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.
Tratto dall'esposizione a TECNOLOGIE OPEN SOURCE PER INDUSTRIA 4.0 - Firenze 19/02/2020.
Nello stampaggio ad iniezione dei polimeri (injection molding) la termica dello stampo riveste un ruolo fondamentale sulla qualità del pezzo prodotto. Lo stampo, oltre a conferire la forma, è progettato con un circuito di condizionamento utile a smaltire omogeneamente il calore necessario a far solidificare il pezzo mantenendo allo stesso tempo una temperatura superficiale sufficientemente alta da permettere lo scorrimento del polimero nella cavità. ARGO srl e CFD FEA Service hanno sviluppato una serie di algoritmi automatizzati, nominata MoldApp, per l'analisi della termica stampo durante la delicata fase di avvio produzione. Di seguito la presentazione esposta a TECNOLOGIE OPEN SOURCE PER INDUSTRIA 4.0.
Durante l’avvio produzione lo stampo passa da temperatura ambiente alle condizioni di regime attraverso un transitorio che dura un certo numero di cicli di stampaggio non noto a priori, normalmente i pezzi prodotti in questa fase vengono scartati in quanto non conformi. In questo lavoro Code_Aster è stato utilizzato per ottimizzare un avvio produzione simulando l’evoluzione termica derivante da una serie di cicli di stampaggio a partire da una condizione di avvio definita. Lo script di simulazione è stato inoltre progettato per interfacciare Code_Aster con un file xml contenente i parametri con cui l’operatore può facilmente modificare le condizioni del ciclo produttivo (iniezione, raffreddamento ed estrazione), i parametri del circuito di condizionamento e tutte le condizioni geometriche al contorno. Il responsabile produzione, utilizzando questo script Code_Aster, sarà così in grado di individuare preventivamente i settaggi macchina migliori per ridurre i cicli necessari al raggiungimento della condizione stazionaria, risparmiando tempo e risorse. Lo sviluppo dello script prevederà l’accoppiamento indiretto delle superfici di condizionamento con una simulazione CFD eseguita su openFoam al fine di migliorare l’accuratezza dei risultati.