Análisis de Contracciones y Deformaciones

Diseño y Transformación de PlásticosDiseño y Transformación de Plásticos

Contracciones y deformaciones en las piezas de Contracciones y deformaciones en las piezas de plpláásticostico

Las contracciones en el diseLas contracciones en el diseñño del moldeo del moldeJuan de Juanes MJuan de Juanes Máárquez Sevillanorquez Sevillano


ContracciContraccióón y deformacin y deformacióónn

ContracciContraccióónn: cambio de volumen que sufre una pieza : cambio de volumen que sufre una pieza cuando se enfrcuando se enfríía una vez transformada (a una vez transformada (shrinkageshrinkage).).Mientras que Mientras que deformacideformacióón o distorsin o distorsióónn es el cambio de es el cambio de forma de una pieza cuando se enfrforma de una pieza cuando se enfríía una vez a una vez transformada (transformada (warpagewarpage).).Consecuencias: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.


Origen de la contracciOrigen de la contraccióónn

La contracciLa contraccióón no estn no estáá solo relacionada con la dilatacisolo relacionada con la dilatacióón n ttéérmica.rmica.La contracciLa contraccióón final de la pieza es menor que la derivada n final de la pieza es menor que la derivada de su dilatacide su dilatacióón tn téérmica.rmica.Otros mecanismos intervienen en la contracciOtros mecanismos intervienen en la contraccióón, como:n, como:

Solidificación/Cristalización del polímero• Velocidad de enfriamiento.• Temperatura del molde.

Tensiones internasRestricciones del moldeTermodinámica del proceso


EvoluciEvolucióón termodinn termodináámicamica

00--11: Llenado volum: Llenado voluméétricotrico11--22: Compresi: Compresióónn22--33: Presi: Presióón de mantenimienton de mantenimiento33--44: Eliminaci: Eliminacióón de la presin de la presióónn44--55: Enfriamiento de : Enfriamiento de desmoldeodesmoldeo55--66: Enfriamiento ambiente: Enfriamiento ambiente

Influencia dela presión

Influencia dela temperatura

Inicio de la contracción

Temperatura T

Volu

men

esp

ecífi

co v


EstimaciEstimacióón de la contraccin de la contraccióónn

Los diagramas Los diagramas PvTPvT dan informacidan informacióón sobre el volumen de n sobre el volumen de contraccicontraccióón.n.La contracciLa contraccióón volumn voluméétrica es:trica es:

La contracciLa contraccióón lineal es:n lineal es:

La contracciLa contraccióón se expresa en tn se expresa en téérminos porcentualesrminos porcentuales

SI = Contracción linealIW = Dimensión cavidad del moldeIF = Dimensión pieza moldeada

W

FWI I

IIS −=

VC = Volumen de la cavidad del moldeVp = Volumen de la pieza moldeada

SL = Contracción longitudinalSW = Contracción transversalSS = Contracción del espesor

C

PC

V

VVVS

−

=

)S – (1 )S – (1 )S – (1 – 1 S SWLV =


Contracciones direccionalesContracciones direccionales

La contracciLa contraccióón no es uniforme.n no es uniforme.

Contorno moldeContorno después contracción

Longitud contraída

FluidoSolidificado

Contracción del espesor

Contracción longitudinal y transversal

Sv = Contracción volumétricaSs = Contracción en el espesorSl/v = Contracción longitudinal/transversal

VS SS *95.09.0 −=

VWL SS *05.01.0/ −=


EvoluciEvolucióón de las dimensiones con el tiempon de las dimensiones con el tiempo

En la transformaciEn la transformacióón del poln del políímero las dimensiones de la mero las dimensiones de la pieza sufren variacionespieza sufren variaciones A: Molde frío

B: Molde calienteC: Pieza desmoldeadaD: Pieza en C.N.E: Pieza en servicioF: Pieza con absorción de agua

1: Dimensión molde2: Dilatación molde3: Contracción desmoldeo4: Contracción pieza5: Post-contracción6: Contracción total


PostPost--contraccicontraccióónn

Es la contracciEs la contraccióón que sufre una pieza en servicio o n que sufre una pieza en servicio o almacenada sobre todo a temperaturas altas.almacenada sobre todo a temperaturas altas.Es debido a:Es debido a:

Relajación de tensiones.Reorientación molecular.Post-cristalización.

La absorciLa absorcióón de agua modifica las dimensiones de la n de agua modifica las dimensiones de la pieza y se apieza y se aññade a la postade a la post--contraccicontraccióón (poliamidas)n (poliamidas)


Factores que influyen en la contracciFactores que influyen en la contraccióónn

Contracción

Pieza

Proceso de moldeo

Molde

Material


Influencia del material en la contracciInfluencia del material en la contraccióónn

Amorfo o Amorfo o SemicristalinoSemicristalino

Líquido

LíquidoSólidocristalino

P=constante

Amorfo

Semicristalino

Temperatura T

Vol

umen

esp

ecífi

co v


CristalizaciCristalizacióónn

Velocidad de cristalizaciVelocidad de cristalizacióón depende de la temperatura n depende de la temperatura del molde.del molde.

Baja velocidad de cristalización

Alta velocidad de cristalización

•Baja cristalización

•Baja contracción

•Elevada post-contracción

•Alta cristalización

•Elevada contracción


Efecto de los refuerzosEfecto de los refuerzos

Refuerzos esfRefuerzos esfééricos.ricos.Reducen las contracciones

Refuerzos de fibras. Refuerzos de fibras. Impiden la contracción en la dirección de la fibra y dan lugar a una menor contracciónEn la dirección perpendicular, la contracción es algo mayor que con el refuerzo esférico

MaterialMaterial RefuerzoRefuerzo ContracciContraccióón n longitudinal/transversallongitudinal/transversal

Poliamida PA6Poliamida PA6 No reforzadoNo reforzado 1,0 / 1,21,0 / 1,2

Poliamida PA6Poliamida PA6 30% fibra de vidrio30% fibra de vidrio 0,2 / 0,80,2 / 0,8

Poliamida PA6Poliamida PA6 15% esferas / 25% 15% esferas / 25% fibrasfibras

0,3 / 0,90,3 / 0,9


Influencia de los refuerzos de fibraInfluencia de los refuerzos de fibra

Probeta: 150X90X3 mmTemperatura molde: 80ºC

Transversal

LongitudinalC

ontr

acci

ón %


ParParáámetros de procesometros de proceso

Los parLos paráámetros de proceso que mmetros de proceso que máás influyen en la s influyen en la contraccicontraccióón de las piezas moldeadas, son: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.


PresiPresióón de mantenimienton de mantenimiento

Mayor presiMayor presióón de mantenimiento=menor contraccin de mantenimiento=menor contraccióónn

En los materiales En los materiales semicristalinossemicristalinos es posible reducir hasta 0,5% de es posible reducir hasta 0,5% de contraccicontraccióón.n.En los materiales amorfos la reducciEn los materiales amorfos la reduccióón es menor, normalmente por n es menor, normalmente por debajo de 0,2%debajo de 0,2%

Con

trac

ción

%

Presión de mantenimiento


PresiPresióón de mantenimienton de mantenimiento

La diferente presiLa diferente presióón de mantenimiento en una pieza da n de mantenimiento en una pieza da lugar a deformaciones.lugar a deformaciones.

Pieza moldeada

Forma de la pieza

Entrada


Tiempo de mantenimientoTiempo de mantenimiento

La entrada de masa fundida en el molde compensa la contracciLa entrada de masa fundida en el molde compensa la contraccióón n en la fase de enfriamiento.en la fase de enfriamiento.La influencia en los materiales amorfos es bastante menor que enLa influencia en los materiales amorfos es bastante menor que en los los semicristalinossemicristalinos..

Con entradas amplias el tiempo de actuaciCon entradas amplias el tiempo de actuacióón de la presin de la presióón de n de mantenimiento es mayor.mantenimiento es mayor.La posiciLa posicióón de las entradas deben situarse en las paredes mn de las entradas deben situarse en las paredes máás s gruesas. gruesas.

Tiempo de mantenimiento

Con

trac

ción


Temperatura del moldeTemperatura del molde

La contracciLa contraccióón se incrementa con la temperatura del molde, ya que n se incrementa con la temperatura del molde, ya que tiene una relacitiene una relacióón directa con la velocidad de enfriamiento.n directa con la velocidad de enfriamiento.

Es mayor la influencia de la temperaturas del molde en materialeEs mayor la influencia de la temperaturas del molde en materiales s semicristalinossemicristalinos que en los amorfos.que en los amorfos.

Temperatura de molde

Con

trac

ció n


Velocidad de inyecciVelocidad de inyeccióónn

La velocidad de inyecciLa velocidad de inyeccióón tiene influencia en:n tiene influencia en:la orientación molecular, calentamiento por cizallamiento,viscosidad de la masa

Que compensan unas con otras el efecto sobre la Que compensan unas con otras el efecto sobre la contracciones. contracciones.

Con

trac

ción

Velocidad de inyección


Temperatura de expulsiTemperatura de expulsióónn

La expulsiLa expulsióón debe hacerse en el momento que no de n debe hacerse en el momento que no de lugar a deformaciones permanentes indeseableslugar a deformaciones permanentes indeseables

Contracción

Con

trac

ción

Temperatura de expulsión


Espesor de las paredesEspesor de las paredes

Espesores de paredes mEspesores de paredes máás reducidos provocan un s reducidos provocan un enfriamiento menfriamiento máás rs ráápido de la pieza moldeada.pido de la pieza moldeada.Espesores mayores proporcionan una cristalizaciEspesores mayores proporcionan una cristalizacióón n mayor y por lo tanto un incremento de la contraccimayor y por lo tanto un incremento de la contraccióón.n.

A

A

B

B

PA6 no reforzadoA: Pieza desmoldeadaB: 2,5% de absorción de agua

PA6 reforzadoA: Pieza desmoldeadaB: 1,5% de absorción de agua

Con

t rac

ció n

Con

trac

ción

Espesor de pared Espesor de pared


Espesores de las paredesEspesores de las paredes

Los materiales amorfos presentan menor grado de Los materiales amorfos presentan menor grado de contraccicontraccióón en relacin en relacióón con el espesor de las paredesn con el espesor de las paredes

A: PC sin reforzarB: PC GF

ABS no reforzado

Con

trac

ción

Con

trac

ción

Espesor de pared Espesor de pared


VariaciVariacióón del espesor de las paredesn del espesor de las paredes

Espesores mEspesores máás reducidos alejados de la entrada dan s reducidos alejados de la entrada dan lugar a menores contracciones.lugar a menores contracciones.La presiLa presióón de mantenimiento tiene menor efecto en los n de mantenimiento tiene menor efecto en los extremos de la pieza y da lugar a una mayor extremos de la pieza y da lugar a una mayor contraccicontraccióón.n.

Menos propensión a la deformación

Entrada


NervadurasNervaduras

Los nervios al tener menor espesor que las paredes Los nervios al tener menor espesor que las paredes tienen menor contraccitienen menor contraccióón que n que ééstas (mantienen su stas (mantienen su longitud). longitud). Al mantener su longitud frente al resto de la partes de Al mantener su longitud frente al resto de la partes de una pieza pueden dar lugar a deformaciones.una pieza pueden dar lugar a deformaciones.

Presenter

Presentation Notes

Las nervaduras tienen una pronunciada influencia en la uniformidad de la contracción. Como se ha recogido antes las paredes más delgadas tienen menos contracción.


MoldeMolde

El molde influye en las contracciones, principalmente a El molde influye en las contracciones, principalmente a travtravéés del:s del:

Enfriamiento y calentamiento.Tipo de entrada.Posición de la entrada.


Enfriamiento del moldeEnfriamiento del molde

Diferentes temperaturas en las distintas partes de un Diferentes temperaturas en las distintas partes de un molde dan lugar a contracciones diferentes.molde dan lugar a contracciones diferentes.La evacuaciLa evacuacióón del calor es mn del calor es máás limitada en los ns limitada en los núúcleos cleos que en las cavidades, lo que da lugar a temperaturas que en las cavidades, lo que da lugar a temperaturas diferentes en las superficies de una misma pared de un diferentes en las superficies de una misma pared de un pieza.pieza.

TemperaturaTensión

TemperaturaTensión

Presenter

Presentation Notes

La masa que está en el lado más caliente tiene una mayor contracción que la que está en el lado más frío, dando lugar a tensiones térmicas de enfriamiento. La velocidad de enfriamiento es menor y se tiene una mayor cristalización y por lo tanto una mayor contracción. Es igual que los bimetales


PosiciPosicióón de la entradan de la entrada

La posiciLa posicióón de la entrada en la pieza debe asegurar unas n de la entrada en la pieza debe asegurar unas condiciones de proceso, dentro de unos rangos condiciones de proceso, dentro de unos rangos adecuados.adecuados.Siempre que sea posible la posiciSiempre que sea posible la posicióón de la entrada debe n de la entrada debe estar en las paredes mestar en las paredes máás gruesas.s gruesas.


DeformacionesDeformaciones

Las deformaciones se producen por contracciones diferenciales Las deformaciones se producen por contracciones diferenciales entre distintas partes de una pieza.entre distintas partes de una pieza.Estas diferencias son debidas a: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 Las mayores contracciones de los materiales semicristalinossemicristalinos provocaran mayores deformaciones.provocaran mayores deformaciones.

Presenter

Presentation Notes

Distorsiones, alabeos


Tipos de deformacionesTipos de deformaciones

Deformaciones en discosDeformaciones en discos Contracción transversal

Contracción longitudinal

Fibra de vidrio

Contracción circunferencial

Posibles deformaciones



Deformaciones en geometrDeformaciones en geometríías iguales con materiales as iguales con materiales reforzados o no y diferentes espesores de paredes.reforzados o no y diferentes espesores de paredes.

No reforzada Reforzada

Deformación por espesores desiguales

Deformación por orientación de las fibras

Presenter

Presentation Notes

Paredes más gruesas, menor velocidad de enfriamiento y mayor contracción. La contracción a lo largo de la fibra es menor que transversalmente.



Las deformaciones en los paneles con polLas deformaciones en los paneles con políímeros meros reforzados se debe a la contraccireforzados se debe a la contraccióón diferente en los n diferente en los bordes como consecuencia de una orientacibordes como consecuencia de una orientacióón diferente n diferente de las fibras. de las fibras.

Contracción transversal grande

Orientación de la fibra al final del flujo

Deformación en paredes delgadas


Tipos de deformaciTipos de deformacióónn

La posiciLa posicióón y el tipo de entrada permiten obtener n y el tipo de entrada permiten obtener orientaciones morientaciones máás uniformes de las fibras.s uniformes de las fibras.

Mejor


Tipos de deformaciTipos de deformacióónn

DeformaciDeformacióón en esquinas.n en esquinas.

Masa fundida residual


RechupesRechupes

Son deformaciones locales superficiales en forma de Son deformaciones locales superficiales en forma de depresidepresióón.n.Se producen en zonas de encuentro de paredes. Se producen en zonas de encuentro de paredes.

Rechupes Acumulación de masa

Poros

Presenter

Presentation Notes

Las capas exteriores solidifican y el interior todavía debe solidificar y contraer. Si las capas exteriores aguantas se producen cavidades.


Contracciones de diferentes polContracciones de diferentes políímerosmeros

LongitudinalTransversalIsotrópico

Contracción %


PvTPvT amorfos y cristalinosamorfos y cristalinos

Vol

umen

esp

ecífi

co v

Vol

umen

esp

ecífi

co v

Temperatura T Temperatura T


Temperatura de la masaTemperatura de la masa

Una mayor dilataci ón térmica y por lo tanto mayor contracciónUna reducción de la viscosidad de la masa y por lo tanto una mejor compactación y una reducción de la contracción

La temperatura de la masa tiene dos efectos La temperatura de la masa tiene dos efectos contrapuestos. Temperaturas altas dan lugar a:contrapuestos. Temperaturas altas dan lugar a:

Con

trac

ción

Temperatura de la masa


Temperatura del moldeTemperatura del molde

Temperaturas del molde bajas Temperaturas del molde bajas dan lugar a velocidades de dan lugar a velocidades de enfriamiento altas y por lo enfriamiento altas y por lo tanto, cristalizaciones y tanto, cristalizaciones y contracciones bajas, pero contracciones bajas, pero grandes postgrandes post--contraccionescontraccionesLa contracciLa contraccióón total final de n total final de una pieza en servicio es una pieza en servicio es ananááloga con temperaturas del loga con temperaturas del molde diferentesmolde diferentes

Probeta: 150X90X3 mmC

o ntr

acci

ón %

ContracciónPost-contracción


Tipo de entradaTipo de entrada

El tipo de entrada debe permitir la compactaciEl tipo de entrada debe permitir la compactacióón de la n de la pieza en la fase de mantenimiento de la presipieza en la fase de mantenimiento de la presióón y la n y la entrada de material.entrada de material.El enfriamiento de la entrada no debe tener un efecto El enfriamiento de la entrada no debe tener un efecto negativo en esta fase.negativo en esta fase.

Presenter

Presentation Notes

Una entrada desfavorable también produce mayor cizalladura de la masa


Tensiones internasTensiones internas

El impedimento de las contracciones tEl impedimento de las contracciones téérmicas dan lugar rmicas dan lugar a tensiones internas, que se pueden manifestar a tensiones internas, que se pueden manifestar negativamente cuando las solicitaciones negativamente cuando las solicitaciones tensionalestensionales son son altas.altas.

Espesor de pared

s

s

C. Acoplados mecánicamente

Contracción térmica

B. Desacoplados mecánicamente

A. Perfil de temperatura

Análisis de Contracciones y Deformaciones

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