Nell’ottica di metal replacement è sempre maggiore il numero di aziende che mira a sostituire componenti metallici con analoghe versioni in materiali come i polimeri rinforzati fibra. Grazie alla capacità dell’Injection Molding (IM) di generare componenti net shape partendo da pellet di materiali rinforzati, si è potenzialmente in grado di ottenere pezzi leggeri, aventi una breve supply chain ed ugualmente prestazionali. Come dimostrato da molti studi, lo stampaggio di materiali caricati fibra presenta una serie di criticità che allontanano le performance del componente da quelle ideali, quali l’orientamento disomogeneo di fibre e la debolezza delle weld surfaces. Una particolare variante di IM, denominata Push Pull Process (PPP), si è dimostrata efficace nel miglioramento di tali difetti su una serie di provini da laboratorio analizzati numericamente e sperimentalmente. Il principio sui cui si basa prevede due punti d’iniezione che si alternano l’un l’altro nell’esercizio della fase d’impaccamento del materiale in cavità, così da riorientare progressivamente le fibre sia a pelle che al centro della sezione. Resta tuttavia ancora da confermare la possibilità di realizzare con tale metodo un componente reale, avente forma più complessa di un semplice provino. In questo lavoro si propone quindi dapprima la progettazione solida di una leva freno per motoveicoli, con geometrie variate iterativamente per avvicinarsi al comportamento a flessione di un modello di riferimento. Una volta valutata come migliore la geometria a sezione piena, essa sarà sottoposta ad uno studio di processo in cui, cambiando progressivamente i parametri quali le pressioni, i tempi d’impaccamento e le temperature di IM si cerca di ottimizzare la distribuzione interna al pezzo delle fibre di rinforzo tramite PPP. Infine, con ulteriori analisi strutturali sulla leva ricavata dal processo ottimizzato, si mostra il miglioramento prestazionale rispetto all’analoga versione realizzata con IM convenzionale, mostrando come venga ridotta entro limiti accettabili la deformazione residua in seguito a flessione.

Progetto ed ottimizzazione di un componente in plastica rinforzata realizzato mediante push-pull injection molding

ZAGO, EDOARDO
2021/2022

Abstract

Nell’ottica di metal replacement è sempre maggiore il numero di aziende che mira a sostituire componenti metallici con analoghe versioni in materiali come i polimeri rinforzati fibra. Grazie alla capacità dell’Injection Molding (IM) di generare componenti net shape partendo da pellet di materiali rinforzati, si è potenzialmente in grado di ottenere pezzi leggeri, aventi una breve supply chain ed ugualmente prestazionali. Come dimostrato da molti studi, lo stampaggio di materiali caricati fibra presenta una serie di criticità che allontanano le performance del componente da quelle ideali, quali l’orientamento disomogeneo di fibre e la debolezza delle weld surfaces. Una particolare variante di IM, denominata Push Pull Process (PPP), si è dimostrata efficace nel miglioramento di tali difetti su una serie di provini da laboratorio analizzati numericamente e sperimentalmente. Il principio sui cui si basa prevede due punti d’iniezione che si alternano l’un l’altro nell’esercizio della fase d’impaccamento del materiale in cavità, così da riorientare progressivamente le fibre sia a pelle che al centro della sezione. Resta tuttavia ancora da confermare la possibilità di realizzare con tale metodo un componente reale, avente forma più complessa di un semplice provino. In questo lavoro si propone quindi dapprima la progettazione solida di una leva freno per motoveicoli, con geometrie variate iterativamente per avvicinarsi al comportamento a flessione di un modello di riferimento. Una volta valutata come migliore la geometria a sezione piena, essa sarà sottoposta ad uno studio di processo in cui, cambiando progressivamente i parametri quali le pressioni, i tempi d’impaccamento e le temperature di IM si cerca di ottimizzare la distribuzione interna al pezzo delle fibre di rinforzo tramite PPP. Infine, con ulteriori analisi strutturali sulla leva ricavata dal processo ottimizzato, si mostra il miglioramento prestazionale rispetto all’analoga versione realizzata con IM convenzionale, mostrando come venga ridotta entro limiti accettabili la deformazione residua in seguito a flessione.
2021
Design and optimization of a reinforced plastic component made by push-pull injection molding
push-pull
injection molding
plastica rinforzata
orientamento fibre
linea di giunzione
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