Weryfikacja doświadczalna modelowania wybranych zjawisk występujących w procesie wtryskiwania tworzyw termoplastycznych

• Autorzy: Nabiałek J.

Warianty tytułu

EN

Experimental validation of modeling of selected phenomena in thermoplastics injection molding process

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy 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 video 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 Zerodur®, który charakteryzuje się współczynnikiem rozszerzalności cieplnej bliskim zeru. Do rejestracji przepływu zastosowano cyfrową kamerę wideo. Kamera ta umożliwiła rejestrację przepływów z szybkością 25 fps. Ograniczyło to zakres badań, gdyż przy dużych prędkościach przepływu tworzywa obraz rejestrowany stawał się mało czytelny. Sekwencje video zarejestrowane podczas badań poddano obróbce cyfrowej w celu wnikliwej ich analizy. Do badań symulacyjnych zastosowano profesjonalny program komputerowy Autodesk Moldflow Insight 2013. Wyniki badań umożliwiły udokumentowanie specyficznych zjawisk zachodzących w procesie wtryskiwania tworzyw polimerowych i ich kompozytów. Porównano zarejestrowane sekwencje video 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 oraz przepływ strumieniowy. Otrzymane wyniki badań są na tyle zachęcające, iż skłoniły autora do kontynuacji tego typu eksperymentów.

EN

The paper presents chosen results of investigations on polymer flow during mould cavity filling phase of 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 production stage. Deep understanding of the phenomena which occur during filling the injection mould may lead to more effective design of the processing tools and shortening of the time for implementation and production time. The results of computer simulations of injection process have been compared with the results of video recording for the plastic flow during 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 phenomena inside the mould cavity in two planes. The transparent sight-glasses have been used, made of a material called Zerodur® which is characterized by the coefficient of thermal expansion close to zero. To record the flow, a digital video camera has been employed. The camera enabled to register the flows with the rate of 25fps. 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 a professional computer software Autodesk Moldflow Insight 2013 has been employed. The results of the investigations enabled documenting of specific phenomena which occur during plastics or their composites injection process. The registered video sequences have been compared with the results of numerical calculations and then it was estimated to what degree the computer simulation of 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 the rectangular obstacle of the plastic stream and jetting have been described. The obtained results of the investigations are so encouraging that they made the author continue such experiments.

Słowa kluczowe

PL

wtryskiwanie; tworzywo termoplastyczne; polimer; kompozyt; forma wtryskowa; przepływ tworzywa; przetwórstwo tworzyw

EN

injection moulding; thermoplastics; polymer; composite; injection mould; polymer flow; polymer processing

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników
• Czasopismo: Przetwórstwo Tworzyw
• Rocznik: 2013
• Tom: [R.] 19, nr 3 (153)
• Strony: 235--238
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Nabiałek J.

• Politechnika Częstochowska, Zakład Przetwórstwa Polimerów

Bibliografia

• [1] H. Yokoi, S. Takematsu: Visualization of Burning Phenomena during Cavity Filling Process. PPS 18.
• [2] S.Y. Yang, S.C. Nian, I.C. Sun: Flow Visualization of Filling Process during Micro-Injection Molding. International Polymer Processing. Hanser Verlag. XVII 2002
• [3] A. Banasiak, T. Sterzynski: „The assessment of flow in the injection’s mould of polymer with plate filler as marker”. Polimery 49, Issue 6, p. 442-448 (in Polish)
• [4] A. Banasiak, A. Bledzki, T. Sterzynski: „Flow lines visualization by injection molding of a model system PE + talc”. PPS Athens 2003, Proceedings, 93
• [5] S. Hasegawa, H. Yokoi, Y. Murata: Dynamic Visualization of Cavity Filling Process in Ultra-high Speed and Thin Wall Injection Molding. PPS 2003.
• [6] www.schott.com/lithotec
• [7] J. Nabiałek, J. Koszkul: The influence of input data on the results of injection molding process simulation, 13-th International Scientific Conference AMME’2005, Gliwice, 2005, p.455-458.
• [8] J. Koszkul, J. Nabiałek: The Influence of Viscosity Model on the Results of Injection Molding Process Simulation. 9-th International Scientific Conference AMME’2000, Gliwice-Sopot-Gdańsk, 2000, p.311-314.
• [9] K. Lee, M.R. Mackley: The significance of slip in matching polyethylene processing data with numerical simulation, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, vol. 94, no. 2-3, 2000, p. 159-177.
• [10] Y.K. Shen, S.T. Huang, C.J. Chen, S. Yu: Study on flow visualization of flip chip encapsulation process for numerical simulation, International Communications in Heat and Mass Transfer, vol. 33, no. 2, 2006, p. 151-157.
• [11] A. Özdemir, O. Uluer, A. Güldas: Flow front advancement of molten thermoplastic materials during filling stage of a mold cavity, Polymer Testing, vol. 23, no. 8, 2004, p. 957-966.
• [12] R. Pantani: Validation of a model to predict birefringence in injection Molding, European Polymer Journal, vol. 41, no. 7, 2005, p. 1484-1492.
• [13] K. Wilczyński: CADMOULD-3D - computer modeling of polymers injection process - simulation of filling stage. Polymers, vol. 44, no. 6, 1999, p.407-412 (in Polish).
• [14] P. Kennedy: Flow Analysis of Injection Molds, Hanser-Gardner 1995.
• [15] G.V. Gordon, M.T. Shaw: Computer Programs for Reologist, Hanser Publishers, Munich Vienna New York. 1994.