Defect analysis for injection molding products

The process variables that characterize the injection moulding are countless. This leads to a poor control of the process, with the formation of various defects and therefore waste of raw materials, energy, time and hence money. In this work the defects present in an injection moulding product for the automotive sector have been studied. More specifically, the studied part is the pillar of the Volkswagen Tiguan. It is affected by several defects, but the main are open joints, flamings and contaminations. Firstly, the PMMA filling process of the part has been investigated with the aim of Moldflow Insight simulations software. Then each defect has been characterized: open joints and flamings appear as scratches on the PMMA pillar surface and therefore, a laser profilometry has been performed in order to verify this hypothesis. Instead, contaminations appear as a different material with respect to the base PMMA. For this reason, an IR spectroscopy has been carried out to determine the true nature of such defects. Subsequently, hypothesis on the root causes that generate these defects have been done. Open joints generate always in the same position on the PMMA pillar surface and therefore it has been hypothesized that are due to the design of the part in that position and that they are weld lines. This has been verified with the aim of filling simulations and in particular with a tool of Moldflow Insight, called weld lines. Flamings generate randomly on the PMMA pillar surface and, due to the high temperature of the melt PMMA kept in the process, it has been hypothesized that are generated as a consequence of PMMA degradation. For this reason, the PMMA thermal behaviour has been investigated through oxidation induction temperature, dynamic and isothermal thermogravimetry experiments. Finally, a solution to avoid the formation of these defects has been proposed, in order to decrease the percentage of defectiveness and reach the target fixed by the company. Another quality problem that affects this car component is the presence of severe sinkmarks on the PMMA surface. Three different design of experiments have been performed to optimize the process parameters, get the best possible surface quality and minimize the sinkmarks.

Le variabili di processo che caratterizzano lo stampaggio ad iniezione sono innumerevoli. Questo incide sulla capacità di controllo del processo, portando alla formazione di vari difetti e perciò allo spreco di materia prima, energia, tempo e quindi soldi. In questo lavoro i difetti presenti in un prodotto stampato ad iniezione per il settore automotive sono stati studiati. Più specificatamente, il componente studiato è il pillar della Volkswagen Tiguan. Presenta numerosi difetti, ma i principali sono giunzioni, fiammature e contaminazioni. Inizialmente, il processo di riempimento è stato investigato con l’ausilio di un simulations software, Moldflow Insight. Successivamente, ogni difetto è stato caratterizzato: giunzioni e fiammature appaiono come graffi sulla superficie in PMMA del pillar e perciò una profilometria laser è stata effettuata per verificare questa ipotesi. Invece, le contaminazioni appaiono come un materiale diverso rispetto al materiale base. Per questa ragione, una spettroscopia IR è stata effettuata su vari campioni del difetto per determinare la vera natura di tale difettosità. In seguito, ipotesi sulle cause radice che portano alla formazione di tali difetti sono state avanzate. Le giunzioni si generano sempre nello stesso punto della superficie in PMMA del pillar e perciò è stato ipotizzato che siano dovute alla progettazione del componente in quella zona. Questa ipotesi è stata verificata con l’ausilio delle simulazioni effettuate con il software Moldflow Insight e, in particolare, con un tool chiamato weld lines. Le fiammature, invece, si generano casualmente sulla superficie in PMMA del Pillar. Viste le alte temperature del PMMA fuso mantenute durante il processo di stampaggio, è stato deciso di investigare il comportamento termico del PMMA utilizzato, attraverso esperimenti di oxidation induction temperature e termogravimetria, sia dinamica che isotermica. Infine, una soluzione per evitare la formazione di tali difetti è stato proposta, in modo tale da diminuire la percentuale di difettosità del processo e raggiungere il target fissato dall’azienda. Un altro problema qualitativo presente su questo prodotto è la presenza di ritiri sulla superficie del PMMA. Tre differenti design of experiments sono stati effettuati in modo da ottimizzare i parametri di processo, ottenere la miglior qualità superficiale possibile e minimizzare i ritiri.