Stampaggio a iniezione

Cosa succede

Una pressa a iniezione a chiusura verticale inietta ABS nello stampo di un righello lungo 300 mm, largo 30 mm e spesso 2 mm, attraverso una materozza conica, un canale di distribuzione e un attacco laterale spesso 1,2 mm, posto sul lato lungo del righello: al centro, a un terzo della lunghezza o all’estremità. I canali sono rappresentati da una rete di celle: ciascuna lascia passare un flusso strisciante secondo la propria conduttanza – di Hele-Shaw nelle celle piatte, di Poiseuille nei canali circolari – con la viscosità del nucleo caldo, 180 Pa·s a 240 °C. Dal momento in cui il fuso tocca l’acciaio, ogni cella si raffredda per conduzione attraverso il proprio spessore, e il materiale sceso sotto la temperatura di arresto del flusso, 120 °C, forma uno strato solidificato che restringe il canale. La vite avanza alla velocità impostata finché il limite di pressione lo consente; quando la cavità è piena, la macchina applica una pressione di mantenimento per 4 s, poi il pezzo si raffredda e viene estratto.

Con la vite a 30 mm/s e l’attacco a un terzo, i due fronti avanzano insieme finché il ramo da 100 mm non è pieno, a 1,22 s; poi il ramo da 200 mm riceve tutta la portata, e la pressione a fine riempimento è di 79,7 MPa, contro 39,0 MPa senza strato solidificato. Con l’attacco al centro le due metà si riempiono insieme e la pressione arriva a 53,7 MPa. In funzione della velocità della vite la pressione disegna una U: 67,5 MPa a 25 mm/s, 53,4 MPa a 35 mm/s, 87,8 MPa a 80 mm/s. L’attacco si solidifica e si chiude 1,81 s dopo il passaggio del fuso, perciò sotto 20,3 mm/s il righello non si riesce a riempire: a 20 mm/s il riempimento si ferma al 95,3 %. Con l’attacco all’estremità e un limite di 40 MPa l’attacco si chiude con il righello pieno al 90,6 %; con l’attacco a un terzo e 30 MPa resta vuoto il 4,7 % del righello. Uno stampo a 20 °C chiude l’attacco già dopo 1,50 s, e con l’attacco all’estremità e 80 MPa il riempimento si ferma al 98,2 %. Con una pressione di mantenimento di 60 MPa fino alla chiusura dell’attacco, il righello alimentato al centro pesa 18,48 g e l’intera stampata 24,48 g; dopo 5 s di raffreddamento il suo nucleo più caldo è a 76 °C, dopo 2 s a 105 °C e il pezzo è ancora troppo morbido per essere estratto; a freddo il righello misura 297,78 mm.

Modello: un fuso newtoniano il cui nucleo resta alla temperatura del fuso; lo strato solidificato cresce come in un fuso in quiete (conduzione esatta in una lastra, con i canali circolari trattati come lastre di spessore pari al loro diametro), perciò il modello tende a una solidificazione precoce, e un riempimento si ferma solo quando si chiude un canale alle spalle del suo fronte. Il fuso è incomprimibile finché scorre; la compattazione riempie ogni cella aperta fino alla densità ρ(T)·(1 + p/K), K = 1,7 GPa, e il ritiro dopo la chiusura dell’attacco è indicato come isotropo. RK4 con passo di 1 ms; il lavoro della vite è pari alla dissipazione viscosa più il lavoro di compattazione, e le celle contengono la massa spinta dalla vite.

Da provare

Guarda i due fronti partire dall’attacco e la pressione salire mentre lo strato solidificato cresce; poi sposta l’attacco all’estremità, abbassa il limite di pressione o rallenta la vite finché l’attacco non si chiude prima che il righello sia pieno.