EFFECTS OF INJECTION MOLDING CONDITIONS ON RESIDUAL STRESS IN HDPE AND PP PARTS

Öz

This research examines effects of molding conditions on residual stress and tensile strength of injection molded plastic parts. Six factors (injection pressure, melt temperature, mold temperature, packing pressure, packing time and cooling time) and three levels of each factor were examined. Taguchi experimental setup was used to reduce the number of experiments. The rectangular shaped flat parts were molded using high density polyethylene (HDPE) and polypropylene (PP) samples. The layer removal technique was used to prediction of the residual stresses. Results show that the influential factors are cooling time, melt temperature and packing pressure on HDPE parts, and cooling time, melt temperature and mold temperature on PP parts.

Anahtar Kelimeler

• Injection molding
• residual stress
• tensile strength
• layer removal technique
• HDPE
• PP
• Taguchi’s experimental design

YYPE VE PP PARÇALARDAKİ KALINTI GERİLMELERE ENJEKSİYON KALIPLAMA ŞARTLARININ ETKİLERİ

Öz

Bu çalışmada enjeksiyon kalıplama şartlarının kalıplanmış plastik parçalardaki kalıntı gerilmelere ve çekme dayanımlarına etkileri araştırılmıştır. Altı kalıplama şartı (enjeksiyon basıncı, enjeksiyon sıcaklığı, kalıp sıcaklığı, ütüleme basıncı, ütüleme süresi ve soğutma süresi) ve her bir faktörün üç seviyesi çalışılmıştır. Deney sayısının azaltılması için Taguchi Deney Tasarımı kullanılmıştır. Dikdörtgen şekilli deney parçaları yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE) ve polipropilen (PP) malzemelerden kalıplanmıştır. Kalıntı gerilmelerin ölçümü için katman kaldırma yöntemi kullanılmıştır. Kalıntı gerilme olarak YYPE’de 3,5 MPa, PP’de  0,6 MPa çekme kalıntı gerilmesi; YYPE’de -0,6 MPa, PP’de – 0,16 MPa basma kalıntı gerilmesi elde edilmiştir. Kalıntı gerilmeye YYPE parçalarda etkinlik sırasıyla, soğutma süresi, enjeksiyon sıcaklığı ve ütüleme basıncı etkili olurken, PP parçalarda ise, soğutma süresi, enjeksiyon sıcaklığı ve kalıp sıcaklığı etkili olmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Enjeksiyon kalıplama
• kalıntı gerilme
• çekme dayanımı
• katman kaldırma tekniği
• YYPE
• PP
• Taguchi deney tasarımı

Kaynakça

1. Huang, M.C., Tai, C.C., “The Effective Factors in the Warpage Problem of an Injection-Molded Part with a Thin Shell Feature”, Journal of Material Processing Technology, Cilt 110, No 1, 1-9, 2001.
2. Young, W.B., “Residual stress induced by solidification of thermoviscoelastic melts in the postfilling stage”, Journal of Materials Processing Technology, Cilt 145, No 3, 317–324, 2004.
3. Kabanemi, K.K., Vaillancourt, H., Wang, H., Salloum, G., “Residual Stresses, Shrinkage, and Warpage of Complex Injection Molded Products: Numerical Simulation and ExperimentaI VaIidation”, Polymer Engineering and Science, Cilt 38, No 1, 21-37, 1998.
4. Ozcelik, B., Erzurumlu, T., “Comparison of the Warpage Optimization in the Plastic Injection Molding Using ANOVA, Neural Network Model and Genetic Algorithm”, Journal Material Processing Technology, Cilt 171, No 3, 437-445, 2006.
5. Kamal, M.R., Lai-Fook, R.A., Hernandez-Aguilar, J.R., “Residual Thermal Stresses in Injection Moldings of Thermoplastics: A Theoretical and Experimental Study”, Polymer Engineering and Science, Cilt 42, No 5, 1098-1114, 2002.
6. Sen, A., Bhattacharya M., “Residual Stresses and Density Gradient in Injection Molded Starch/Synthetic Polymer Blends”, Polymer, Cilt 41, No 26, 9177-9190, 2001.
7. Katmer, Ş., Karataş, Ç., “The Effects of Molding Conditions on the Residual Stresses in Injection Molded Polystyrene Flat Parts”, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, Cilt 27, No 3, 501-507, 2012.
8. Isayev, A.I., “Orientation, Residual Stresses, and Volumetric Effects in Injection Molding”, “Injection and Compression Molding Fundamentals”, Cilt 15, Editör: Isayev, A.I., Marcel Dekker Inc., New York, A.B.D, 227-329, 1987.

9. Zhou, Y., Mallick, P.K., “Effects of Melt Temperature and Hold Pressure on the Tensile and Fatigue Properties of an Injection Moulded Talc-Filled Polypropylene”, Polymer Engineering and Science, Cilt 45, No 6, 755-763, 2005.
10. Vianna, J.C., “Structural interpretation of the strain-rate, temperature and morphology dependence of the yield stress of injection moulded semicrystalline polymers”, Polymer, Cilt 46, No 25, 11773-11785, 2005.
11. Sahin, S., Yayla, P., “Effects of testing parameters on the mechanical properties of polypropylene random copolymer”, Polymer Testing, Cilt 24, No 5, 613-619, 2005.
12. Goodship, V., “Arburg Practical Guide to Injection Moulding”, Smithers Rapra Technology, Shrewsbury, İngiltere, 2004.
13. Dülek, E., Orman, Ş., Karataş, Ç., Sarıtaş, S., “Bilyali dövme parametrelerinin Ç 1020 çeliğinin yorulma dayanımına etkisi ve oluşan kalıcı gerilmenin katman kaldırma yöntemi ile araştırılması”, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, Cilt 20, No 3, 289-295, 2005.
14. Kafkas, F., Karataş, Ç., Sarıtaş, S., “Effect of heat treatment conditions and densities on residual stresses at Hybrid (FLN2-4405) P/M steels”, Material Science Forum, Cilt 534-536, 669-672, 2007.
15. Wang, T.H., Young, W.B., “Study on residual stresses of thin-walled injection molding”, European Polymer Journal, Cilt 41, No 10, 2511-2517, 2005.
16. Zoetelief, W.F., Douven, L.F.A., Ingen Housz, A.J., “Residual Thermal Stresses in Injection Molded Products”, Polymer Engineering and Science, Cilt 36, No 14, 1886-1896, 1996.
17. Weng, C., Lee, W.B., To, S., “Birefringence techniques for the characterization of residual stresses in injection-moulded micro-lens arrays”, Polymer Testing, Cilt 28, No 7, 709–714, 2009.