Effetti dei parametri di processo nello stampaggio ad iniezione di materiali termoplastici: proprietà in cavità e meccaniche caratterizzazione
Ph.D. Dissertation of: Emanuele Farotti
Lo stampaggio ad iniezione è uno dei principali processi di produzione di materie plastiche che consente di produrre di un elevato numero di componenti in breve tempo e con costi ridotti.
La complessità di comportamento dei polimeri nelle trasformazioni di fase solido-liquido e liquido-solido potrebbe non portare a soddisfare gli standard di qualità del prodotto dal punto di vista dimensionale, estetico e
punto di vista meccanico.
Questi obiettivi devono essere raggiunti mediante un sistema stabile e
processo di produzione ripetibile e monitorato.
Per questo motivo, l'uso di sensori negli stampi è sempre più frequente.
Infatti, consentono di controllare le proprietà di fusione del polimero, che sono
strettamente correlate ai parametri di stampaggio impostati nella macchina.
Questi parametri possono influire anche sulle proprietà meccaniche dei prodotti in quanto dipendenti dalla microstruttura e conferiti dal processo.
Questa tesi sviluppa un sistema sperimentale per la produzione di campioni standard per prove meccaniche mediante stampaggio ad iniezione di materiali termoplastici.
A tale scopo, è stato progettato uno stampo per la produzione di campioni ISO 3167 di tipo A e B, test quasi statici, di flessione, HDT e Charpy.
Inoltre, lo stampo può produrre campioni cilindrici adatti per il test di compressione dinamica, utilizzando la barra Hopkinson.
Lo stampo è dotato di sensori di pressione e temperatura nella cavità, che consentono il monitoraggio diretto del processo.
L'attività di ricerca si concentra sull'effetto dei parametri di stampaggio nella cavità e le proprietà meccaniche dei polimeri stampati.
La fase sperimentale
La metodologia è stata pianificata utilizzando tecniche DOE, finalizzate all'ottimizzazione delle prove da effettuare.
Gli effetti del processo sono stati valutati sul polipropilene.
Sono stati inoltre valutati gli intervalli di variazione dei parametri di stampaggio
mediante simulazioni numeriche del processo utilizzando Moldex3D, disponibile presso il laboratorio software di simulazione della Università delle Marche.
I risultati hanno stato segnalato in termini di effetti principali e interazioni.
La temperatura dello stampo si è rivelata il parametro di stampaggio più rilevante, per quanto riguarda l'analisi meccanica.
Per questo motivo, è stata effettuata una seconda attività sperimentale per caratterizzare il polipropilene, con diverse temperature dello stampo, in condizioni diverse di temperatura del fuso e con tempi ciclo diversi.
Una tipologia di modello presente in letteratura è stata modificata e adattata per tenere conto, nel miglior modo, delle diverse condizioni di prova; i coefficienti utilizzati nel modello costitutivo sono stati calibrati mediante una tecnica procedurale detta di inversa analitica.
Infine è stata sviluppata una subroutine che ha permesso di implementare il modello definito dall'utente in un codice FEM commerciale per l’analisi delle prestazioni meccaniche; in questo modo sono stati riprodotti i test numerici sperimentali e la caratterizzazione complessiva è stata validata.
Ph.D. Dissertation of: Emanuele Farotti
Advisor: Prof. Marco Sasso
Coadvisor: Prof. Edoardo Mancini
Curriculum Supervisor: Prof. Giovanni Di Nicola
Moldex3D Italia – Giorgio Nava – prt_2020_010