Un coupable dans les problèmes de rétrécissement et de gauchissement

La contrainte résiduelle est une contrainte induite par le processus, figée dans une pièce moulée. Elle peut être induite par l'écoulement ou par la chaleur. Les contraintes résiduelles affectent une pièce de la même manière que les contraintes externes. Si elles sont suffisamment fortes pour dépasser 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 du procédé et les éléments de conception qui réduisent les contraintes de cisaillement pendant le remplissage de la cavité contribueront à réduire les contraintes résiduelles induites par l'écoulement. De même, ceux qui favorisent un tassement suffisant et un refroidissement uniforme du moule réduiront les contraintes résiduelles d'origine thermique. Pour les matériaux remplis de fibres, les conditions du processus qui favorisent des propriétés mécaniques uniformes réduiront les contraintes résiduelles induites par la chaleur. Fournisseur de moules en Chine

Contrainte résiduelle induite par l'écoulement

Les molécules de polymère 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). Au cours de la transformation, les molécules s'orientent dans le sens de l'écoulement, le polymère étant cisaillé et allongé. Si la solidification a lieu avant que les molécules de polymère ne soient complètement détendues pour atteindre leur état d'équilibre, l'orientation moléculaire est bloquée à l'intérieur de l'enveloppe du polymère.
pièce 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 le sens de l'écoulement, il introduit un retrait et des propriétés mécaniques anisotropes et non uniformes dans les directions parallèles et perpendiculaires au sens de l'écoulement.

Orientation moléculaire figée

En raison de la combinaison d'une contrainte de cisaillement élevée et d'une vitesse de refroidissement élevée à proximité de la paroi du moule, une couche hautement orientée est gelée immédiatement sous la surface de la pièce. Ce phénomène est illustré à la figure 1. L'exposition ultérieure d'une pièce présentant des contraintes d'écoulement résiduelles élevées (ou une orientation figée) à une température élevée peut permettre à certaines de ces contraintes de se relâcher. Il en résulte généralement un retrait et un gauchissement de la pièce. En raison de l'effet d'isolation thermique des couches gelées, le polymère fondu dans le noyau chaud peut se détendre davantage, ce qui conduit à une zone à faible orientation moléculaire. Fournisseur de moules en Chine

FIGURE 1. Le développement de contraintes d'écoulement résiduelles dues à l'orientation moléculaire figée pendant les étapes de remplissage et d'emballage.
(1) Zone de refroidissement, de cisaillement et d'orientation élevés (2) Zone de refroidissement, de cisaillement et d'orientation faibles

Réduction des contraintes résiduelles induites par l'écoulement

Les conditions du procédé qui réduisent la contrainte de cisaillement dans la matière fondue réduisent le niveau des contraintes résiduelles induites par l'écoulement. En général, les contraintes résiduelles induites par l'écoulement sont inférieures d'un ordre de grandeur aux contraintes résiduelles induites par la chaleur. Fournisseur de moules en Chine

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

 Contrainte résiduelle induite par la chaleur

Les contraintes résiduelles induites par la chaleur se produisent pour les raisons suivantes :

• Le matériau se rétracte à mesure que la température baisse entre les paramètres du processus et les conditions ambiantes atteintes à la fin du processus.
• Les éléments matériels subissent différentes histoires thermo-mécaniques (par exemple, différentes vitesses de refroidissement et pressions de tassement) au fur et à mesure que le matériau se solidifie de la paroi du moule vers le centre.
• Les variations de pression, de température et d'orientation des molécules et des fibres entraînent une variation de la densité et des propriétés mécaniques.
• Certaines contraintes du moule empêchent la pièce moulée de se rétracter dans les directions planes.

Exemple de trempe libre

Le retrait du matériau pendant le moulage par injection peut être démontré de manière pratique à l'aide d'un exemple de trempe libre, dans lequel une pièce à température uniforme est soudainement prise en sandwich par les parois froides du moule. Au cours des premières phases de refroidissement, lorsque les couches superficielles externes se refroidissent et commencent à se rétracter, la plus grande partie du polymère au cœur chaud est encore en fusion et libre de se contracter. Cependant, à mesure que le noyau interne se 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 l'illustre la figure 2 ci-dessous.

FIGURE 2. Le développement de contraintes thermiques résiduelles dans une pièce "à trempe libre" en raison des variations de refroidissement dans la pièce moulée et de la réponse du matériau à l'évolution de la température.