Modelowanie procesu wypełniania gniazda formy wtryskowej-)

Modelowanie procesu wypełniania gniazda formy wtryskowej-)

POLIMERY 2002,47,nr 2
122
ELZBIETA BoCIĄGA
Politechnika Częstochowska
Katedra Przetwórstwa Tworzyw Sztucznych i Zarządzania Produkcją
Al. Armii Krajowej 19c,42-200 Częstochowa
e-mail: [email protected]
Modelowanie procesu wypełniania gniazda formy wtryskowej-)
COMPUTER SIMULATION OF THE INJECTION MOLD CAVITY FILLING
PROCESS
Summary
- Filling of the injection mold cavity was analyzed in relation to
the feeding mode: (l) at one end, (ll) simultaneously at the two ends of the
cavity. The CAE C-Mold ver. 99.1 routine was used to simulate the flow of
HDPE through the injection mold equipped with the cavities used to form
standard (PN-EN ISo 5Ż711998) tensile bars. The feeding mode was found to
play an essential role: in mode (il), the polymer pressure required for the
cavity to be completely filled was by 30% lower than in mode (l) (Fig. 4), because the pathway of flow was shorter and the resistance to flow was reduced. The modes (l) and (ll) result in differentiated distributions of pressures
and temperatures (Fig. 5) along the molded piece axis, and they variously
affect the distribution of residual stresses in, and the shrinkage and warpage
of, the solidified molded piece. Again, the shear rate is higher in mode (l)
than in (ll) (Fig. 6) and affects the structure of the molded piece and hence
also its properties. Simulations of the melt front displacement in the caviĘ
enable the cavity filling process and its effect on the properties of the molded
pieces to be better understood. In mode (ll), simulations make it possible to
determine the position of the weld line.
Key words: injection molding, filling of injection mold cavity, computer simulation.
Zjawiska zachodzące w glieździe formującym można
w1mikające z trzech faz cyklu wtryskipodzielić na
wypełnianie gniazda, docisk i ochładzanie
wania
- [1-5].
wypraski
W
fazie wypełniania gniazda formującego rozpatruje się zwykle problemy związane z
przepływem wtryskiwanego ciekłego tworzywa zakłaodgrywa
dając, że jest ono nieściśliwe[6-8]' Sciśliwość
natomiast istotną rolę w następnej fazie
- docisku
rozfazy,
czyllochładzania,
Podczas
ostatniej
[8-11].
waża się głównie Procesy związane z przenoszeniem
ciepła 19, 12).
Przepły"w tworzywa w gńeździe formującym można
tozpatrywać dzieląc go na trzy strefy: wlotu, przepływu
rozwiniętego oraz frontu z przepłylvem PoPrzecznym
[13]. Strefy te schematycznie pokazuje rys. 1. W strefie
wlotu (A), bezpośrednioza przewężką, występuje
przepłyv promieniowy, w którym tworzywo jest odkształcane w wyniku promieniowego ścinania oraz obwodowego rozciągania stycznego do frontu pł1nięcia.
*)
Wykład wygłoszony w ramach VI Profesorskich Warsztatów Naukowych,,Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych", Poraj,19---22 czerwca 2001 r.
W kolejnej strefie (B), dostatecznie oddalonej od przewężki, przepłyłl staje się prostoliniowy, a odkształcanie
następuje wskutek ścinaniaw kierunku przepływu
twor4nva. Strefa ta obejmuje największy obszar gntaz-
da formującego' Decyduje ona o orientacji makrocząsteczek w rdzeniu wypraski oraz w}rwiera duży wpływ na
straty ciśnienia w grueździe i czas jego wypełniania'
W trzeciej strefie (C) obserwuje się przepłYw PoPtzeczny tworzywa (efekt ,,fontannowy") 12, 1'4,15]. Cząsteczki tworz}'wa znajdujące się na froncie strumienia przemieszczają się na zewnątrz niego i osadzają na ściance
gniazda. Podczas przepły.wu poPtzecznego cząsteczki
ulegają rozciąganiu wzdłuznemu i poprzecznemui
przepływ ten decyduje o jakości i strukturze geometrycznej powierzchń wyprasek wtryskowych [16].
Analizę przepływu tworzywa w gnieździe formującym często przeprowadza się z wykorzystaniem
symulacji numerycznej procesu. Celem tej analizy jest
zazwyczaj uzyskanie rozkładu ciśnienia, temperatury i
szybkości ścinaniatworz}rwa w formie zamkniętej oraz
śledzenie przemieszczania się frontu strumienia (lub
strumieni) tworzywa w gnieździe 16,9, L4,17, I8f, a także określanie długościdrogi przepływu w różnych
POLIMERY 2002,47,rr
2
123
Ry'. I' Wypełnianie gniazda formującego o przekroju prostokątnym z zastosowaniem przewężki punktowej; strefy: A
wloprzepływu rozwiniętego, C
z
przepŁywem
poprzecznym
[13]
- fłontu
Fig. l.Fillingofapoint-gatedrectangularcaaitymold:A-inletzone,B-deaelopedflowzone,C-meltfrontzone
tL3l
tu, B
warunkach wtryskiwania |7]' Możliwe jest obliczenie
ciśnienia w}.rnaganego do całkowitego wypełnienia
gniazda i siły rozpierającej formę po wypełnieniu gniazda oraz określenieoptymalnych warunków wtryskiwania [17]. opracowane zostały także modele matematyczne pozwalające na ocenę stopnia zorientowania
krótkich włókien napełniacza w wypraskach [19' 20]. W
pracach I21,22] przedstawiono niektóre zagadnienia symulacji Procesu wypełniania gniazda tworzywami o
strukturze częściowo krystalicznej.
Opracowując modele określająceprzepływ twotzYw a
w fazie wypełniania gniazda najczęściej zakłada się, że
przepływ taki jest nieizotermiczny, a tworz}rwo ciekłe
stanowi nieściśliwypłyn nienewtonowski, Pruy czym
przyjmuje się założenia upraszczające rozwiązanie problemu f6, 7, 9, 12-1'4, 17l. Do opisu przepły'wu są stoSowane 16, 8,9,13] następujące trzy równania zachowania:
-
masy
-
ruchu
mijalnie mały [6, 8,9,13, \8f.
Rozwiązanie powyższych równań wymaga ponadto
znajomościza|eżnościlepkości (r1) tworzywa od szybkościjego ścinania(ł). Do opisu takiej za|eżnościstosuje
się różne modele |8, Ż3-25]; jednym z nich jest 4_para_
metrowy reologiczny modeI wykładniczy Carreau f7,
8l:
ł_Ę- =[-t^
-ł.
Io
ol']#
e)
Parametry reologiczne tego modelu stanowią: lepkość
no (gdy y dąży do zera), stała czasowa }', stała n oraz
lepkośćn- (gdy i dązy do nieskończoności). Iloczyn
(}".
i') jest bezwymiarową szybkościąścinania.
Tl-
((
W przypadku większościtworzyw w stanie ciekłym
Io, zatem wzór (4) przybiera uProszczoną 3-para-
metrową postać:
v.ił=0
(1)
a=tl*O
L
r1o
p+=-Yp+Y'r+pg
,DI
-
nych, w których w kierunku grubości (ośz) jest on Po-
(2)
energii
DT
.
Pcp-=t"Y-ŻT +niŻ +Br
DP
Dt
(3)
r)']+
(s)
Równania (1)-(5) określajązależnościpomiędzy
prędkością,temperaturą, ciśnieniem i lepkością tworzywa. Do ichrozwiązania stosuje się metody numeryczne.
Analizując problemy występujące w fazie docisku na-
Ieży mieć na uwadze takŻe ściśliwość
tworzrya
[8-11]. Zmianę objętości tv/orzywa w tej fazie Procesu
wtryskiwania uwzględniają równania opisujące zalegdzie Y
operator NabIą, i- wektor prędkości, p
ciś- żnościp-a-T, np. równanie Spencera i Gilmore'a 126,27]
Iub często cytowane równanie Taita |28, 29l.
nienie, 3
tensor naprężenia stycznego, !
wektor przyDo opisu fazy ochładzania tworzywa W grueździe
spieszenia ziemskiego, T
temperatura, p
gęstość,ą
formującym wykorzystuje się równania energii odnielepkość,c,
właściwe,X
- ciepło
- współczynnik przewodze- sione do nieustalonego Przenoszenia ciepła [9, 10].
nia ciepła, B
współczynnik rozszerzalności objętościowej
Niniejsza Praca dotyczy analizy zjawisk wystętworzywa ciekłego, y
szybkośćścinanią,
Pochodna
pujących
w fazie wypełniania gniazda formującego'
fiRozpatruje się przy tym wpływ sposobu doprowadzaDA
substanclalna rÓwna
nia tworzywa do gniazda formujące1o
z jednej lub
'DtAt - =u'Y + -.
równocześnie z dwóch stron gniazda - na przebieg
Powyższe równania upraszczają się przy założeriu, Procesu ;'ego wypełniania.
We wcześniejszych badaniach doświadczalnych
że przepłyv odbywa się w elementach cienkościen-
POLIMERY 2002,47,nr 2
124
[30-32] wykazałam, że sposób doprowadzania tworzywa ciekłego do gniazda formującego wy'wiera wPływ
na właściwościmechaniczne i cieplne oraz strukturę
wyprasek wtryskowych. Obecnie, w celu rozszerzenia i
pogłębienia interpretacji wyników tych badań oraz Iepszego Poznania zjawisk zachodzących w tworzywie
przetwarzanym podczas wypełniania gniazda formującego, przeprowadziłam komputerowe badania symulacyjne tej fazy procesu wtryskiwania.
CHARAKTERYSTYKA PROGRAMU I MODELU
Symulację przepłyvów w formie wtryskowej przeprowadzano za Pomocą specjalistycznego programu
,,CAE C-Mold" ver.99.1' |33, 34), który składa się z następujących zasadriczych modułów:
C-MoId Control Panel (nadzorowanie przebiegu sy-
Wykładnik (1 _ n) określanachylenie krzyłvej opi-
sującej przepływ nienewtonowski. Napręzenie styczne
odpowiadające początkowi zjawiska wykazywania
przez tworz1.wo ciekłe właściwościpłynu rozrzedzanego ścinaniem oznaczono jako t*; pozostałe trzy stałe (B,
T6, $) służądo modelowania lepkości w warunkach zerowej szybkościścinania: stała T6 charakteryzuje zależnośćq6 od temperatury, stała B
zależnośćr1g od ciś- wartościr1g.
nienia, a stała B wyznacza zakres
Przeprowadzenie symulacji wymaga wprowadzenia
do programu danych dotyczących kształtu i wymiarów
wypraski, właściwości
przetwarzanego tworzywa/ warunków wtryskiwania oraz danych odnoszących się do
wtryskarki.
Modelowanie wypełniania gniazda formującego tworz}rwem ciekłym przeprowadza się z wykorzystaniem
metody elementów skończonych (MES).
-
mulacji);
C-Mold Modeler (wprowadzanie wymiarów i
kształtu wypraski, tworzenie siatki elementów skończonych, wprowadzanie warunków brzegowych);
C-Mold Process Estimator (wprowadzanie danych o
i procesie);
tworzywie
C-MoId Analysis (dokonywanie obliczeń
-
i
analiz
procesu);
C-Mold Visualizer (wizualŁaĄa wyników s1.mulacji).
-Program
umożliwia analizę zjawisk zachodzących w
trakcie trwania poszczególnych faz Procesu wtryskiwania oraz analizę skurczu przetwórczego i samoistnego
odkształcania się wypraski. Na potrzeby niniejszej pracy modelowano fazę wypełniania gniazda formującego
przyjmując dwuw1łniarowy przepły'w tworzywa.
ZałoŻenie to jest uzasadnione, gdyż wypraski sązazwyczaj wytworami cienkościerrrr1'rni, w związku z czym
przepływ tworz)rwa w kierunku grubościmożna, bez
szkody dla anaLizy, pominąć.
Do badań przyęto S-parametrowy reologiczny model
wykładniczy Crossa |34],który, jak wiadomo z literatury f9,35, 36), zapewnia możliwie dokładny opis matemaĘczny właściwościreologicznych tworzywa; ponadto w bazie danych C-Mold znajdują się wartościparametrów tego modelu, odpowiadające warunkom prowadzonej symulacji. Model Crossa ma następującą Postać:
11ę,i,il= ]'('::},
r*[!1
( .*
(6)
I
,/
przy czymi
no(z,p)=
gdzie: n, T*, B, Tr, 9
go Crossa.
-
r.*p[]'1.*p1Bp;
'1.r,
(7)
stałe parametry modelu wykładnicze-
PoDsTAwY I ZAŁoZENIA SYMULACJI
W badaniach zastosowano formę wtryskową z gniazdami do wytwarzania próbek do próby rozciągania,
o kształcie i wymiarach zgodnych z PN-EN ISo 5Ż7:
1998.
Pierwszym etapem symulacji było zbudowanie modelu bryłowego wypraski wtryskiwanej, do czego wykorzystano moduł C-MoId Modeler. Model ten obejmuje
wlewek (elementy ukształtowane w kanale centralnym,
kanałach doprowadzających i przewężkach szczelinowych) oraz dwie próbki badawcze. Następnie wybrano
tzw. powierzchnię środkową,która przekształca bryłę
w model dwuwymiarov/y o założonejgrubości. Model
podzielono na trójkątne (2D) elementy skończone próbek badanych i tworz}'wa zestalonego w prze\^/ężkach
oraz liniowe (1D) elementy wlewka. Elementom
trójkątnym nadano atrybuty grubości, natomiast elementom liniowym
atrybuty średnicy zastępczej. Na
rys. 2 przedstawiono model MES wypraski z doprowadzeniem tworzywa z jednej strony (a) oraz z dwóch
stron (b) gniazda formującego.
Z bazy danych o maszynach przetwórczych (moduł
Process Estimator) wybrano wtryskarkę KM 65/160/Cl'
firmy Krauss Maffei, stosowaną Przeze mnie również w
badaniach doświadczalnych [np. 32].
Prz1r1ęto, ze wypraska ma być wykonana z polietylenu dużej gęstości(PE-HD) firmy DoW Chemicals, typ
10062 E. Tworzywo to wybrano z bazy danych firmy
C-Mold (moduł Process Estimator), która w porównaniu
z innymi dostępnymi bazami danych jest niezwykle bogata i rozbudowana' o wyborze polieĘlenu 10062E zadecydowały jego właściwościbardzo zb|iżone do
właściwości
polietylenu o symbolu 70262 A, również
stosowanego PrZeZ mnie w badaniach doświadczal.
nych. Jego charakterystyka wg danych producenta, jest
następująca'
gęstośćw temp. 20'C
956 kg/m' ,
- moduł spręzystości przy-rozciąganiu ,
-
2600 MPa,
l'OLl\lEltY
2i102, 17 nr 2
125
]!)'s(Jkość 2,7 nnn, długość1 mnr isŻ.rokość]6 lnm'
\Ąivrn ja.\' prŻelf ꯀk .!'brano zgodnie z międzvnaro
do$lą norrną ]So 294 1:1996, d.rtvcŻącą lvhyskiwania
próbek Z tt'orzfw tcrnopl.lstycznYch'
!!Y\]KI SYMUIACJI
Wyniki srrnula.ji zah'ierają r}'s'
3
ar
b)
N
u\
RVs' 2' 'ł1odtłMEs il14Jlrs/ri ż l1.ploilnd'cnr,:l ti)orzvian
Ż i.ll ei strot]y (r) an1z z d|uóch slra| (b) s,]i:r.L\r t'o|
]]nLil.L!o ( sl |żalti o.nncŻri} kj.1'Llt1.k plżeply1l u t 'a Ęl|,L'n) )
ślrttll
], 2. 3
sintkLl c|ć)lLctltói| skotic.t lv(h i|k'Ilkn, 1
liu0]':łn :.jtllłrn.!'l]
Fł 2
ILj
|llzc|l|:cc.
5
T/l.
ciePłolĄ'łaściwe1Ą'temp.210"C3791I/(kg K),
rvspillcz)'nnik przcrlodzenia ciepła temp' 210''c
\,v/(m
K),
masow) rrskaźnik sŻvbkościPł}'nięcia (MFR,
kg) 10 g/10 min.
:, - r is-l /\.r. ' ol^lL.,,e
rv ]itelaturz€ lvarunkl lvtr-vski1lania \\,Y}rrasck
i90"C/2,16
D. n.l
Zalccane
12, 3, 33,
lv
371:
temp€ratuIa h'tr\'skj\'anja 210"c
ternpcratura nrm! 40"C
clślrjenje docisku 60 \,IPa
czas \Ątlysku 5 s
czas docisku 20 s
czas ochlactzania 20 s
Prędkość wtlyski'\'ania {],06 ln/s
,a
sirtkr phbkj br
MEs filjL1ll al a 11laLde,1 pict( i)t t, oI].. e"n, (b)
tira cAi cifity lcding ntode (ntrc1ts i dicntt tht t1i1'tctj,rr
.J paą/n]d flo1L,),], 2, 3
JlllilĆ d,:łLe|lt llk'sh Ol L'got,
1 filite el(łL|fit n|lsh of Palv ltt s,JltLtjfied in the '",rtc,
5 lHilć clt: c|tt E]L of liJl sp..,rl ls
0,28a
?.
svnll]acji tej plzyjęto stałc l!}.miarY przewężek:
B
3' Ks:laltoi{,''l.,sl| lil|ji aktcś]nj|cyc]L palazcnje frait
t1LĘlż1|'u\1 1l) fal1|1il, iLlttllskall.t]i 1t, tlikcie całkn
1!it|3o i)1łpł iu|lin :ł:inzdr fa]'llLuiqcera z dapru|:nt e ic]ll
liI\n.vil,R . ieL]nci st1'oll1l gniazdn (r) ] b z li|óch st,on
^łs jtnir
stlu
Fig. .). Distlncc t t of nitlt flotit lLfics Ln tht jLticctio
n'oli dfter the cai)jt! ht$ beu lilhi 1 (r) tut1e (i) Rnt (b)
Na rvsunku 3 icst l\.idoczna róŹnjca h.plzebiesu plo
cesLl rvvpehianja ttorz\'lvcm grLjazda fonnująccgo' W
plzvpadku doPro$,adzania hlorz\Na jednocześnie z
drvóc]r siron gniaŻda rlvstęprrjc ]ączenie się strum]eni
hlolzYwa !v środkolĄ'ei części\Ą'r-Prask1 (r-Ys' 3b)'
DoPro!\.adzenie twolz}łva z .:lwóch stlon 8niazda
f'n "9" J. ts .J " \il gu \lLl r " i/-/ gu il1icnia b ok' 30%), niŹ 1,l' prŻ-vpadku" rvtrvsku z j€dnei
stronr- gniazda (r}'s. .l)' ]cst to clckt skrócerL]a drogi i
Żwiązanego , tvm zmniejszenia opo.ó1Ą' przepł\'1\ru
t$,orz\'\.a' Rozklad ciśnienia l,!'zc1luź lv}.Plasek ]est ol:{'
mielrrly !v obvdrvu PrzvPadkach. Gd]'stosuje Się do
}'ro$'aclzc.j€ t'lvorz}nva z jedn€i stron]'tniazda, to
POLINlERY 2002,
126
$'
47,
nr
2
N:
il"
u
/ł
,ft
b)
b)
s'.'
$"
$
'b":
'n,.,
u
u,
'ś
,.
u
$.
u kn ich do|h)
Iidzailcydl i 1I, g ieźl]zie lalnuitlc!fi lalrly 1|'trysko1I,ćj po
całkaiłitl/ln ulpehie ilL 8 jttzdd for |ujrcl !,0 2 daP 1l,ndże
tlidtL tlnrz!'nn. iednti sthrt,! &ltidzda (n) lIL. z drrLich
Rłs' 5 Ro:łldd te rycntull/ (T) tInr^|ur ) knnn]nth da
pro nd.niqc||rh i Ia *lleż|Żie ftrl llj\Ącl] l Jrln! Łjtl'1lka'dti
po cLtllouitvt)l 'ttpdttieniu !,nhzLii Ja)nLujaftSa. dap)a 'n
dzenr 1 t orzv\L,a Ż j lri st|Tn1| 8n1l1Żtn i|) h1b Ż !1\LjliĆh
FiR. 4' The di1iib]ltion |lf pohłner pressures i)1 tltĆ lulu|cls
Fig.5
R.}is'
4. Ro:ł1l7d ciśni,:nia (p) t.nrzlJpn
dld in
t
thc
cnit!
d(! "1
aftct tfu ,:r'oittt has
t
beetr
lilletl
j
(n) tnadt
maks}'ma]ne ciśnjenjelv gnieździc, bczpośI€dnio za
Przewężką lvynosi ok' 10 N'IPa i następnic stopl-Lio\Ą1)
-i'Ó' '. ' J ''- l'l .ldt
l.l l .''' '
leslym końcu 8niazda (rys.,la). Naiomiast w.{rugim
sp.rsŃic dopfo{,adzania h{orzFva (Iys'.łb) ciśnienielv
gni€Ździe' iuź za plze\\,ezką, nla mniejszą \\raltość, \Ą'y
nosząĆą okob 2,5 MPa, a minimal'le ciśnienie występ!je il.środku sniazcla, iv nricjscu łącz€1ta strumieni tl,l'o
rzy\Ą'a' liozkład ciśnienia 1Ą' gnjeźdŻic formtjącln'l
może \Ą.pl}Lwać na sian naPrcŹeń lvłasn'vch il' z€sta]onej
Lt palvrttr tenryctntllres t thc nnt
'listliblttion
in the,:ni)ilu n$lrr llP Cn|,ihl hrs bffn filkd n] (R)
(i) n]ń (b) 1 a!1. (ji)
The
łs n1ń
k)de
lvyPraski \Ą']rtwofzone z zastoso\\.aniem .:loplo!\.a
dzenja ilvorzvwa z dwóch stlon gniazda (l,vs. 5b) cha
laktelvzują się rv,vższą temPeraturą u. obszarac]t
PobżonYch blisko Plzet'ężek (ok. 197"C) oraz 14I środ
koNej części(194"c)' \'VŻrost tcrnPcrahlrv $, śro.lkolvcj
cŻęścis'YPraski naipra 'dopodobnjej ('r-njka ze zderzania się strLlmierLj tl\.olz'vr\'a płlnących z przeci$.n!'ch
kierunkó$, , ctuźąprędkościąora7, podobnie jak poPrzcdnio, z obecnościsplęZone8o Pol,Vietrza, zamknię
Ft^ń t.i.'d,,' p"r'1dzr dn' r ' _lru.'lr''l'l:t.'o_
Zmianc sŻ)rbkościśchanla \\, u'r"branych nriejscach
i{)'pr.sek'
okr€ś]oną lv poszczegó]n},ch ['arst\Ą'ach na
olrydwu waliantach j€So doplo$,adzenia' W lłypra'
skach uz-vski1Ą'anych Z doProlvadzenien t\l.orz)Ą4la Z ich 8lubości Po up1yl'ie ] s od ch\'jli rozpocz$ia !vlr}'
Lr L,r,.e i.l \\ r r\ .. ". \ ih r. l -.,d -,.\ b\o.. - 1"^i.
jeL1nej stlonY Bniazda folmującego (r}'S' 5a) temPeratura
t .orŻv(,a skJPnio\Ą,o a]eje, od \Ą'artoścj ok' 200"C lv w}'stępuje 1ł obszaraclr polożonvclr lrlizej powielzchni
obszal'z€ Położon-vm najbliżej przc\,gżki do waltości Zclłnchznej lwPraski (\Ą'arshĄ'y 0), co wyn]ka z€ znacz
ok' 18]''c na kolicu \Ą'ęŹszej częściwvpraski' lv obsŻa- n€go gradienfu prędkości przepł)ĄĄ'u \Ą'sąsiadując.vch z
nią {iarsh{aclr fi\.orzy .a' W lvalshvie środkowej $,}'Iz€ lv}?rask1 naibardziej odda]ony,m o.:1 plze\\.ężki ob
Praski (\\.arstlva 25), l\, kfujrej tradi€nt Prędkości
serlvuje się rĄ'zlost temPeratur\', co jest najPra(,c1oPoRysunek
5
i]usiruje rozkład tcmpelatul'v tworzFl'a rv
sPo(,odowane obecnością powietrza o temPerat!Izc Pod$,)'ższonej 1v l\ryniku sPręźania, nie całkoł'icie uS nictcgo Ż gniazda'
dobni€j
ir?t\!',-..
lv
,: /.,, -/\l ... -.:rn.i.' rr sI
prŻvPadku wyPras€k }'}rkonanr-ch lĄ' lvarunkach
POLINIERY 2002, 17, nr 2
12r-
10 12
14
21AA
2000
'1600
120A
800
400
0
1t)
12
16
Rys' 6' Rozłl'd s:y&łościś,:nnia (p ltoÓl.yInn (, -|n/bnnvch obs nch iplplt]iek (a kieru ku ich srLLbaści) uzqska 1|ch u
unru knch dap 1)al1zanja ftMlŻ!'[n: Ż jclt1lci shony s11il:]zd|] 11) lub z duóCh stl'Ó}l g ia.dn (b): unrstun 0 pa|Ilietzchnin
pou1itlrĆhnia śratkaun u1vph:]skj (u|njki sytLulacji atrzynLrtlo z.a pałLoc7 pragfifiLu
zeu ftrz a uyprnski, '.łlrst|la 25
Plnstics
Insip,ht"
rct
1.1)
,,MoLdflou
Fix. 6' The distliblltion of poLlnł she rdtes G) h thć lk ncrs and i)L the cnl,it]/ aftet the c@it|| hlls beel] flkd ttl la)
nade (i) d d (b) nade (j : a
ćtena! 1urlnĆe ()f noll\el] pieĆe, Ldył' 25 j tel"nl sl]tncc af flLaldeL{ pi!]ce hs sifltulL1tcll
Plastics
Insiiht
rc tinc, r1ct. 1 l)
by the Moltlfou
doPlo$.adzania t\Ą.orz}nva z j€dnej stronY gnjazda for'
mrrjąccgo (a), szybkośćścinania osią8a '!!'altościwiększe
o ponad 80oo lv części śIodkolvej wyplaski, o miiej
.,,\ n PrŻlel-.]J l'oP Ż,P./r\ .1'l żs r,,Pl-/ęj\Ż/!-l ! ]_
POLIMERY 2002,47, nr
128
praski znajdującej się bliżej przewężki. W wypraskach
uzyskiwanych z doprowadzaniem tworzywa z dwóch
stron gniazda (b), szybkośćścinaniajest znacznie większa w obszarze łączenia strumieni tworzywa niz w pozostałych miejscach wypraski, co jest efektem zderzania
się strumieni tworzywa, płynących z dużąprędkościąz
przeciwległych kierunków.
PODSUMOWANIE
Sposób doprowadzenia tworzy'wa do gniazda forw przebiegu Procesu
jego wypełniania. leżeli tworzywo doprowadza się z
dwóch stron gniazda, to wartośćciśnienia ZaPewniaj ącego wypełnienie gniazda jest mniej sz a niż w pr zy padku doprowadzenia tworzywa z jednej strony.
Rozkład temperatury tworzwva jest takze odmienny
w obydwu prz1padkach i może wpływać zwłaszcza na
rozkład napręzeń własnych oraz skurcz i odkształcenia
wypraski.
Odmienny rozkład szybkości ścinaniatworz}ryva w
poszczególnych obszarach w gnieździe formującym w
warunkach doprowadzenia tworzywa zarówno z jednej, jak i z dwóch stron gniazda może oddziaływać na
ukształtowanie się zróżnicowanej struktury wyprasek, a
na nierównomierność ich właściwości.
w rezultacie
Symulacja przemieszczania się frontu strumieni twolzywa w fazie wypełniania gniazda formującego, z doprowadzeniem tworzywa z dwóch stron gniazda/ umożliwia ustalenie położenia obszarów łączenia się tych
strumieni. W przypadku zastosowania w badaniach
wyprasek symetrycznych i o stosunkowo nieskomplikowanym kształcie, przewidywanie miejsca powstania obszarów łączenia strumieni tworzywa jest łatwe i bez tej
sy'rnulacji, natomiast gdy rozpatruje się wypraski o bardziej złożonym kształcie często okazuje się to trudne, a
nawet niemozliwe. Celowe jest wówczas wykorzystanie
w1mików symulacji komputerowej, ułatwiające zlokalizowanie miejsca łączenia strumieni tworzywa i na tej
podstawie wprowadzenie, w razie potrzeby, zmian w
budowie formy (np. kształtu geometrycznego gniazda
formującego or az r ozwiązania konstrukcyjnego układu
doprowadzania tworzywa i przewężek) umozliwiających przemieszczenie obszarów łączenia w miejsca
mało widoczne lub w miejsca, od których nie jest np.
Wymagana duża wytrzymałośćwypraski.
Przedstawione wymiki symulacji komputerow ej przemieszczania się frontu płynięcia tworzywa w gnieździe
formującym formy wtryskowej p ozw alają na |ep sze zrozumienie przebiegu Procesu wypełniania gniazda'
Umożliwiają takze ocenę wpł1'wu tego procesu na
i cechy wyprasek. Znajomośćteoretycznewłaściwości
go rozkładu temperatury tworzywa w formie wtrysko]^/ej ułatwia zaprojektowanie PoPrawnego układu
ochładzania gniazda formującego, zapewniającego równomierne zestalanie się wypraski. Z kolei symulacja
zmian ciśnienia w układzie przepływowym i gnieździe
mującego odgrywa istotną ro1ę
2
formującym dostarcza informacji dotyczących wartości
ciśnieniazewnętrznego w układzie uplastyczniającym
wtryskarki, niezbędnego do całkowitego wypełnienia
gniazda o określonej konstrukcji oraz koniecznej siły zamykania formy.
Symulacja komputerowa procesu wtryskiwania
ułatwia więc analizowanie zjawisk występujących na
drodze przepływu tworz}-wa do gniazda formującego i
podczas jego wypełniania. Interpretując wyniki symulacji komputerowej nalezy jednak zawsze mieć na uwadze fakt, iż symulacji dokonuje się wybierając określony
model matematyczny opisujący przepływ oraz, nieuchronnie, przyjmując daleko idące założenia uprasz_
czające jego rozwiązanie. Ograniczona dokładnośćodwzorowania warunków rzeczywistych może wpły'wać
na zgodnośćuzyskiwanych w;mików z rezultatami badań doświadczalnych. Zatem, analizę przebiegu badania procesu wtryskiwania opartą na symulacji komputerowej można traktować jako działanie raczej rozPoZnawcze lub pomocnicze, które powinno być weryfikowane doświadczalnie.
LITERATURA
1. Menges G., Mohren P.: ,,How to Make
Injection
Molds", Hanser Publishers, Monachium 1986, str.
2.
3.
4.
5.
6,
7.
8.
9.
385.
Pótsch G., Michaeli W.: ,,Injection Molding. An In-
troduction", Hanser Publishers, Monachium
Nowy Jork 1995, str. 195.
Sikora R.: ,,Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych", Wydawnictwo Edukacyjne,
Warszawa 1993, str. 528.
Smorawiński A.: ,,Technologia wtrysku" WNT,
Warszawa 1989, str. 460.
Zawistowski H., Frenkler D.: ,,Konstrukcja form
wtryskowych do tworzyw termoplastycznych",
WNT, Warszawa 1984, str.393.
Wiedeń
Lee Ho-S.: Polym. Eng. Sci. 7997, 37, 559.
Buchmann M., Theriault R., Osswald T. A.: Polym.
Eng. 9ci. 1997, 37, 667 .
Kennedy P.: ,,Flow Analysis of injection Molds",
Hanser Publishers, Monachium
- Wiedeń Nowy }ork 1995, str. Ż37 '
Chiang H. H., Hieber C. A., Wang K. K.: Polym.
Eng. Sci. 1991., 31., 1.76 i 125.
Chen B. S., Liu W. H.: Polym. Eng. 9ci.1994,34,835.
11. Tanguy P. A., Grygiel ]. M.Polym. Eng. Sci.1993,
10.
33,7229.
12. Papathanasiou T. D., Kamal M. R.: Polym. Eng. Sci.
1993,33, 400.
13. Greene J.P.: Polym. Eng.9ci.1997,37,590.
1.4. Kim M. S., Lee W. I., Lee J. S.: lntern. Polym. Pro.
cess.7996,11, 58.
15. Sato
850.
T., Richardson S. M.: Polym. Eng. Sci.7995,35,
POLIMERY 2002,47,nr 2
r29
1,6. Papathanasiou T. D.: Intern. Polym. Prrocess. 1996,
11,275.
17. Szydłowski W., Brzoskowski R.: Polimery 1984, 29,
110.
18. Wilczyński K.: Polimery 1999, 44, 407 '
19. VerWeyst B. E., Tucker III Ch. L., Foss P. H., O'Gara |. F.: ,,Fiber Orientation in 3-D Injection Molded
Features: Prediction and Experiment", PPS-15,
Fifteenth Annual Meeting, 's Hertogenbosch, Ho-
landia 1999, str.85.
20. Chung S. T., Kwon T.H.: Polym. Eng. 9ci.7995,35,
604.
21.. Guo X., Isayev A. I., Guo L.: Polym. Eng. 9ci.1999,
39,2096 i2132.
22. Guo X., Isayev A. l.: lntern. Poiym.
23.
Process. 1999,
14,377 i387.
Sikora R.: ,,Podstawy przetwórstwa tworzyw wiel-
kocząsteczkowych", Wyd. Uczelniane Politechniki
Lubelskiej, Lublin 1992, str.507.
24. Carreau P. J., De Kee D. C. R., Chhabra R. P.:
,,Rheology of Polymeric Systems. Principles and
Applications", Hanser Publishers, Monachium
Wiedeń
Nowy Jork1997, str.520.
25. De Kee D., Chan Man Fong C. F., Sun N.: ,,Useful
Rheological Models for Industrial Applications",
PPS-15, Fifteenth Annual Meeting, 's Hertogenbosch, Holandia 1999,str. 51.
26. Praca zbiorowa: ,,Processing of Thermoplastics
Materials" (red. Bernhardt E.), Reinhold, Nowy
|ork 1959.
27. Spencer R. S,, Gilmore G. D.: I. Appl. Phys.
1950,
,523.
28. Hieber C. A': lntern. PoĘm. Process. 1997, 12,249.
29. Simha R., Wilson P. S., Olabisi O.: Koloid
Zeit2't
30.
schrift und Zeitschrift filr Polymere 1973, 251,402.
Bociąga E.: Ada' Manufact. Sci' Technol. 2000, 24,
89.
31. Bociąga E.: |. Inj. MoId' Technol. 200L,5,15.
32' Bociąga E.: Polimery 2001, 46,638.
33. ,,C-MOLD Design Guide. A Resource for Plastics
Engineers". C-MOLD lthaca, Nowy Jork 1998., str.
336.
34. ,,C-MOLD Reference Manual". C-MOLD lthaca,
Nowy Jork1997.
35. Hieber A.: ,,Melt-Viscosity Characterization and
its Application to Injection Molding", w pracy
zbiorowej,,Injection and Compression Molding
Fundamentals" (red. Isayev A. I.), Marcel Dekker,
Inc., Nowy Jork 1987.
36. Verhoyen O., Dupret F.: /. Nołl_Newtonian Fluid
Mech. 1998,74,25.
37. Zawistowski H., Zięba S.: ,,Ustawianie procesu
wtrysku", Plastech, Warszawa 1995, str.140.
Rapid Communications
Przypominamy P.T. Autorom, że prowadzimy W naszym czasopiśmie dział Ępu Rapid Communications.
Publikujemy w nim, wyłącznie w języku angielskim, krótkie (3--4 strony maszynopisu i ewentualnie
2-3 rysunki lub tabele) prace oryginalne, którym gwarantujemy szybką ścieżkędruku, co oznacza|
że pojawią się one w czasopiśmie w okresie nieprzekraczającym 5 miesięcy od chwili ich otrz}.'rnania
przez redakcję.