Numerical analysis of residual stress and deformation of injection moulded parts manufactured from polymeric composite with different processing conditions

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

Warianty tytułu

PL

Analiza numeryczna naprężeń własnych i odkształceń wyprasek uzyskiwanych z kompozytu polimerowego przy zmiennych warunkach procesu wtryskiwania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Simulations of the injection moulding process of polypropylene with a glass fibre content were conducted using special software - MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT ver. 4.1. A seven - parametric rheological Cross - WLF model was chosen for the research. For holding phase simulation as well as to determine the inner stresses and deformation of the parts, the pvT dependence should be known. The Tait equation was used in the numerical calculations. In the first step of the simulation a solid model of the part was created using the Master Modeller modulus of I-DEAS NX software. A sample for cracking resistance tests, of the SENB type, with runners was modelled. Then the cooling conditions were introduced to the program. The next step modelled the injection mould geometrical shape and mesh creation. The crucial moment in the simulation is the introduction of the data describing the processed polymer properties. They were the thermal properties as well as the rheological and mechanical properties of the injected composite: PP with a 25% glass fibre content. In the next step, the processing conditions were entered into the simulation program (Moldflow Plastisc Insight ver. 4.1). The simulation research was conducted on the basis of the design of an experiment that was prepared with the use of Statistica 6.0 software. The changes of four processing parameters were taken into account: holding pressure, injection temperature, injection velocity and mould temperature. The simulations were made for extreme values of these parameters. The results of the numerical simulations of the residual stresses and strains on the injection moulded parts are presented graphically and conclusions were drawn from them.

PL

Symulację procesu wtryskiwania kompozytu polipropylenu z włóknem szklanym przeprowadzono za pomocą specjalistycznego programu MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT ver. 4.1. Do badań przyjęto siedmioparametrowy model reologiczny Crossa - WLF. Do symulacji fazy docisku oraz w celu określenia naprężeń własnych i odkształcenia wyprasek jest niezbędna znajomość zależności pvT. W obliczeniach numerycznych wykorzystano równanie Taita. W pierwszym etapie symulacji zbudowano model bryłowy wypraski, który przeprowadzono za pomocą modułu Master Modeler Pakietu I- DEAS NX. Model obejmuje próbkę pomiarową do badań odporności na pękanie typu SENB i układ wlewowy. Następnie wprowadzono do programu warunki chłodzenia wypraski. W kolejnym kroku zamodelowano kształt geometryczny formy wtryskowej i nałożono siatkę MES. Kluczowym momentem w badaniach symulacyjnych jest wprowadzenie do symulatora danych opisujących właściwości przetwarzanego tworzywa. Dane te obejmują właściwości cieplne, reologiczne i mechaniczne wtryskiwanego kompozytu PP z 25% zawartością włókna szklanego. W kolejnym kroku wprowadzono do programu symulacyjnego (Moldflow Plastisc Insight ver. 4.1) warunki procesu wtryskiwania. Badania symulacyjne przeprowadzono, opierając się na sporządzonym programie badań. Program ten został opracowany z wykorzystaniem pakietu Statistica 6.0. Uwzględniono w nim zmienność czterech parametrów procesu wtryskiwania: ciśnienia docisku, temperatury wtryskiwania, prędkości wtryskiwania oraz temperatury formy. Symulacje przeprowadzono dla skrajnych parametrów procesu wtryskiwania. Wyniki symulacji numerycznych naprężeń własnych i odkształceń wyprasek przedstawiono graficznie i sformułowano wnioski.

Słowa kluczowe

EN

injection molding process; polypropylene composite; simulation calculations; injection molding parameters; p-v-T relation; residual stress; strain injection moulded parts

PL

proces wtryskiwania; kompozyt polipropylenu; obliczenia symulacyjne; parametry wtryskiwania; zależność p-v-T; naprężenia własne; odkształcenia przetwórcze wyprasek

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 4
• Strony: 294--298
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kwiatkowski D.

autor

Gnatowski A.

autor

Nabiałek J.

• Czestochowa University of Technology, Department of Polymer Processing and Production Management, al. Armii Krajowej 19c, 42-201 Częstochowa, Poland,

Bibliografia

• [1] Koszkul J., Nabiałek J., Koszkul M., Symulacja wypełnienia gniazda formy wtryskowej z wykorzystaniem programu Moldflow Plastic Insight, praca zbiorowa pod red. J. Koszkula, Materiały polimerowe i ich przetwórstwo, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2000.
• [2] Parlevliet P.P., Bersee H.E.N., Beukers A., Residual stresses in thermoplastic composites - A study of the literature – Part II: Experimental techniques, Composites: Part A 2007, 38, 651-665.
• [3] Parlevliet P.P., Bersee H.E.N., Beukers A., Residual stresses in thermoplastic composites - A study of the literature – Part I: Formation of residual stresses, Composites: Part A 2006, 37, 1847-1857.
• [4] Osswald T.A., Turng L-S., Gramann P.J., Injection Molding Handbook, Carl Hanser Verlag, Munich 2008.
• [5] Rosato D.V., Rosato D.V., Rosato M.G., Injection Molding Handbook, Kluwer Academic Publishers 2000.
• [6] Pötsch G., Michaeli W., Injection Molding, An Introduction, Carl Hanser Verlag, Munich 2008.
• [7] Tucker L.Ch., Fundamentals of computer modeling for polymer processing, Carl Hanser Verlag, Munich-Vienna-New York 1989.
• [8] Wilczyński K., Reologia w przetwórstwie tworzyw sztucznych, WNT, Warszawa 2001.
• [9] Kowalska B., Skurcz wtryskowy a zależność pvT, Polimery 2007, 52, 4, 280-285.