La simulazione con Moldex3D tiene conto della situazione all’interno dell’unità di iniezione (barile e ugello)
Tim Chou, ingegnere presso la divisione R&D di sviluppo prodotto in CoreTech System (Moldex3D)
L'accuratezza della simulazione dello stampaggio dipende fortemente dalle condizioni di input. Nelle simulazioni, normalmente vengono analizzati solo i comportamenti all'interno della cavità dello stampo senza la considerazione dell'unità di iniezione (Fig. 1).
Nel processo di iniezione, il materiale viene compresso dalla vite, quindi scorre dalla canna, dall'ugello e alla fine entra nella cavità. L'intero processo era semplificato come portata ideale all'ingresso.
Tuttavia, questo approccio ignora i cambiamenti della proprietà del materiale che si sono verificati all'interno della canna e dell'ugello, che influenzeranno la realtà della portata, della temperatura e della viscosità all'ingresso.
Pertanto, inizialmente esistono differenze nelle condizioni di processo tra simulazione e realtà.
Per eliminare questo divario, poter simulare il processo all’interno del sistema di iniezione è molto importante.
Fig. 1 L'unità di iniezione [1]
Nella simulazione tradizionale, la forza della vite imposta alla fusione viene semplificata considerando solo la portata.
Per considerare in modo completo i comportamenti dinamici che la compressione della vite ha sulla fusione della plastica, dobbiamo inserire la simulazione del sistema di iniezione nel complesso del processo di analisi.
In base alla proprietà PVT e alla compressione simulata, la densità del materiale cambia sotto la pressione all'interno sistema di iniezione e può essere descritta come segue [2]:
In questa formulazione, ρ è la densità, V è il volume specifico ub è la velocità, dsi è l'area, e dt è il delta tempo.
Durante il processo in cui il materiale viene compresso nella cavità dalla vite, il materiale viene sollecitato, il suo volume specifico diventa più piccolo e la portata del volume diminuisce gradualmente.
Inoltre, quando la fusione scorre attraverso l'ugello, viene riscaldata da un intenso riscaldamento dovuto alla forza di taglio.
Come mostrato nella fig. 2, il materiale è aumentato da 190 °C a 195 °C durante il flusso attraverso l'ugello. Una maggiore distribuzione della temperatura può essere osservata anche sulla parete interna dell'ugello.
Il materiale all'estremità posteriore della canna è a una distanza più lunga dall'ingresso, quindi sarà più influenzato dall’effetto di riscaldamento.
Di conseguenza, quando la fusione con una temperatura più elevata scorre in avanti, la temperatura del materiale che entra dall'ugello nella cavità diventerà ancora più alta (Fig. 3).
Se non consideriamo questo impatto nel sistema di iniezione, si verificheranno, ovviamente, forti differenze tra simulazione e realtà.
Fig. 2 La distribuzione della temperatura della canna e dell'ugello
Fig. 3 La distribuzione della temperatura dell'ugello con il tempo
Attraverso Moldex3D, gli utenti possono simulare i comportamenti reali della fusione che viene compressa all'interno della canna attraverso la modellazione della zona dell'ugello.
Con questa tecnologia, possiamo simulare come la compressione nella canna influisce sul volume specifico del materiale e sulla pressione di iniezione.
Come mostrato nella fig. 4, la portata alla punta della vite è inferiore alla portata vicino all'ugello.
Migliore è la comprimibilità del materiale, più evidente è la differenza di portata tra le due posizioni.
I dati accurati sulla portata aiuteranno a migliorare i problemi che sia il tempo di riempimento della cavità stimato sia il fissare l'interruttore VP nella simulazione.
Come mostrato nella Fig. 5, la differenza di pressione tra la punta della vite e l'ugello è di circa 5MPa.
Senza considerare la canna e l'ugello, questa pressione 5MPa non sarebbe visualizzata e la pressione di iniezione simulata sarebbe inferiore alla realtà.
Fig. 4 Le variazioni di portata causate dalla compressione del barile
Fig. 5 La pressione di ingresso e la pressione di iniezione
Il breve confronto tra simulazione e esperimento è mostrato nella fig. 6, in cui possiamo vedere una buona coerenza tra simulazione e esperimento sotto tre diverse posizioni.
Il confronto della pressione di iniezione è mostrato nella Fig. 7, il valore di picco della pressione sperimentale e simulata è di 846 Bar e 845 Bar, mostrando un'elevata consistenza tra i due casi.
In questo caso, il punto si switch a controllo pressione viene impostato nel momento in cui la cavità è quasi riempita, il che è proprio prima che sia troppo tardi che la pressione aumenti bruscamente ed è adatta per verificare l'accuratezza della simulazione.
Nella fig. 7 (b), possiamo vedere il momento dell'interruttore VP, la pressione di iniezione simulata non aumenta rapidamente, il che significa che prima non riempiva completamente la cavità nella simulazione.
Il valore è anche vicino al valore sperimentale, dimostrando che il flusso del materiale nella canna e nell'ugello influenzerà notevolmente i comportamenti nello stampo.
Fig. 6 Il confronto tra mancato riempimento (short shot) sperimentale e simulato
Fig. 7 I raffronti tra la pressione di iniezione e (a) il tempo e b) la zona della vite
Per garantire l'accuratezza della simulazione di stampaggio, dobbiamo ridurre al minimo la differenza delle condizioni tra la realtà e la simulazione.
Come illustrato in questo articolo, la simulazione considerando il sistema di iniezione nel suo complesso può aiutarci a raggiungere una portata e una temperatura del materiale più realistiche, migliorare la coerenza della simulazione con la realtà e produrre i prodotti ottimizzati.
Riferimento
[1] Reinhard Fechter, et al. INFLUENZA DEI PARAMETRI MATERIALI", IPC 2019 – Madison, WI, USA 15 marzo. [2] Metodo di simulazione implementato al computer per il processo di stampaggio a iniezione Numero di brevetto: US16/587,858