Un culpable de los problemas de contracción y alabeo

La tensión residual es una tensión inducida por el proceso, congelada en una pieza moldeada. 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 deformará 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. Del mismo modo, los que promueven un empaquetado suficiente y un enfriamiento uniforme del molde reducirán la tensión residual inducida térmicamente. En el caso de los materiales rellenos de fibra, las condiciones de proceso que favorecen la uniformidad de las propiedades mecánicas reducirán la tensión residual térmica. Proveedor de moldes de China

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 procesado, 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 moldeada. 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.

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. Proveedor de moldes de China

• 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 encoge a medida que la temperatura desciende desde los ajustes del proceso hasta las condiciones ambientales alcanzadas 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 restricciones del molde impiden que la pieza moldeada se encoja en las direcciones planas.

Ejemplo de enfriamiento libre

La contracción del material durante el moldeo por inyección puede demostrarse convenientemente con un ejemplo de enfriamiento libre, en el que una pieza de temperatura uniforme se intercala repentinamente entre las paredes frías del molde. 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. 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.

FIGURA 2. El desarrollo de tensiones térmicas residuales en una pieza de "enfriamiento libre" debido a variaciones en el enfriamiento a través de la pieza moldeada y la respuesta del material a la historia de la temperatura.