Lo shear stress non deve superare quello massimo ammissibile dal materiale

• Cambio del materiale. Scegliere un materiale con un valore minore di viscosità porta inevitabilmente ad un abbassamento dello shear rate.

Lo shear stress rappresenta lo sforzo di taglio che si genera nello scorrimento tra due strati di polimero che si trovano in moto relativo. Si misura in Mpa essendo il risultato del rapporto di una forza per una superficie. Nel caso di flusso telescopico il valore dello shear stress è facilmente ricavabile dalla seguente formula : Pr / 2L , con r raggio specifico ed L lunghezza tubetto considerato.

Come lo shear rate anche lo shear stress ha una crescita lineare che parte da zero al centro del flusso, cioè sul piano medio del pezzo, è raggiunge il valore massimo sulla parete dello stampo, vedi fig. 4.10 .

fig. 4.10

Lo shear stress non deve superare quello massimo ammissibile dal materiale

utilizzato, zone sopra questo limite potrebbero essere soggette a rottura da stress

in fase di estrazione o di utilizzo del pezzo. Tale grandezza è anche un indice

indiretto dell’orientazione delle fibre all’interno del manufatto. Un maggior

valore del fattore di taglio genera nel manufatto una maggiore orientazione delle

fibre specialmente sulla superficie del pezzo. I fattori che lo influenzano sono i

medesimi dello shear rate: spessore del manufatto, velocità di flusso, viscosità del

materiale. Nel grafico di fig. 4.11 viene visualizzato lo shear stress in una piastra

di 100x200 mm. La scala graduata viene automaticamente creata dal programma prendendo come estremi lo zero ( blu scuro ) e il massimo ( rosso scuro ).

Tuttavia per evidenziare solo le zone dove vengono superati i valori massimi ammissibili è possibile settare il grafico impostando come minimo della scala il valore massimo di shear rate compatibile col particolare polimero usato, cioè quello che non si vuole superare. In questo modo è immediata l’individuazione delle sole zone critiche ( fig. 4.12) .

fig. 4.11

fig. 4.12

Nel dimensionamento dei canali di iniezione si è tenuto anche conto delle cadute

di pressione del polimero nel percorrerli. Dove tali cadute risultavano eccessive si

è provveduto ad un aumento delle sezioni. Il programma in proposito offre la

possibilità di plottare il valore della pressione di ogni nodo in funzione del tempo, così, scegliendo i nodi iniziali e finali dei tre canali costituenti il sistema di alimentazione(punti nero, rosso, blu, verde), è facile valutarne la caduta di pressione in qualunque istante dell’intero ciclo di stampaggio( vedi fig. 4.13.)

fig. 4.13

Il volumetric shrinkage ( ritiro volumetrico ) è un fattore importantissimo che ci

dà subito un’ idea della bontà della progettazione del nostro stampo. Esso

dovrebbe essere il più possibile uniforme lungo tutto il manufatto per evitare

deformazioni e, in ogni caso, non superiore al valore massimo ammissibile dal

materiale. L’output del programma dà il ritiro volumetrico per ogni elemento

come percentuale del volume iniziale. Può anche essere utilizzato per prevedere

eventuali difetti estetici nel manufatto come depressioni e avvallamenti. In alcuni

casi il valore del ritiro può anche assumere valore negativo ad indicare la

presenza di espansioni e non di contrazioni, che renderebbero problematica l’operazione di estrazione del pezzo dalla cavità dello stampo.

Il tempo di non flusso è quello necessario alla solidificazione del sistema di iniezione, superato tale tempo non è più possibile alcun apporto di materiale al pezzo da parte della pressa. È importante che l’istante in cui si verifica la solidificazione del canale di iniezione coincida o preceda di poco l’istante in cui termina la fase di mantenimento ( holding ), questo per ovviare a pericolosi fenomeni di riflusso che porterebbero ad un rapido abbassamento della pressione nel pezzo e ad un aumento dei ritiri e quindi dei difetti sul manufatto.

Il tempo di raffreddamento è calcolato nel momento in cui nessun punto del

manufatto possiede una temperatura superiore a quella di estrazione consigliata,

che ovviamente varia a seconda del materiale ed è indicata sulla scheda tecnica

dello stesso. Questo non è comunque l’unico criterio di estrazione utilizzabile,

infatti, il programma permette anche di stabilire la “frozen-percentage” ovvero la

percentuale di materiale solidificato oltre la quale il manufatto può essere estratto

senza rischi di danneggiamento dello stesso. Nella figura seguente (fig.4.14) è

possibile apprezzare una variazione del volumetric shirinkage abbastanza

modesta sull’intera superficie del pezzo, i valori massimi della scala graduata

( comunque non elevatissimi ) vengono infatti raggiunti nel solo sistema di

iniezione che, ovviamente, non pregiudica la qualità del manufatto.

fig. 4.14

È oltretutto possibile l’analisi della deflessione del pezzo, basata sulla tecnica

“best fit” secondo la quale il pezzo indeformato e quello deformato vengono

sovrapposti in maniera tale da farli combaciare il più possibile, in questa

posizione è possibile plottare la totale deflessione (combinazione risultante delle

tre componenti X - Y - Z) oppure le sole componenti assiali; nelle immagini

seguenti di fig. 4.15 sono visibili le deflessioni lungo le direzioni X e Y.

fig. 4.15

CAPITOLO 5

5.1 Obiettivo delle simulazioni

Durante la fase di progettazione di uno stampo, la grande complessità del problema e l’enorme quantità di variabili in gioco peraltro tra loro dipendenti, porta, inevitabilmente, a scelte talvolta basate sulla sola esperienza. Si capisce subito come questo spesso possa portare ad errori grossolani che inevitabilmente si vanno poi a ripercuotere negativamente sulla produttività dell’azienda. Un approccio simile, basato quindi molto sull’esperienza, viene ad esempio utilizzato per il dimensionamento dei canali di iniezione, ovvero di quel complesso di cavità che veicolano il polimero fuso dalla camera calda della pressa alla cavità dello stampo. Questo tipo di approccio comporta quasi sempre svariate modifiche successive prima del raggiungimento delle dimensioni ottimali. La possibilità di utilizzare in questa fase un software per simulare il processo di stampaggio ha come obiettivo quello di fornire dei risultati con accuratezza tale da evitare i classici tentativi di “prova e correggi” che contraddistinguono la fase progettuale.

Prima di scegliere tra i diversi approcci possibili per simulare il processo è bene tenere presenti le varie specifiche qualitative che si richiedono al pezzo e relazionarle alle variabili di stato definendo gli obiettivi della simulazione stessa.

Il lavoro sviluppato all’interno dell’MPT ha avuto come obiettivo principale

quello di indagare le problematiche legate all’utilizzo di un particolare tipo di

iniezione, quella sottomarina. Per tale tipo di iniezione si sono trovate le

dimensioni ottimizzate dei canali adatte ad iniettare polimeri di varia viscosità in

manufatti caratterizzati da lunghezze di flusso variabili tra 100 e 600 mm. I

risultati ottenuti dalle simulazioni svolte, combinando le numerose variabili in

gioco, sono stati raccolti e successivamente condensati in una tabella di facile

consultazione anche per gli operatori, dove, la lunghezza di flusso del generico

manufatto da iniettare ed il suo materiale, possono essere facilmente relazionati

con quelli disponibili nella tabella. Una volta trovata tale corrispondenza la

tabella fornisce le dimensioni ottimizzate della materozza per una data lunghezza

di flusso ed un materiale di data viscosità.