Un colpevole di problemi di ritiro e deformazione

La sollecitazione residua è una sollecitazione indotta dal processo, congelata in un pezzo stampato. Può essere indotta dal flusso o dal calore. Le sollecitazioni residue influiscono su un pezzo in modo simile alle sollecitazioni applicate dall'esterno. Se sono sufficientemente forti da superare l'integrità strutturale del pezzo, quest'ultimo si deformerà al momento dell'espulsione o successivamente si incrinerà quando verrà applicato un carico di servizio esterno. Le sollecitazioni residue sono la causa principale del ritiro e della deformazione del pezzo. Le condizioni di processo e gli elementi di progettazione che riducono le sollecitazioni di taglio durante il riempimento della cavità contribuiranno a ridurre le sollecitazioni residue indotte dal flusso. Allo stesso modo, quelli che promuovono un sufficiente impaccamento e un raffreddamento uniforme dello stampo ridurranno le sollecitazioni residue indotte dal calore. Per i materiali fibrorinforzati, le condizioni di processo che promuovono proprietà meccaniche uniformi ridurranno le sollecitazioni residue indotte dal calore. Fornitore di stampi in Cina

Sollecitazione residua indotta dal flusso

Le molecole di polimero a catena lunga non sollecitate tendono a conformarsi a uno stato di equilibrio random-coil a temperature superiori alla temperatura di fusione (cioè allo stato fuso). Durante la lavorazione, le molecole si orientano nella direzione del flusso, mentre il polimero viene sottoposto a taglio e allungamento. Se la solidificazione avviene prima che le molecole del polimero si rilassino completamente fino a raggiungere il loro stato di equilibrio, l'orientamento delle molecole è bloccato all'interno della struttura.
stampata. Questo tipo di stato di stress congelato viene spesso definito stress residuo indotto dal flusso. A causa dell'orientamento molecolare allungato nella direzione del flusso, introduce un ritiro anisotropo e non uniforme e proprietà meccaniche nelle direzioni parallele e perpendicolari alla direzione del flusso.

Orientamento molecolare congelato

A causa della combinazione di un'elevata sollecitazione di taglio e di un'alta velocità di raffreddamento adiacente alla parete dello stampo, si forma uno strato altamente orientato congelato immediatamente sotto la superficie del pezzo. Questa situazione è illustrata nella Figura 1. La successiva esposizione di un pezzo con elevate tensioni di flusso residue (o orientamento congelato) ad alta temperatura può consentire l'alleggerimento di alcune delle tensioni. Ciò provoca tipicamente un restringimento e una deformazione del pezzo. Grazie all'effetto termoisolante degli strati congelati, il polimero fuso nel nucleo caldo è in grado di rilassarsi in misura maggiore, dando luogo a una zona a basso orientamento molecolare. Fornitore di stampi in Cina

 

 

FIGURA 1. Lo sviluppo di tensioni di flusso residue dovute all'orientamento molecolare congelato durante le fasi di riempimento e confezionamento.
(1) Zona ad alto raffreddamento, taglio e orientamento (2) Zona a basso raffreddamento, taglio e orientamento

Riduzione delle sollecitazioni residue indotte dal flusso

Le condizioni di processo che riducono lo sforzo di taglio nella fusione ridurranno il livello di tensioni residue indotte dal flusso. In generale, le tensioni residue indotte dal flusso sono di un ordine di grandezza inferiore rispetto alle tensioni residue indotte dalla temperatura. Fornitore di stampi in Cina

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

 Sollecitazioni residue indotte dalla temperatura

Le tensioni residue indotte dalla temperatura si verificano per i seguenti motivi:

• Il materiale si ritira quando la temperatura scende dalle impostazioni del processo alle condizioni ambientali raggiunte al termine del processo.
• Gli elementi del materiale sperimentano diverse storie termomeccaniche (ad esempio, diverse velocità di raffreddamento e pressioni di impaccamento) mentre il materiale si solidifica dalla parete dello stampo al centro.
• La variazione della pressione, della temperatura e dell'orientamento delle fibre e delle molecole determina una densità e proprietà meccaniche variabili.
• Alcuni vincoli dello stampo impediscono alla parte stampata di restringersi nelle direzioni planari.

Esempio di tempra libera

La contrazione del materiale durante lo stampaggio a iniezione può essere dimostrata con un esempio di free quenching, in cui una parte di temperatura uniforme viene improvvisamente racchiusa dalle pareti fredde dello stampo. Durante le prime fasi di raffreddamento, quando gli strati superficiali esterni si raffreddano e iniziano a ritirarsi, la maggior parte 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. Ne consegue un tipico stato di distribuzione delle sollecitazioni, con una tensione nel nucleo bilanciata da una compressione negli strati esterni, come illustrato nella Figura 2 qui sotto.

FIGURA 2. Lo sviluppo di sollecitazioni termiche residue in un pezzo "free-quenching" è dovuto alle variazioni di raffreddamento nel pezzo stampato e alla risposta del materiale alla storia della temperatura.