Analisi di distribuzione delle fibre di vetro

Stampaggio a iniezione: controllo difettologico, rilievo dimensionale e analisi di distribuzione delle fibre di vetro



Introduzione

I processi di stampaggio di componenti plastici geometricamente complessi e con tolleranze geometriche ridotte richiedono una prima fase di messa a punto e ottimizzazione stampo, anche se i flussi di iniezione sono stati preventivamente simulati al CAE. In questa fase si rileva l’output reale del processo di fabbricazione e lo si confronta con il disegno a progetto in modo da correggerne le deviazioni. Per i componenti in materiale composito, ad esempio rinforzati con fibra di vetro, la messa a punto del processo è ancora più critica perché occorre verificare anche la distribuzione spaziale e l’orientamento delle fibre stesse nell’intero volume. La tomografia industriale è la tecnologia ideale per questo controllo ed è stata utilizzata nella presente analisi di una flangia porta sensore.


Scansione volumetrica 3D

Affinché la distribuzione delle fibre e il loro orientamento siano chiaramente rilevabili è necessario che la scansione tomografica sia eseguita a buona risoluzione (20-30 micron). Nel caso in cui occorra misurare quantitativamente la lunghezza delle singole fibre e estrarle virtualmente dalla matrice plastica è invece necessaria una risoluzione di scansione ancora più elevata, nell’ordine del diametro delle fibre stesse.

Controllo difettologico e rilievo dimensionale

La scansione tomografica, fornendo l’immagine volumetrica tridimensionale dell’intero oggetto, ha permesso immediatamente di rilevare le porosità e le cavità da ritiro. Utilizzando il software VGStudio MAX è stata quindi estratta la superficie geometrica della flangia e la si è sovrapposta con il disegno CAD di progetto, evidenziando gli scostamenti punto per punto. Queste informazioni, retroazionate sul disegno degli stampi, hanno permesso nelle fasi successive di ottenere la geometria del prodotto nel rispetto delle tolleranze. Anche la disposizione macroscopica delle fibre, indicativa dei flussi di iniezione, è direttamente ispezionabile. Si rileva la segregazione di fibre a metà spessore di alcune sezioni critiche e l’addensamento delle fibre stesse in corrispondenza delle sezioni di giunzione dei flussi.

Analisi quantitativa della distribuzione fibre

Per analizzare quantitativamente la distribuzione delle fibre è invece stato necessario utilizzare l’apposito modulo Fiber Material Analysis di VGStudio MAX. Le fibre vengono isolate singolarmente e virtualmente estratte dalla matrice polimerica in modo che il software possa calcolare l’orientamento spaziale di ciascuna di esse. Al termine dell’elaborazione le informazioni sono catalogate e presentate in forma statistica. È possibile filtrare i dati per visualizzarne solamente un insieme specifico e rilevare ad esempio la percentuale di fibre disposte circonferenzialmente o longitudinalmente e di lunghezza superiore o inferiore al valore di soglia stabilito.

Conclusioni

Con una singola operazione, la scansione tomografica ha consentito di rilevare quantitativamente tutte le difettosità interne al componente scansionato, gli scostamenti geometrici rispetto al disegno CAD e le sezioni più critiche a causa della non ottimale distribuzione delle fibre di vetro. Queste informazioni sono state cruciali per l’ottimizzazione del progetto del componente e hanno consentito di produrre il nuovo modello in tempi estremamente rapidi.
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