Quando agiamo sul design del componente agiamo indirettamente sul suo comportamento in fase fusa. Dobbiamo innanzitutto evitare di generare componenti troppo sbilanciati termicamente e difficili da alimentare. Spesso i vincoli meccanici portano a disegnare forme e volumi che complicano la vita a chi deve produrre il pezzo per stampaggio a iniezione.
Regola per un design "senza-difetti": gli spessori effettivi dei componenti devono essere attentamente tenuti sotto controllo per evitare zone termicamente massive rispetto al resto del pezzo. Queste zone saranno le ultime a raffreddarsi e, quando tutto il materiale circondato sarà ormai solidificato, non ci sarà più modo di compensare i ritiri volumetrici, generando così difetti comuni quali risucchi e distorsioni.
Ecco come una geometria apparentemente poco complessa può comunque nascondere insidie e difetti. Abbiamo messo alla prova BestGate, il tool di MoldApp sviluppato da ARGO e CFDFEASERVICE, e abbiamo individuato almeno due macro-zone termicamente sbilanciate, ad alto rischio risucchi e deformazioni incontrollate.

La prevenzione di difetti e distorsioni nello stampaggio a iniezione inizia già dalla progettazione. Alla grande attenzione nel progettare un componente in grado di resistere alle sollecitazioni meccaniche durante il ciclo vita, spesso non viene affiancata la stessa sensibilità circa la “stampabilità”. Non sempre questa disattenzione può essere corretta più a valle in fase di realizzazione stampo, in ogni caso con incremento costi e tempi, con conseguenti elevate percentuali di scarto e continue modifiche stampo.
In ARGO abbiamo voluto sviluppare un metodo CAE intuitivo per quantificare la “stampabilità” di un pezzo, fornendo informazioni:
- al progettista in fase di design per ridurre fin da subito i costi di produzione
- a tutta la supply-chain (stampisti e stampatori) in fase di quotazione per evitare spiacevoli sorprese su pezzi solo all’apparenza semplici.
Nel processo di stampaggio a iniezione delle materie plastiche le deformazioni sul pezzo sono uno dei principali difetti che si possono riscontrare e che possono portare allo scarto dei componenti.
Perchè un pezzo iniettato si deforma ?
Un pezzo in materiale plastico (polimerico) stampato a iniezione passa da una fase liquida ad alta temperatura ad una fase solida a bassa temperatura. Tale passaggio comporta variazioni del volume specifico del materiale e, di conseguenza, una variazione del volume finale del nostro componente.
Nel caso ideale, e non fisico, di un componente che si raffredda in maniera perfettamente omogenea in tutto il suo volume otterremmo semplicemente un pezzo scalato a dimensioni inferiori senza alcun stress residuo o deformazione visibile.

Se il raffreddamento fosse idealmente omogeneo il raffreddamento si comporterebbe come una semplice operazione di scala (nel video SALOME_MECA)
Ovviamente questo non avviene nello stampaggio a iniezione delle materie plastiche. Cos'è che quindi genera le deformazioni nello stampaggio?
Gradienti di temperatura, la forza motrice delle deformazioni di un componente stampato.
La prima forza agente, nello stampaggio a iniezione, sono i gradienti di temperatura. In uno stampo per stampaggio a iniezione il pezzo può raffreddarsi solo tramite la parete dello stampo, e il calore fluisce dal cuore caldo della sezione del componente verso le pareti stampo, generando così gradienti di temperatura più o meno intensi che comporteranno ritiri volumetrici diversi in diversi punti del materiale.
Come controllare i ritiri e le deformazioni?
La gestione dei gradienti nello stampaggio a iniezione può essere divisa in due condizioni semplificate:
- in fase fusa
- in fase solida
In fase fusa è essenziale sfruttare il vantaggio di un materiale polimerico che può effettivamente scorrere e quindi andare a compensare i vuoti che si generano per il ritiro con nuovo materiale fuso.
Per ottimizzare i ritiri in questa fase dello stampaggio a iniezione è opportuno intervenire sul mantenimento in pressione e sul posizionamento del punto d'iniezione.
In fase solida non possiamo più aggiungere altro materiale a compensare i ritiri volumetrici, diventa cruciale quindi agire sugli spessori del componente e sull'omogeneità di raffreddamento attraverso la progettazione del circuito di raffreddamento dello stampo per materie plastiche.
Nel prossimo articolo sullo stampaggio a iniezione vedremo come ottimizzare i ritiri agendo sulle condizioni in fase fusa.
GUIDA IN ITALIANO
openInjMoldSim è il solver per openFOAM v7/6/5 per la simulazione dello stampaggio ad iniezione di polimeri. Come openFOAM è distribuito secondo licenza GPL ed è liberamente scaricabile dal repository:
https://github.com/krebeljk/openInjMoldSim
Requisiti: -openFOAM7 installato (generalmente in /opt/openfoam7 se si utilizzano repository ubuntu).
Una volta replicato il repository sul proprio pc per l'installazione del solver si procede a copiare la cartella di origine in openfoam7
$ sudo cp -R /home/user/openInjMoldSim/applications/solvers/multiphase/openInjMoldSim/ /opt/openfoam7/applications/solvers/multiphase
$ cd
/opt/openfoam7/applications/solvers/multiphase/openInjMoldSim
Si dichiara quindi che vogliamo che il solver venga compilato direttamente insieme agli altri solver di openfoam7 (FOAM_APPBIN) modificando una stringa all'interno di Make/files:
$ sudo gedit /Make/files
e cambiamo la riga:
EXE = $(FOAM_USER_APPBIN)/openInjMoldSim
in
EXE = $(FOAM_APPBIN)/openInjMoldSim
Salviamo e chiudiamo "files" , da terminale quindi eseguiamo questa sequenza di comandi
$ wclean
$ sudo bash
$ wmake
Al termine della compilazione avrete installato openInjMoldSim in OF7.
ENGLISH TUTORIAL
openInjMoldSim is the openFOAM sovler for injection molding analysis, it is opensource and free and you can get it from:
https://github.com/krebeljk/openInjMoldSim
first of all you must have openFOAM7 installed on your PC (usually in /opt/openfoam7 with ubuntu repository).
Once get the repository on your pc you should copy the installation folder in the openFOAM7 application folder:
$ sudo cp -R /home/user/openInjMoldSim/applications/solvers/multiphase/openInjMoldSim/ /opt/openfoam7/applications/solvers/multiphase
$ cd
/opt/openfoam7/applications/solvers/multiphase/openInjMoldSim
Now it's time to tell the compiler that we want the solver in the same folder where other solvers are stored in openfoam7 (FOAM_APPBIN), we can do this just by modifying a line in the file Make/files in openInjMoldSim
$ sudo gedit /Make/files
changing the line
EXE = $(FOAM_USER_APPBIN)/openInjMoldSim
to
EXE = $(FOAM_APPBIN)/openInjMoldSim
save and close gedit , now from terminal:
$ wclean
$ sudo bash
$ wmake
At the end the solver will be ready to use in your openfoam7 installation.