Herramientas de moldeo por inyección

Estrés residual

Durante el moldeo, la densidad del plástico cambia a medida que la temperatura cae drásticamente desde el nivel fundido al nivel ambiente, lo que provoca contracción, y la diferencia de contracción del producto y sus secciones genera tensión residual en el interior, cuando supera la tenacidad de la estructura del producto, se deforma o incluso se agrieta. sucede. Hay tres razones principales que causan tensión residual: inducida por el flujo, inducida térmicamente e inducida por el proceso y en la cavidad.

1 Estrés residual inducido por el flujo

En el proceso de moldeo, la cadena molecular del polímero se orienta a lo largo de la dirección del flujo bajo corte y estiramiento, mientras que si se solidifica antes del equilibrio completo, la orientación se congela en el producto. Este estado de tensión congelada se denomina tensión residual inducida por el flujo, que provoca un mecanismo desigual y contracción en la dirección del flujo y su dirección perpendicular.

Cuando la pieza cercana a la pared del molde está sometida a un esfuerzo cortante y una velocidad de enfriamiento elevados, la orientación alta en su superficie se congelará inmediatamente, como indica la imagen a continuación. Por lo tanto, al someter el producto a altas temperaturas, se libera cierta tensión, lo que provoca deformaciones. La capa congelada mantiene el centro de la pieza a una temperatura más alta, lo que libera más tensión que la cadena molecular de la capa central se orienta en un nivel bajo. Se pueden controlar varias condiciones que causan el estrés cortante para reducir el estrés residual inducido por el flujo: alta temperatura para la resina y la pared del molde, tiempo de llenado prolongado, disminución de la presión del empaque y distancia de flujo corta.

alta velocidad de enfriamiento, alto esfuerzo cortante y alta orientación

baja velocidad de enfriamiento, baja tensión de corte y baja orientación

2 Estrés residual inducido térmicamente

Causas:

La temperatura parcial va desde la formación hasta el nivel natural;

Durante la congelación, la parte desde la superficie hasta la capa central sufre diferentes fuerzas térmicas y mecánicas, como el tiempo de enfriamiento y la presión de empaque;

Los cambios de densidad y mecanismo hacen variar la presión, la temperatura, la orientación de las cadenas moleculares y la orientación de las fibras;

El diseño de la estructura del molde de inyección limita la contracción en algunas direcciones.

Durante la etapa preliminar de enfriamiento, la pieza entra en contacto con la pared de acero para herramientas más fría y se contrae en la capa superficial mientras que la masa fundida interna aún se contrae libremente. A medida que la temperatura central desciende y se congela la capa superficial, la contracción térmica parcial provoca tensiones de estiramiento en la capa central y tensiones de compresión en la capa superficial, como se muestra en el diagrama a continuación.

La diferencia en la velocidad de enfriamiento para las dos paredes del molde incluso causa tensión residual asimétrica inducida térmicamente, de modo que la tensión de estiramiento y la tensión de compresión distribuidas asimétricamente crean un momento de flexión y se produce una deformación. Factores como el espesor desigual de la pared, el mal enfriamiento del área parcial, el enfriamiento desigual del molde y los límites de la estructura del molde hacen que este tipo de tensión residual sea más complicado.

3 Estrés residual inducido por el proceso y dentro de la cavidad

Tan pronto como la pieza sale del molde de inyección, se encoge y se deforma hasta quedar equilibrada. En este momento queda una tensión dentro de la parte que se denomina inducida por el proceso (diagrama inferior izquierdo), es decir, tensión residual inducida por el flujo y tensión residual inducida térmicamente, esta última influye principalmente.

Cuando la pieza está encadenada dentro del molde, el congelado acumulará una tensión interna llamada tensión residual en la cavidad que hace que la pieza se encoja y se deforme después de ser expulsada (diagrama superior izquierdo). La pared de la pieza encuentra un enfriamiento asimétrico que genera una tensión residual asimétrica que hace que la pieza se deforme (diagrama inferior derecho).

Entonces, ¿cómo reducimos el estrés residual inducido térmicamente? Las condiciones son espesor de pared de sección simétrica, presión y tiempo de empaque adecuados y enfriamiento simétrico para todas las superficies.

La contracción del volumen podría llegar hasta un 20% durante el moldeo por inyección de plástico. Cuando los materiales cristalinos y semicristalinos se enfrían a la temperatura de transición vítrea, las moléculas oscilan regularmente y cristalizan, lo que facilita que se produzca una contracción por calor. Entonces, el volumen específico de esos materiales tiene una diferencia mayor que el de los materiales amorfos, como en el diagrama PVT.

Nota: variación del volumen específico del material (△υ) desde el estado del proceso (A) hasta la temperatura ambiente

Hay varias razones para la contracción excesiva, incluida la baja presión de inyección, el tiempo corto de empaque y enfriamiento, la alta temperatura de fusión y del molde, y la baja presión de empaque. Entonces, ¿cuándo la contracción del diseño del molde de inyección es una preocupación importante y el análisis del flujo del molde ayuda?

La deformación es una flexión o torsión no convencional de la forma de una pieza de plástico debido a su contracción asimétrica. Hay muchas causas que influyen en la contracción y provocan deformaciones:

Temperatura asimétrica dentro de la pieza de plástico;

Diferencia de presión a lo largo de la dirección del espesor de la pared y diferencia de velocidad de enfriamiento cuando la pieza se congela;

Eyección antes de que la pieza se enfríe por completo, o deformación del pasador de expulsión, corte demasiado profundo y defecto en el método de expulsión;

La variación del espesor de la pared provoca una diferencia en la velocidad de enfriamiento;

Pieza de forma curva y asimétrica;

Diferencia causada por poner o no aditivos;

Diferencia de orientación del tren de moléculas de fibra en la dirección del flujo y en la dirección perpendicular a él;

Diferencia de presión de empaque.

El diseño adecuado de la pieza de plástico, el diseño de las herramientas del molde de inyección, las condiciones de moldeo y el uso del material disminuirían o controlarían la contracción y la deformación. Hay algunos consejos para su información.

1 espesor de pared

Para evitar espesores de pared asimétricos o establecer una distancia de variación tres veces mayor que el espesor del área de pared delgada. Si hay áreas que pueden causar contracción obvia, marcas de hundimiento o huecos, hágalas en combinación con nervaduras y espesores de pared más delgados y simétricos.

2 Llenado de saldo

El polímero fundido se transmite mejor en el modo de llenado con una velocidad frontal de flujo fundido adecuada.

3 Presión de empaque

La alta presión de empaque es beneficiosa para reducir la contracción, pero aumenta la tensión residual y requiere una alta fuerza de sujeción de la máquina. Un mejor diseño debería tener una presión y un tiempo de empaque adecuados y podría liberarlo tan pronto como las compuertas se congelaran. Mientras tanto, la presión es suficiente para que el polímero compense la reducción del volumen de la pieza llena.

4 sistema de enfriamiento

Diseñar un buen sistema de enfriamiento para la herramienta de moldeo de modo que la pieza y su dirección seccional tengan un enfriamiento uniforme y equilibrado.

5 estrés residual

Para aumentar la temperatura fundida, la temperatura de la pared del molde, el tiempo de llenado y el espesor de la cavidad del molde o disminuir la presión del empaque y la distancia del flujo, etc. para debatir la tensión residual y la orientación de las fibras.

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