Все про моделювання впорскування пластику
Для того, щоб бути оптимізованим, вприскування пластичного матеріалу вимагає ретельних розрахунків. Вивчення напружень, що діють на матеріал, або реологія, дозволяє передбачити сильні та слабкі сторони полімерної деталі під час її фази проектування. Ронан Ле Гофф, відповідальний за Індустрію 4.0 в Індустріальному технічному центрі для пластмас та композитів (IPC), Армелле Чену, інженер CTI для пластмас та Ерік Паузе, менеджер з моделювання в CTI для пластмас, представляють виклики НДДКР у цьому секторі.
Галузь механіки, присвячена вивченню напружень і деформацій матеріалів, реологія займає важливе місце в пластиці. Настільки, що цей термін через зловживання мовою асоціюється із моделюванням процесу вливання пластику. Це займає головне місце у розробці продукції, а інструменти моделювання стали більш демократичними. Реологічна поведінка полімеру тепер більш відома. Моделювання враховує більше фізичних даних. Це краще розуміння поведінки матеріалу безпосередньо впливає на характеристики готової деталі та використовуваний спосіб виготовлення.
1. Ін’єкція
Формування пластикових деталей
Машина для лиття під тиском, що складається з блоку замикання та пластифікатора, формує деталі, розподіляючи під високим тиском розплавлений пластиковий матеріал у порожнини форми. Як тільки матеріал охолоне, форма відкривається, щоб звільнити деталь.
Флоран Роберт інфографіки для промисловості та технологій
На ринку представлено понад 5000 термопластичних посилань, і кожен полімер має різні технологічні властивості. Тому вони потребують відповідних налаштувань. Фундаментальною характеристикою, спільною для всіх термопластичних матеріалів, є їх неньютонівська поведінка: під час потоку в'язкість зменшується зі збільшенням швидкості зсуву. Потім просування фронту розплавленого матеріалу регулюється "ефектом фонтану". Матеріал у центрі товщини стінки витікає перед розплавом на стінках форми. Цей розплав раптово заморожується при контакті з формою, що створює значну різницю температур у матеріалі. Результат: розплавлений полімер швидше тече в центрі товщини і повільніше на поверхні відбитка.
"Ефект фонтану" ілюструє неньютонівську поведінку пластмас: матеріал у центрі потоку йде швидше, ніж розплав, розташований біля стінок.
Флоран Роберт інфографіки для промисловості та технологій
Термопласти також характеризуються своєю в’язкопружною природою, яка може безпосередньо впливати на кінцеві механічні властивості деталей. Дійсно, коли на ці матеріали накладається напруга, вони поводяться як пружні тверді речовини під час коротких напружень, і як рідини в протилежному випадку.
Час і температура - два фактори, що впливають на механічні напруження всередині деталі. З точки зору поведінки матеріалу, цікаво візуалізувати цикл вприскування, використовуючи його діаграму тиск-об'єм-температура (PVT).
При заповненні форми (АВ) сильне підвищення тиску зменшує масовий об’єм полімеру. Під час ущільнення (BC) матеріал підтримується під постійним тиском, а усадка, пов’язана з охолодженням, компенсується додаванням матеріалу. Від замерзання порога (CD) охолодження продовжується при постійному обсязі до досягнення температури навколишнього середовища (E). Тоді обмеження є найсильнішими.
Флоран Роберт інфографіки для промисловості та технологій
2. Моделювання
Розрахунок включається
Хороше відтворення термопластичної поведінки під час її формування за допомогою чисельної моделі покладається не тільки на якість даних матеріалу, але і на метод розв’язання рівнянь, що використовуються розв’язувачами для розрахунку фізичної поведінки. Для імітації процесу формування необхідно провести серію випробувань для вимірювання властивостей полімеру. Їх можна класифікувати на чотири категорії: реологічні, термічні, механічні та морфологічні. Матеріали прес-форми та вкладиші також повинні бути описані з їх термофізичними та механічними властивостями. Метод скінченних елементів найбільш часто використовується для розв'язування системи мультифізичних рівнянь, що складається з рівнянь, що стосуються теплопередачі динаміці рідин та механіки твердого тіла. Після того, як властивості матеріалу виміряні, вони застосовуються до установчих законів, реалізованих у вирішувачі.
Тоді для деталі потрібна сітка, яка, як правило, складається з кінцевих елементів. Існує кілька методів розрахунку. Таку на нейтральне волокно наносять на полімерну деталь, що має дуже високе відношення довжини потоку до товщини, тобто її товщина мала в порівнянні з іншими розмірами. Це можна спростити поверхнею, на якій залежать відповідні товщини. Перевага цього методу розрахунку - швидкість та придатність для дуже великих деталей. Іншим підходом до моделювання є режим тривимірного обчислення. Деталь моделюється тривимірною сіткою, яка дозволяє врахувати її складність, стираючи геометричні спрощення попереднього режиму. Вибір того чи іншого встановлюється користувачем програмного забезпечення з метою задоволення особливостей деталі та обмежень, накладених специфікаціями.
Оптимальне заповнення частини - це, перш за все, очікуваний результат реологічного дослідження. Вивчаючи потік полімеру в відбитку, можна визначити кількість необхідних точок ін'єкції та найкращі зони імплантації. Моделювання дозволить віртуально протестувати різні рішення та проаналізувати потоки. Критерії […]
Щоб прочитати всю цю статтю, ПІДПИСАТИСЯ