Modelling the ejection friction in injection moulding

Abstract

The quality of parts produced by injection moulding may be affected during the ejection stage of the moulding cycle. At this stage the parts are mechanically forced to separate from the moulding surfaces. The ejection force depends on the shrinkage of the polymer onto the core and on the friction properties of the contacting surfaces at the moment of extraction. As during moulding there is a replication of the part on the mould surface the ejection process is also dependent on the plastic deformation of the moulded material. Ejection takes place in a very short time, hence the static coefficient of friction must be considered for modelling the ejection process. To understand the contribution of the mechanisms involved in friction during the ejection stage, a mixed approach was developed: analytical simulation for the ploughing component, numerical simulation for the deformation mechanism, and an experimental inference for the adhesion. The study was based on the observation of three materials that are commonly used in injection mouldings: polypropylene, polycarbonate and a blend of polycarbonate/acrylonitrile- butadiene. The friction behaviour was studied with two testing methods: a prototype tester that is fitted to a universal testing machine, and an instrumented mould for the characterization of the friction force. The relevance of roughness, temperature and contact pressure on friction was evidenced, on the actual value of the static coefficient of friction that applies in the demoulding of thermoplastic mouldings.

A qualidade das peças produzidas por moldação por injeção pode ser afetada durante a fase de extração do ciclo de moldação. Nesta fase, as peças são forçadas mecanicamente a separar-se das superfícies do molde. A força de extração depende da contração do polímero e das propriedades de atrito das superfícies em contacto no momento da extração. No processo de injeção uma réplica da peça é gerada sobre a superfície do molde assim, a força de extração é dependente da deformação plástica do material injetado. A extração ocorre num espaço de tempo muito curto, por isso o coeficiente de atrito estático deve ser considerado para a modelação do processo de extração. Para compreender a contribuição dos mecanismos envolvidos no atrito durante a fase de extração, uma abordagem mista foi desenvolvida: simulação analítica para a componente de sulcagem, simulação numérica do mecanismo de deformação e inferência experimental da componente da adesão. O estudo foi baseado na observação de três materiais de uso corrente em peças injetadas: polipropileno, policarbonato e uma mistura de PC/acrilo-nitrilo-butadieno. O comportamento em atrito foi estudado recorrendo a dois métodos diferentes de ensaio: um protótipo que está acoplado a uma máquina de ensaio universal e um molde instrumentado para a caracterização da força de atrito. A relevância da temperatura, rugosidade e pressão de contacto no atrito foi evidenciada para os valores reais do coeficiente de atrito estático que ocorre na desmoldagem de componentes termoplásticos