Modelarea si simularea injectarii materialelor plastice

REFERENTI STIINTIFICI:

Prof.univ.emerit dr.ing. Vasile NASTASESCU
Academia Tehnica Militara „Ferdinand I” Bucuresti

Conf.univ.dr.ing. Doina BOAZU
Universitatea „Dunarea de Jos” din Galati

Motto:
„Stiinta este ceea ce am invatat despre cum sa ne protejam de a ne pacali pe noi insine.”

Richard P. Feynman

CUVANT INAINTE

Injectarea materialelor termoplastice este un prodeceu de fabricatie foarte productiv si eficient pentru obtinerea de repere cu forme si geometrii complexe in conditiile unor serii de fabricatie mari sau de masa. Dupa extrudere, injectarea este al doilea procedeu, din perspectiva cantitatilor de materiale polimerice prelucrate anual.

Principalul dezavantaj al prelucrarii prin injectare este costul ridicat al matritelor, fapt pentru care cercetatorii acorda o importanta deosebita modelarii si simularii procesului, in vederea proiectarii formei optimizate a reperelor si conceperii matritelor.

Modelarea si simularea procesului de injectare in matrita s-a impus de-a lungul ultimelor decenii deoarece asigura fabricarea rapida a reperelor din materiale termoplaste in conditii de rentabilitate si fiabilate, scaderea costurilor de productie, a consumului de materiale si a timpilor de lucru pe ciclu de fabricatie. Totodata modelarea si simularea procesului de injectare in matrita determina reducerea timpilor de fabricatie si livrare a matritelor, in acelasi timp cu cresterea fiabilitatii acestora, in final, conducand la fabricarea unor repere de calitate superioara, cu garantie sporita si eficienta in utilizare.

Un inginer cu experienta in domeniul injectarii poate corecta deficientele matritei in urma analizei imperfectiunilor reperelor obtinute, dar simularea, permite unui proiectant mai putin experimentat, prin folosirea instrumentelor de modelare si simulare numerica, predictia, diagnosticarea si rezolvarea problemelor inca din faza de proiectare a matritei.

Dupa o stradanie de mai bine de 10 ani, impreuna cu colegii mei am incercat sa punem la dispozitia inginerilor proiectanti, care sunt familiarizati cu procesul de injectare sau care doresc sa se specializeze in domeniul prelucrarii materialelor plastice, o carte care prezinta, intr-o forma unitara, principiile de baza ale injectarii materialelor plastice, modelele reologice specifice, precum si etapele modelarii si simularii numerice a procesului de injectare in matrita folsoind Autodesk Moldflow. Cartea, de asemenea, se constitue intr-un gid usor de folosit atat pentru cadrele didactice cat si pentru studenti, in procesul de predare-invatare la discipline legate de prelucarea materialelor plastice si proiectarea matritelor.

Catalin FETECAU

CUPRINS

1. PRINCIPIUL INJECTARII MATERIALELOR POLIMERICE
1.1. Generalitati 1
1.2. Principiul de realizare a operatiei. Bazele procesului 2
1.2.1. Dozarea 11
1.2.2. Plastifierea 11
1.2.3. Inchiderea matritei 16
1.2.4. Introducerea materialului termoplast sub presiune in matrita 17
1.2.5. Solidificarea si racirea topiturii 20
1.3. Parametrii de proces care se regleaza la masina de injectare 20
1.3.1. Faza de inchidere 21
1.3.2. Faza de avans a unitatii de injectare 24
1.3.3. Faza de injectare dinamica 25
1.3.4. Faza de mentinere 27
1.3.5. Faza de racire 28
1.3.6. Faza de dozare 30
1.3.7. Faza de decomprimare 32
1.3.8. Faza de retragere a unitatii de injectare 33
1.3.9. Faza de deschidere a matritei 34
1.3.10. Faza de eliminare sau de demulare de pe miezuri 35
1.3.11. Faza de retragere a eliminatoarelor sau retragerea demularii
de pe miezuri 36
1.3.12. Faza de pauza 37
1.4. Prelucrabilitatea unui material termoplast prin injectare in matrita 37
1.5. Importanta culegerii datelor pentru stabilirea specificatiilor produsului 41
1.6. De ce simularea procedeului de injectare? 47
Bibliografie 48

2. EVOLUTIA MODELARII SI SIMULARII PROCESULUI DE INJECTARE IN MATRITA A MATERIALELOR TERMOPLASTE
2.1. Introducere 51
2.2. Primele studii asupra procesului de simulare numerica a injectarii in matrita 51
2.3. Primele simulari cu rol comercial 52
2.4. Simularea incepand cu anii 1980 53
Bibliografie 62

3. ASPECTE PRIVIND MODELAREA SI SIMULAREA PROCESULUI DE INJECTARE CU AJUTORUL AUTODESK MOLDFLOW
3.1. Crearea sau deschiderea unui proiect 66
3.1.1. Crearea unui proiect 66
3.1.2. Deschiderea unui proiect 67
3.2. Importarea modelului 3D 68
3.2.1. Pregatirea modelului 3D 69
3.3. Discretizarea modelului 3D 71
3.3.1. Tipuri de elemente finite utilizate de Autodesk Moldflow 71
3.3.2. Tipuri de discretizari utilizate de Autodesk Moldflow 71
3.3.3. Alegerea tipului de discretizare 72
3.3.4. Discretizarea modelului 3D 73
3.4. Procedee de prelucrare prin injectare 75
3.4.1. Co-injectarea, bi-injectarea 75
3.4.2. Formarea prin compresie 75
3.4.3. Injectare asistata de gaz 76
3.4.4. Injectarea microcelulara 76
3.4.5. Incapsularea microcipurilor 76
3.4.6. Injectarea cu cilindri de plastifiere multipli 77
3.4.7. Supra-injectarea 77
3.4.8. Injectarea cu publere 77
3.4.9. Injectarea reactiva 78
3.4.10. Injectarea cu spuma 78
3.5. Tipuri de secvente de analize rulate de Autodesk Moldflow 78
3.6. Alegerea procedeului de formare prin injectare 81
3.7. Procesele de formare si tipurile de tehnologii de analiza 82
3.8. Selectarea secventei de analiza 89
3.9. Alegerea materialului 90
3.9.1. Selectia unui material in Autodesk Moldflow 91
3.9.2. Cautarea unui material 93
3.9.3. Editarea proprietatilor materialului 94
3.9.4. Modelele reologice si diagrama pvT 95
3.10. Alegerea, pozitionarea si mutarea punctelor de injectare 95
3.11. Alegerea parametrilor de procesare pentru analiza 98
3.12. Inceperea analizei 98
3.13. Afisarea rezultatelor simularii 99
3.13.1. Crearea unui grafic al rezultatelor 99
3.13.2. Tipurile de rezultate 100
Bibliografie 108

4. MODELE REOLOGICE
4.1. Introducere 109
4.2. Modele reologice 112
4.2.1. Modelul Ostwald-de Waele 112
4.2.2. Modelul Steiger-Ory 114
4.2.3. Modelul Eyring-Prandtl-Ree 114
4.2.4. Modelul Cross 114
4.2.5. Modelul Carreau 115
4.2.6. Modelul Carreau-Yasuda 117
4.2.7. Modelul Krieger-Dougherty 117
4.2.8. Modelul Sisko 118
4.2.9. Modelul Ellis 118
4.2.10. Modelul Bingham 120
4.2.11. Modelul Casson 121
4.2.12. Modelul Herschel-Bulkley 121
4.2.13. Modelul Eyring 122
4.2.14. Modelul Cross-Exp 123
4.2.15. Modelul Cross-WLF 125
4.2.16. Modelul polinomial 126
4.2.17. Modelul Moldflow de ordinul 2 127
4.2.18. Modelul de viscozitate matricial 127
4.2.19. Modelul viscozitatii elongationale 128
4.3. Modele reologice pentru formarea reactiva 128
4.3.1. Modele de viscozitate pentru materiale incapsulante 130
4.4. Modele reologice pentru injectara micro-celulara 135
4.4.1. Predictia vitezei de nucleere a bulelor in procesul de injectare micro-celulara 135
4.4.2. Modelul de viscozitate pentru injectarea microcelulara 136
4.4.3. Modelul difuziei gazului pentru injectarea microcelulara cu gaz 136
4.4.4. Modelul solubilitatii gazului pentru injectarea microcelulara 137
4.5. Modelul reologic pentru fluidul de racire 137
4.6. Porozitatea si permeabilitatea „pre-pag-ului” 138
4.7. Diagrama presiune-volum-Temperatura (pvT) 138
Bibliografie 143

5. SIMULAREA PROCESULUI DE INJECTARE IN MATRITA A REPERULUI „EPRUVETA HALTERA”
5.1. Enunt 147
5.2. Rezultatele simularii procesului de injectare 182
5.3. Proiectarea 3D a matritei pentru injectarea reperului 189

Bibliografie 192