Actual possibilities and limitation of the advanced Finite Ele

ITIS “Giulio Natta” – Istituto Tecnico Industriale per la
meccanica e le materie plastiche - Liceo Scientifico Tecnologico
Via XX settembre 14/A - Rivoli – TO
Tecnologie Materie Plastiche
Modulo3 – INIEZIONE – Lezione _02
Contenuti
Le VARIABILI del PROCESSO
Le FASI del PROCESSO
I TRE ASPETTI del PROCESSO
La FISICA del PROCESSO
Il GRUPPO di PLASTIFICAZIONE
Il GRUPPO di CHIUSURA
Bibliografia
De Filippi A.M., Fabbricazione di componenti in materiali polimerici – Hoepli - 2004
Bertacchi G. Manuale dello stampaggio progettato – Tecniche nuove - 2002
Prof. Giovanni Coppola - Dipartimento di Meccanica
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Le VARIABILI del PROCESSO
Le variabili in gioco in un ciclo di stampaggio sono quattro:
 Pressione
 Portata
 Temperatura
 Tempo di Raffreddamento
Pressione
Nel Sistema di misura Internazionale (SI), la pressione si misura in MPa
[1MPa] = [10 bar]
= 106 N/m2 =106 N / 106 mm2 = [1 N / mm2]
= 106 x 10-1 kg/ 104 cm2 = [10 kg/cm2]
Portata
Si distingue tra
Qv espressa in [cm3 /s] e
portata in massa Qm espressa in [g / s]
vale la relazione Qm / Qv
Ove mv è la massa volumica in [kg /m3 ] = [g /dm3 ] = [10- 3 g /cm3 ]
portata in volume
=
mv
Temperatura
Espressa in K (Kelvin)
vale la relazione
T (K) = T (°C) + 273,15
Quindi la temperatura di 20 °C corrisponde a 293 K [T (K) = 20°C + 273,15 = 293,15 K]
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LE FASI DEL PROCESSO
In un processo di stampaggio con iniezione si distinguono tre fasi:
Fase 1 : Iniezione (Injection) .
- Riempimento parziale dello stampo (mold
partially filled).
La VITE
avanza
Fase 2 : Pressione di mantenimento
e plastificazione (holding pressure
and plastication).
- Riempimento completo dello
stampo (mold filled) e raffreddamento
del pezzo (part is cooling)
La VITE
Alla fine del mantenimento , viene messa in
rotazione: inizia La plastificazione
Fase 3 : estrazione (ejection).
- Apertura dello stampo (mold opens)
ed espulsione del pezzo (part is
ejected)
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I TRE ASPETTI del PROCESSO
Per ottimizzare un ciclo di stampaggio devono essere ben coordinati tre aspetti:
La fisica del processo
Le operazioni del gruppo di chiusura
Le operazioni del gruppo di plastificazione
La schema seguente riporta i tre aspetti del ciclo mettendoli in relazione.
CICLO
f1
V/P
f2
MANTENIMENTO
f3
VITE
AVANZA
STAMPO
CHIUSO
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ESTRAZIONE
SENZA FLUSSO
f4
f5
RUOTA
SOSTA
A
APERTO
NUOVO CICLO
PROCESSO
RAFFREDDAMENTO
RIEMPIMENTO
C
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La FISICA del PROCESSO
RIEMPIMENT
O f1
R
A
F
F
E
D
D
A
M
E
N
T
Alla fine della fase di riempimento (iniezione) inizia la fase di raffreddamento, la più lunga del
ciclo. Si distingue tra raffreddamento con flusso (fasi 2 e 3) dal raffreddamento senza flusso (fase
4).
V/P fase2: Compensazione o pressurizzazione. Breve fase in cui la pressione in figura
f2
aumenta rapidamente - Passaggio V/P dal controllo di portata a quello di pressione.
fase3: di mantenimento o di compattazione. La figura è completa. Il punto d’iniezione
(gate) non si è ancora solidificato: sfruttando la comprimibilità del polimero fuso si
aggiunge altro materiale (5% del volume totale) che va a compensare le contrazioni
termiche (ritiri) dovute al raffreddamento. Se non compensate queste genererebbero
risucchi e vuoti interni.
La VITE completa la sua corsa (5%); la portata di materiale entrante, decisamente ridotta,
è funzione dell’equilibrio idrodinamico (delta di press.).
Nella camera d’iniezione rimane uno strato di materiale (cuscinetto 3 - 6 mm in senso
assiale) che trasmette la pressione dalla vite alla figura.
SENZA
fase4: “raffreddamento sigillato” (sealed cooling). Ha inizio con la
FLUSSO f4
solidificazione del punto d’iniezione.
MANTENIMENTO f3
R
fase1: Riempimento (totale) della figura CONTROLLO VOLUMETRICO – PORTATA.
La VITE avanza del 95% della sua corsa - Inietta il 95% del volume di materiale
plastificato da iniettare ( 50% volume massimo d’iniezione).
O
ESTRAZIONE f5
fase5: l’estrazione può avvenire quando il pezzo si è raffreddato al punto di ottenere
una rigidità tale da impedire deformazioni durante la sua espulsione.
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Tempo
[s]
Riempimento
V/P
Mantenimento
0
Press
[MPa]
0,1
Press
[MPa]
1
Rapporto tra superfici
AHC = (10 - 15) AB
Barrel
Hidraulic Cylinder
Cilindro di plastificazione
0
V
5
10
6
VF = 150 cm3
v = 50 – 150 mm/s
95% C
63
5% C
95% V = 100%
VF
v = 2 mm/s
5% V
60
mV = 1,1 g/cm3
(°) Comprimibile
40
Mf1 = 165 g
30
(°) Compattato
20
Mf1 =180 g
C: corsa
V: volume
(°)  V:  p = -10% : +100 MPa
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Le operazioni dei GRUPPI di
PLASTIFICAZIONE
CHIUSURA
Vite avanti
La vite, in questa fase, agisce da stantuffo
generando il flusso di materiale della fasi:
iniezione e mantenimento.
L’azione punzonante termina alla fine della
fase di mantenimento (gate solidificato).
Il controllo della velocità
di traslazione della vite e
della sua posizione ci
garantisce che i valori di
portata e quantità di
materiale spinto in figura
sono quelli voluti.
Rotazione
Con questo movimento della vite si ottiene la plastificazione
del materiale per il ciclo successivo.
La rotazione termina prima dell’apertura stampo per evitare
fuoriuscita di materiale.
La fase di plastificazione, impostata come velocità di
rotazione, è influenzata dai valori di CONTRO-PRESSIONE che
modificano i tempi di caricamento: la vite ha due movimenti
RUOTA E ARRETRA. La rotazione plastifica e porta in avanti il
materiale verso la camera di accumulo, l’arretramento,
determinato dal progressivo riempimento della camera di
accumulo è controllato dalla valvola di contro pressione nel
circuito idraulico di traslazione vite.
Prima dell’apertura dello stampo il gruppo di plastificazione
si distacca per non provocare deformazioni sul semi stampo
fisso.
Sosta
Il GRUPPO DI CHIUSURA
ha il compito di contrastare
le forze di apertura generate
dalle pressioni di
La vite rimane ferma per tutto il
riempimento e di
tempo di estrazione, da prima
compattazione.
dell’apertura dello stampo fino alla
Lo stampo deve rimanere
sua chiusura
chiuso sino alla
conclusione del raffreddamento. Quindi si apre, si estrae il pezzo, e infine, si richiude.
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Stima della quantità di massa fusa da iniettare (carica della figura)
Dati
Volume della figura: VF = 150 cm3
Materiale poliammide 6 (PA6)  mv = 1.1 x 10 3 kg/m3 = 1.1
3
La
carica
della figura è costituita da tre componenti:
g/cm
Fase 1. Riempimento entra la Dose (=95% corsa vite = 95% mv)
Fase 2. V/P  entra una piccola parte della Massa di compattazione
Fase 3 . Mantenimento  entra tutta la Massa di compattazione
e parte del cuscinetto
Dose
Ipotizzando per semplicità che la massa volumica
del fuso sia pari a quella del materiale solido
M f1= mv x V F = 1.1 g/cm3 x 150 cm3 = 165 g
1.Dos
e
Carica
Decompression
e
3.Cuscinetto
2.Compattazione
Massa di compattazione(M C) o di compensazione del ritiro da stampaggio:
Si sfrutta la comprimibilità del materiale allo stato fuso (il volume si riduce di un 10% per un
incremento della pressione di 100 MPa). Nell’ipotesi di avere, nella fase di mantenimento, una
pressione media nella cavità di 80 MPa; la compattazione del fuso libera (ipotesi di andamento
lineare p : V ) un volume pari a:
V C = 10 % x VF x 80/100 = 0,1 x 150 x 0,8 = 12 cm3
e potrà entrare una quantità di fuso corrispondente a tale volume
M C = mv x VC = 1,1 x 12 = 13,2 g
La carica , in peso, sarà approssimativamente pari a
M = M f1+ M C = 178,2 g
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