Contracciones y deformaciones en las piezas de plástico

Transcripción

1 Contracciones y deformaciones en las piezas de plástico Las contracciones en el diseño o del molde Juan de Juanes Márquez M Sevillano

2 Contracción n y deformación Contracción: : cambio de volumen que sufre una pieza cuando se enfría a una vez transformada (shrinkage( shrinkage). Mientras que deformación n o distorsión es el cambio de forma de una pieza cuando se enfría a una vez transformada (warpage( warpage). Consecuencias: Debe tenerse en cuenta en las dimensionado del molde. Debe estimarse a priori la contracción de la pieza, aunque no es fácil, debido al número de parámetros que influyen.

3 Origen de la contracción La contracción n no está solo relacionada con la dilatación térmica. La contracción n final de la pieza es menor que la derivada de su dilatación n térmica. t Otros mecanismos intervienen en la contracción, n, como: Solidificación/Cristalización del polímero Velocidad de enfriamiento. Temperatura del molde. Tensiones internas Restricciones del molde Termodinámica del proceso

4 Evolución n termodinámica mica Volumen específico v Influencia de la presión Inicio de la contracción Influencia de la temperatura 0-1: : Llenado volumétrico 1-2: : Compresión 2-3: : Presión n de mantenimiento 3-4: : Eliminación n de la presión 4-5: : Enfriamiento de desmoldeo 5-6: : Enfriamiento ambiente Temperatura T

5 Estimación n de la contracción Los diagramas PvT dan información n sobre el volumen de C contracción. V n. V S C = P La contracción n volumétrica es: S V = V C = Volumen de la cavidad del molde V p = Volumen de la pieza moldeada V 1 (1 S S L = Contracción longitudinal S W = Contracción transversal S S = Contracción del espesor L V ) (1 S W ) (1 S S ) La contracción n lineal es: S I = I W I W I F S I = Contracción lineal I W = Dimensión cavidad del molde I F = Dimensión pieza moldeada La contracción n se expresa en términos t porcentuales

6 Contracciones direccionales La contracción n no es uniforme. Contracción del espesor S = * S S V Contracción longitudinal y transversal S L/ W = * SV S v = Contracción volumétrica S s = Contracción en el espesor S l/v = Contracción longitudinal/transversal Solidificado Fluido Longitud contraída Contorno después contracción Contorno molde

7 Evolución n de las dimensiones con el tiempo En la transformación n del polímero las dimensiones de la pieza sufren variaciones A: Molde frío B: Molde caliente C: Pieza desmoldeada D: Pieza en C.N. E: Pieza en servicio F: Pieza con absorción de agua 1: Dimensión molde 2: Dilatación molde 3: Contracción desmoldeo 4: Contracción pieza 5: Post-contracción 6: Contracción total

8 Post-contracci contracción Es la contracción n que sufre una pieza en servicio o almacenada sobre todo a temperaturas altas. Es debido a: Relajación de tensiones. Reorientación molecular. Post-cristalización. La absorción n de agua modifica las dimensiones de la pieza y se añade a ade a la post-contracci contracción n (poliamidas)

9 Factores que influyen en la contracción Material Proceso de moldeo Contracción Pieza Molde

10 Influencia del material en la contracción Amorfo o Semicristalino Sólido cristalino Líquido Volumen específico v Amorfo Semicristalino P=constante Líquido Temperatura T

11 Cristalización Velocidad de cristalización n depende de la temperatura del molde. Baja velocidad de cristalización Alta cristalización Elevada contracción Alta velocidad de cristalización Baja cristalización Baja contracción Elevada post-contracción

12 Efecto de los refuerzos Refuerzos esféricos. Reducen las contracciones Refuerzos de fibras. Impiden la contracción en la dirección de la fibra y dan lugar a una menor contracción En la dirección perpendicular, la contracción es algo mayor que con el refuerzo esférico Material Poliamida PA6 Poliamida PA6 Refuerzo No reforzado 1,0 / 1,2 30% fibra de vidrio 0,2 / 0,8 Poliamida PA6 15% esferas / 25% fibras Contracción longitudinal/transversal 0,3 / 0,9

13 Influencia de los refuerzos de fibra Longitudinal Transversal Contracción % Probeta: 150X90X3 mm Temperatura molde: 80ºC

14 Parámetros de proceso Los parámetros de proceso que más m s influyen en la contracción n de las piezas moldeadas, son: Presión de mantenimiento. Tiempo de actuación de la presión de mantenimiento. Temperatura del molde. Temperatura de la masa. Velocidad de inyección. Temperatura de desmoldeo.

15 Presión n de mantenimiento Mayor presión n de mantenimiento=menor contracción Contracción % Presión de mantenimiento En los materiales semicristalinos es posible reducir hasta 0,5% de contracción. n. En los materiales amorfos la reducción n es menor, normalmente por debajo de 0,2%

16 Presión n de mantenimiento La diferente presión n de mantenimiento en una pieza da lugar a deformaciones. Pieza moldeada Forma de la pieza Entrada

17 Contracción Tiempo de mantenimiento La entrada de masa fundida en el molde compensa la contracción en la fase de enfriamiento. La influencia en los materiales amorfos es bastante menor que en los semicristalinos. Tiempo de mantenimiento Con entradas amplias el tiempo de actuación n de la presión n de mantenimiento es mayor. La posición n de las entradas deben situarse en las paredes más m gruesas.

18 Temperatura del molde La contracción n se incrementa con la temperatura del molde, ya que tiene una relación n directa con la velocidad de enfriamiento. Contracción Temperatura de molde Es mayor la influencia de la temperaturas del molde en materiales semicristalinos que en los amorfos.

19 Velocidad de inyección La velocidad de inyección n tiene influencia en: la orientación molecular, calentamiento por cizallamiento, viscosidad de la masa Que compensan unas con otras el efecto sobre la contracciones. Contracción Velocidad de inyección

20 Temperatura de expulsión La expulsión n debe hacerse en el momento que no de lugar a deformaciones permanentes indeseables Contracción Contracción Temperatura de expulsión

21 Contracción Espesor de las paredes Espesores de paredes más m s reducidos provocan un enfriamiento más m s rápido r de la pieza moldeada. Espesores mayores proporcionan una cristalización mayor y por lo tanto un incremento de la contracción. n. A Contracción Espesor de pared B Espesor de pared A B PA6 no reforzado A: Pieza desmoldeada B: 2,5% de absorción de agua PA6 reforzado A: Pieza desmoldeada B: 1,5% de absorción de agua

22 Contracción Espesores de las paredes Los materiales amorfos presentan menor grado de contracción n en relación n con el espesor de las paredes Contracción Espesor de pared Espesor de pared A: PC sin reforzar B: PC GF ABS no reforzado

23 Variación n del espesor de las paredes Espesores más m s reducidos alejados de la entrada dan lugar a menores contracciones. La presión n de mantenimiento tiene menor efecto en los extremos de la pieza y da lugar a una mayor contracción. n. Menos propensión a la deformación Entrada

24 Nervaduras Los nervios al tener menor espesor que las paredes tienen menor contracción n que éstas (mantienen su longitud). Al mantener su longitud frente al resto de la partes de una pieza pueden dar lugar a deformaciones.

25 Molde El molde influye en las contracciones, principalmente a través s del: Enfriamiento y calentamiento. Tipo de entrada. Posición de la entrada.

26 Enfriamiento del molde Diferentes temperaturas en las distintas partes de un molde dan lugar a contracciones diferentes. La evacuación n del calor es más m s limitada en los núcleos n que en las cavidades, lo que da lugar a temperaturas diferentes en las superficies de una misma pared de un pieza. Temperatura Tensión Temperatura Tensión

27 Posición n de la entrada La posición n de la entrada en la pieza debe asegurar unas condiciones de proceso, dentro de unos rangos adecuados. Siempre que sea posible la posición n de la entrada debe estar en las paredes más m s gruesas.

28 Deformaciones Las deformaciones se producen por contracciones diferenciales entre distintas partes de una pieza. Estas diferencias son debidas a: Contracciones diferentes en la dirección de flujo y en la normal a esta dirección, sobre todo en materiales reforzados con fibra. Contracciones diferentes debido a espesores distintos de una misma pieza. Contracciones diferentes debido a temperaturas distintas en el molde. Contracciones diferentes debido a presiones distintas en diferentes partes de la pieza Las mayores contracciones de los materiales semicristalinos provocaran mayores deformaciones.

29 Tipos de deformaciones Deformaciones en discos Contracción transversal Contracción longitudinal Fibra de vidrio Contracción circunferencial Posibles deformaciones

30 Tipos de deformaciones Deformaciones en geometrías iguales con materiales reforzados o no y diferentes espesores de paredes. No reforzada Reforzada Deformación por espesores desiguales Deformación por orientación de las fibras

31 Tipos de deformaciones Las deformaciones en los paneles con polímeros reforzados se debe a la contracción n diferente en los bordes como consecuencia de una orientación n diferente de las fibras. Contracción transversal grande Orientación de la fibra al final del flujo Deformación en paredes delgadas

32 Tipos de deformación La posición n y el tipo de entrada permiten obtener orientaciones más m s uniformes de las fibras. Mejor

33 Tipos de deformación Deformación n en esquinas. Masa fundida residual

34 Rechupes Son deformaciones locales superficiales en forma de depresión. Se producen en zonas de encuentro de paredes. Rechupes Acumulación de masa Poros

35 Contracciones de diferentes polímeros Longitudinal Transversal Isotrópico Contracción %

36 PvT amorfos y cristalinos Volumen específico v Volumen específico v Temperatura T Temperatura T

37 Temperatura de la masa La temperatura de la masa tiene dos efectos contrapuestos. Temperaturas altas dan lugar a: Una mayor dilataci ón térmica y por lo tanto mayor contracción Una reducción de la viscosidad de la masa y por lo tanto una mejor compactación y una reducción de la contracción Contracción Temperatura de la masa

38 Temperatura del molde Temperaturas del molde bajas dan lugar a velocidades de enfriamiento altas y por lo tanto, cristalizaciones y contracciones bajas, pero grandes post-contracciones La contracción n total final de una pieza en servicio es análoga con temperaturas del molde diferentes Probeta: 150X90X3 mm Contracción % Contracción Post-contracción

39 Tipo de entrada El tipo de entrada debe permitir la compactación n de la pieza en la fase de mantenimiento de la presión n y la entrada de material. El enfriamiento de la entrada no debe tener un efecto negativo en esta fase.

40 Tensiones internas El impedimento de las contracciones térmicas t dan lugar a tensiones internas, que se pueden manifestar negativamente cuando las solicitaciones tensionales son altas. B. Desacoplados mecánicamente s A. Perfil de temperatura Espesor de pared C. Acoplados mecánicamente s Contracción térmica