Experimental validation of polymer composite injection moulding process simulation

• Autorzy: Nabiałek J. , Kwiatkowski D. , Gnatowski A.

Warianty tytułu

PL

Weryfikacja doświadczalna symulacji procesu wtryskiwania kompozytu polimerowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the chosen results of investigations on polymer flow during the mould cavity filling phase of the injection moulding process. The process is characterized by high dynamics, which causes several technological difficulties, both during injection mould design and during product implementation to the production stage. Greater understanding of the phenomena which occur during filling of the injection mould may lead to more effective design of processing tools and shortening of the time for implementation and production time. The results of computer simulations of the injection process have been compared with the results of video recording of the plastic flow during the filling phase. A specialized injection mould which enables observation and registration of the plastic flow during processing has been employed. The mould enables direct monitoring of the course of the phenomena inside the mould cavity in two planes. Transparent sight-glasses have been used, made of a material called Zerodur which is characterized by a coefficient of thermal expansion close to zero. To record the flow, a digital video camera has been employed. The camera enabled registration of the flows with the rate of 25 fps. This reduced the scope of the investigations, since at higher plastic flow speeds the registered image became less clear. The video sequences registered during the investigations were later digitally processed in order to ensure in-depth analysis. For the simulation investigations, professional computer software, Autodesk Moldflow Insight 2011, has been employed. The results of the investigations enabled the documentation of specific phenomena which occur during the plastics or their composites injection process. The registered video sequences have been compared to the results of numerical calculations and then it was estimated to what degree the computer simulation of the injection process may be useful in practice. The investigations were performed on a wide scale, however, only chosen results have been presented. As an example, the issue of flowing around a rectangular obstacle of the plastic stream has been described. The obtained results of the investigations are so encouraging that they made the authors continue such experiments.

PL

Przedstawiono wybrane wyniki badań przepływu polimeru podczas wypełniania gniazda formy w procesie wtryskiwania. Proces ten charakteryzuje się dużą dynamiką, przez co stwarza szereg trudności technologicznych zarówno podczas projektowania form wtryskowych, jak i na etapie wdrożenia wytworu do produkcji. Dogłębne poznanie zjawisk zachodzących podczas wypełniania formy wtryskowej może prowadzić do efektywniejszego projektowania narzędzi przetwórczych oraz skrócenia czasu wdrożenia i czasu produkcji. Porównano wyniki symulacji komputerowych procesu wtryskiwania z rezultatami rejestracji wideo przepływu tworzywa podczas trwania fazy wypełniania. Wykorzystano specjalistyczną formę wtryskową umożliwiającą obserwację i rejestrację przepływu tworzywa w procesie przetwórstwa. Forma ta umożliwia bezpośrednie monitorowanie przebiegu zjawisk wewnątrz gniazda formującego w dwóch płaszczyznach. Zastosowano transparentne wzierniki wykonane z materiału o nazwie ZerodurR, który charakteryzuje się współczynnikiem rozszerzalności cieplnej bliskim zeru. Do rejestracji przepływu zastosowano cyfrową kamerę wideo, która umożliwiła rejestrację przepływów z szybkością 25 fps. Ograniczyło to zakres badań, gdyż przy dużych prędkościach przepływu tworzywa obraz rejestrowany stawał się mało czytelny. Sekwencje wideo zarejestrowane podczas badań poddano obróbce cyfrowej w celu wnikliwej ich analizy. Do badań symulacyjnych zastosowano profesjonalny program komputerowy Autodesk Moldflow Insight 2011. Wyniki badań umożliwiły udokumentowanie specyficznych zjawisk zachodzących w procesie wtryskiwania tworzyw polimerowych i ich kompozytów. Porównano zarejestrowane sekwencje wideo z wynikami obliczeń numerycznych i oceniono, w jakim stopniu symulacje komputerowe procesu wtryskiwania mogą być użyteczne w praktyce. Badania przeprowadzono w bardzo szerokim zakresie, jednak z konieczności przedstawiono tylko wybrane wyniki badań. Jako przykład opisano zagadnienie opływania prostokątnej przeszkody przez strumień tworzywa. Otrzymane wyniki badań są na tyle zachęcające, iż skłoniły autorów do kontynuacji tego typu eksperymentów.

Słowa kluczowe

EN

composites; injection molding process; computer simulations; flow registration

PL

kompozyty; proces wtryskiwania; symulacje komputerowe; rejestracja przepływu

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 4
• Strony: 283--287
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Nabiałek J.

autor

Kwiatkowski D.

autor

Gnatowski A.

• Czestochowa University of Technology, Department of Polymer Processing and Production Management, al. Armii Krajowej 19c, 42-200 Częstochowa, Poland,

Bibliografia

• [1] Yokoi H., Takematsu S., Visualization of Burning Phenomena during Cavity Filling Process, PPS 18.
• [2] Yang S.Y., Nian S.C., Sun I.C., Flow Visualization of Filling Process during Micro Injection Molding, International Polymer Processing, Hanser Verlag, XVII 2002.
• [3] Banasiak A., Sterzynski T., The assessment of flow in the injection's mould of polymer with plate filler as marker, Polimery 2004, 49, 6, 442-448 (in Polish).
• [4] Banasiak A., Bledzki A., Sterzynski T., Flow lines visualization by injection molding of a model system PE + talc, Proceedings, PPS Athens 2003, 93.
• [5] Hasegawa S., Yokoi H., Murata Y., Dynamic Visualization of Cavity Filling Process in Ultra-high Speed and Thin Wall Injection Molding, PPS 2003.
• [6] http://www.schott.com/lithotec.
• [7] Nabialek J., Koszkul J., The influence of input data on the results of injection molding process simulation, 13-th International Scientific Conference AMME 2005, Gliwice 2005, 455-458.
• [8] Koszkul J., Nabiałek J., The influence of viscosity model on the results of injection molding process simulation, 9-th international scientific conference AMME 2000, Gliwice-Sopot-Gdańsk 2000, 311-314.
• [9] Lee K., Mackley M.R., The significance of slip in matching polyethylene processing data with numerical simulation, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics 2000, 94, 2-3, 159 177.
• [10] Shen Y.K., Huang S.T., Chen C.J., Yu S., Study on flow visualization of flip chip encapsulation process for numerical simulation, International Communications in Heat and Mass Transfer 2006, 33, 2, 151-157.
• [11] Özdemir A., Uluer O., Güldas A., Flow front advancement of molten thermoplastic materials during filling stage of a mold cavity, Polymer Testing 2004, 23, 8, 957-966.
• [12] Pantani R., Validation of a model to predict birefringence in injection molding, European Polymer Journal 2005, 41, 7, 1484-1492.
• [13] Wilczyński K., CADMOULD-3D - computer modeling of polymers injection process - simulation of filling stage, Polymers 1999, 44, 6, 407-412 (in Polish).
• [14] Kennedy P., Flow Analysis of Injection Molds, Hanser- -Gardner 1995.
• [15] Gordon G.V., Shaw M.T., Computer Programs for Reologist, Hanser Publishers, Munich - Vienna - New York 1994.