Lo studio riguarda un casco motoristico in policarbonato (PC), alimentato da un unico punto di iniezione attraverso un lungo canale di alimentazione. L'obiettivo era definire, prima della costruzione dello stampo, i parametri di processo per la prima campionatura: tempo di riempimento, temperature e portate dei circuiti di condizionamento, profilo di impaccamento e tempo ciclo, verificando allo stesso tempo deformazioni, linee di giunzione e sfoghi dell'aria.
1. Scelta del tempo di riempimento
Sono state confrontate quattro simulazioni di riempimento con tempi di 1,5 – 2 – 2,5 – 3 secondi. Per ottenere questi tempi servono portate all'ingresso dell'alimentazione molto diverse: da circa 120 cm³/s per 1,5 secondi a circa 60 cm³/s per 3 secondi.
- Temperatura al fronte di flusso: in tutti i casi la temperatura tende ad aumentare durante il riempimento, quindi non ci sono problemi di giunzioni a bassa temperatura.
- Bulk temperature: con 1,5 secondi le alte velocità portano il materiale a temperature troppo elevate, con rischio di degradamento.
- Shear stress a parete: lo sforzo di taglio cresce al diminuire del tempo di riempimento; con 1,5 secondi ci si avvicina ai limiti consigliati dal produttore del materiale.
Un tempo di 3 secondi, d'altra parte, è sfavorevole dal punto di vista economico e richiede pressioni, e quindi tonnellaggio, leggermente maggiori. Il campo consigliato è risultato tra 2 e 2,5 secondi; per le analisi successive si è usato 2,5 secondi.
2. Condizionamento dello stampo
Sono state eseguite 16 simulazioni con temperature diverse nei circuiti di condizionamento, interni ed esterni al casco. L'obiettivo era rendere la temperatura all'interfaccia tra polimero e stampo il più uniforme possibile, soprattutto tra il lato interno e il lato esterno del pezzo.
Con la stessa temperatura in tutti i circuiti lo squilibrio termico è evidente e porterebbe a ritiri differenziali e deformazioni. Differenziando le temperature, con valori più alti nei circuiti vicini al canale di alimentazione, la situazione migliora nettamente. La simulazione ha fornito anche le portate minime per garantire un regime turbolento in ogni circuito (da circa 1,4 a 1,8 litri/min).
3. Profilo di impaccamento e tempo ciclo
La pressione di impaccamento è stata fissata a 850 bar, nella parte bassa del campo consigliato per il PC (800–1400 bar), per limitare il tonnellaggio necessario. L'andamento dello strato solidificato (frozen layer fraction) mostra quando ogni zona del casco si stacca dall'iniezione:
Da qui il profilo di impaccamento: pressione costante per circa 12–14 secondi, poi una rampa decrescente fino a zero in circa 7 secondi.
Il risultato time to freeze mostra che il tempo ciclo (circa 70 + 7 secondi) è dettato dal canale di alimentazione: il casco sarebbe pronto per l'estrazione già dopo 35–40 secondi. Il canale non si può ridurre di sezione senza aumentare troppo velocità e sforzi nel materiale; accorciandolo, fino all'iniezione diretta sul casco, il tempo ciclo si dimezzerebbe quasi.
4. Deformazioni
Con i parametri scelti il casco si deforma in modo abbastanza uniforme, riducendo le proprie dimensioni. Solo la zona di attacco della visiera si deforma un po' di più: circa 1 mm per lato.
Separando le cause della deformazione si vede che questo millimetro dipende quasi soltanto dalla differenza di spessore della zona di attacco rispetto al resto del pezzo; il condizionamento incide per circa 0,08 mm. Per ridurre la deformazione sarebbe necessario posizionare l'iniezione nelle zone a spessore maggiore.
5. Linee di giunzione e sfoghi dell'aria
Si formano linee di giunzione in corrispondenza di ogni apertura; la più lunga è vicino agli attacchi laterali. Date le temperature a cui si formano, dovrebbero essere di buona qualità. La simulazione indica anche dove l'aria resta intrappolata: oltre alla zona di ultimo riempimento, è consigliabile prevedere sfoghi dell'aria sui due lati del casco.
Il risultato: i parametri per la prima campionatura
- Tempo di iniezione: circa 2,5 secondi;
- Temperatura del fuso: 300 °C; temperatura media dello stampo ricercata: 100 °C;
- Temperature e portate dei singoli circuiti di condizionamento;
- Impaccamento: 850 bar per circa 14 secondi, poi discesa graduale a zero in circa 7 secondi;
- Passaggio dal controllo in velocità al controllo in pressione: 96 % del volume;
- Tempo ciclo: almeno 70 + 7 secondi, legato alle dimensioni del canale di alimentazione.
Valori approssimati e legati l'uno all'altro: la simulazione fornisce un punto di partenza affidabile per la campionatura in pressa, riducendo le prove e gli interventi sullo stampo.