direção do fluxo, à medida que o polímero é cortado e alongado. Se a solidificação ocorrer antes que as moléculas do polímero estejam totalmente relaxadas em seu estado de equilíbrio, a orientação molecular será bloqueada dentro do estado de equilíbrio. peça plástica moldada. Esse tipo de estado de tensão congelada é geralmente chamado de tensão residual induzida por fluxo. Devido à orientação molecular esticada na direção do fluxo, ele introduz propriedades mecânicas e de contração anisotrópicas e não uniformes nas direções paralela e perpendicular à direção do fluxo.

Problema de deformação

Orientação molecular congelada

Devido a uma combinação de alta tensão de cisalhamento e alta taxa de resfriamento adjacente à parede do molde, há uma camada altamente orientada congelada imediatamente abaixo da superfície da peça. Isso é ilustrado na Figura 1. A exposição subsequente de uma peça com altas tensões de fluxo residual (ou orientação congelada) a altas temperaturas pode permitir que algumas das tensões sejam aliviadas. Isso normalmente resulta em encolhimento e empenamento da peça. Devido ao efeito de isolamento térmico das camadas congeladas, o polímero fundido no núcleo quente pode relaxar em um grau mais alto, levando a uma zona de baixa orientação molecular. Fornecedor de moldes da China

FIGURA 1. O desenvolvimento de tensões de fluxo residual devido à orientação molecular congelada durante os estágios de enchimento e empacotamento.
(1) Zona de alto resfriamento, cisalhamento e orientação

(2) Zona de baixo resfriamento, cisalhamento e orientação

Redução da tensão residual induzida pelo fluxo

As condições do processo que reduzem a tensão de cisalhamento na fusão reduzirão o nível de tensões residuais induzidas pelo fluxo. Em geral, a tensão residual induzida pelo fluxo é uma ordem de grandeza menor do que a tensão residual induzida pelo calor.

• maior temperatura de fusão
• maior temperatura da parede do molde
• maior tempo de preenchimento (menor velocidade de fusão)
• diminuição da pressão de empacotamento
• caminho de fluxo mais curto.

 Tensão residual induzida pelo calor

A tensão residual induzida pelo calor ocorre devido aos seguintes motivos:

• O material encolhe à medida que a temperatura cai das configurações do processo para as condições ambientais alcançadas quando o processo é concluído.
• Os elementos do material passam por diferentes históricos termomecânicos (por exemplo, diferentes taxas de resfriamento e pressões de empacotamento) à medida que o material se solidifica da parede do molde para o centro.
• A alteração da pressão, da temperatura e da orientação molecular e das fibras resulta em densidade e propriedades mecânicas variáveis.
• Certas restrições de molde impedem a peça moldada de encolhimento nas direções planas.

Exemplo de resfriamento livre

Encolhimento do material durante moldagem por injeção pode ser convenientemente demonstrado com um exemplo de resfriamento livre, no qual uma parte da temperatura uniforme é repentinamente imprensada por molde de câmara fria paredes. Durante os estágios iniciais de resfriamento, quando as camadas da superfície externa se resfriam e começam a encolher, a maior parte do polímero no núcleo quente ainda está fundida e livre para se contrair. Entretanto, à medida que o núcleo interno esfria, a contração térmica local é restringida pelas camadas externas já rígidas. Isso resulta em um estado típico de distribuição de tensão com tensão no núcleo equilibrada pela compressão nas camadas externas, conforme ilustrado na Figura 2 abaixo.

Surgem tensões residuais variáveis e a peça se deforma à medida que camadas de diferentes volumes específicos congelados interagem entre si

Tensão residual induzida pelo processo vs. na cavidade

Os dados de tensão residual induzida pelo processo são muito mais úteis do que os dados dentro da cavidade estresse residual dados para moldagem simulação. A seguir, apresentamos as definições dos dois termos, juntamente com um exemplo que ilustra a diferença entre eles.

Tensão residual induzida pelo processo

Após a ejeção da peça, as restrições do cavidade do molde são liberadas, e a peça fica livre para encolher e se deformar. Depois de se estabelecer em um estado de equilíbrio, a tensão remanescente dentro da peça é chamada de tensão residual induzida pelo processo ou, simplesmente, tensão residual. A tensão residual induzida pelo processo pode ser induzida por fluxo ou térmica, sendo que a última é o componente dominante.

Tensão residual na cavidade

Enquanto a peça ainda está restrita na cavidade do molde, a tensão interna que se acumula durante a solidificação é chamada de tensão residual na cavidade. Essa tensão residual na cavidade é a força que impulsiona o encolhimento e o empenamento da peça após a ejeção.

Exemplo

O encolhimento A distribuição de tensão residual descrita em O empenamento devido à contração diferencial leva a um perfil de tensão residual induzido termicamente para uma peça ejetada, conforme mostrado na figura inferior esquerda abaixo. O perfil de tensão na figura superior esquerda é a tensão residual na cavidade, na qual o peça moldada permanece restrita dentro do molde antes da ejeção. Quando a peça for ejetada e a força de restrição do molde for liberada, a peça encolherá e se deformará para liberar a tensão residual incorporada (geralmente tensão de tração, conforme mostrado) e atingir um estado de equilíbrio. O estado de equilíbrio significa que não há força externa exercida sobre a peça e que as tensões de tração e compressão sobre a seção transversal da peça devem se equilibrar entre si. As figuras do lado direito correspondem ao caso de um resfriamento não uniforme ao longo da espessura da peça, causando, assim, uma distribuição assimétrica da tensão residual.

Perfil de tensão residual na cavidade (parte superior) vs. perfil de tensão residual induzido pelo processo e formato da peça após a ejeção (parte inferior).

Redução da tensão residual induzida pelo calor

As condições que levam a um empacotamento suficiente e a temperaturas mais uniformes na parede do molde reduzirão as tensões residuais induzidas pelo calor. Essas condições incluem:
- Pressão e duração adequadas da embalagem
- Resfriamento uniforme de todas as superfícies da peça
- Espessura uniforme da seção da parede