Odkształcenia wyprasek wtryskowych

W przypadku tworzyw krystalicznych duży wpływ na przebieg procesu zestalania się tworzywa mają spadki ciśnień, które zależą od grubości ścianki. Przy ściance o większej grubości jak przedstawiono na rysunku 2 w prawym górnym rogu odkształcenia skurczowe są równomierne bez wypaczeń, przepływ jest stabilniejszy, występuje niska anizotropia skurczu. Docisk jest bardziej skuteczny ze względu na to, iż rdzeń pozostaje dłużej płynny.

Stosowanie wyprasek o dużej grubości ścianki prowadzi jednak do zwiększenia jej masy, czasu trwania cyklu wtryskiwania i w efekcie do wzrostu kosztu przedmiotu. Dlatego dąży się do minimalizowania grubości wyprasek. Odrębnym problemem jest przetwórstwo tworzyw kompozytowych w ramach ich recyklingu. Tutaj pogrubianie ścianek wyprasek jest często korzystne, a nawet konieczne.

Symulację odkształceń wyprasek o małej grubości ścianki pokazano na rysunku 2 w lewym dolnym rogu i w prawym dolnym rogu. Zmniejszenie grubości ścianki powoduje zmianę deformacji wypraski wywołaną w dużej mierze większymi spadkami ciśnienia. Deformacje są większe i praktycznie niemożliwe do przewidzenia bez wspomagania numerycznego.

Wypraska o zwiększonej grubości dna na rysunku 2 w prawym dolnym rogu również wykazuje duże deformacje, lecz ich kierunek się jest przeciwny do sytuacji przedstawionej na rysunku 2 w lewym dolnym rogu. Wykorzystując oba te zjawiska, można uzyskać optymalną kombinację grubości ścianek, dla której odkształcenia są minimalne. Odpowiednio zoptymalizowana wypraska nie powinna stwarzać problemów w późniejszym przetwórstwie, czy montażu.

Kolejnymi, częstymi i ważnymi elementami wyprasek, które wpływają na odkształcenia są żebra usztywniające. Ich geometria i miejsce usytuowania nie mogą być przypadkowe i widać je na rysunku poniżej.

Dzięki pracy w systemie Moldflow możliwe jest zoptymalizowanie wybranych warunków brzegowych analizy, w tym takie parametry jak temperatury uplastycznienia tworzywa, temperatury formy i ciśnienia wtrysku, a także lokalizacji punktu wtrysku.

Po przeprowadzeniu analizy z zastosowaniem optymalnych wartości parametrów procesu, uzyskano wyniki rozkładów: temperatury lokalnej, spadku ciśnienia tworzywa, czasu wypełnienia oraz kierunków rozpływu materiału w gnieździe formującym, a także ostatecznej prognozy jakości wypraski.

Analizując wyniki symulacji MES procesu wtryskiwania danych modeli ze szczególnym uwzględnieniem skurczu wytworu, stwierdzono że największy wpływ na deformację ma ciśnienie i temperatura tworzywa w formie. Widać to na poniższym rysunku.

Geometrię MCAD zmodyfikowano poprzez podniesienie żebra lub żeber („odklejenie” od dna) zlokalizowanych w płaszczyźnie symetrii przedmiotu, po czym powtórzono obliczenia. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, iż po korekcji geometrii zjawisko skurczu znacznie zmniejszyło się.

Przeprowadzono szereg obliczeń MES, na podstawie których otrzymano dane umożliwiające prognozowanie odkształceń wyprasek wtryskowych typu C. Przeprowadzono dyskusję na temat wpływu założonego kształtu modelu 3D na rodzaj technologicznego skurczu wypraski. Stwierdzono, że w wyniku zaproponowanych modyfikacji geometrii zjawisko skurczu zmienia swój charakter, a odkształcenia wypraski mogą, w porównaniu z modelem pierwotnym dać oczekiwane, pozytywne efekty.

Autorzy: Wojciech Śliwa, Joachim Zimniak, Adam Budzyński, Michał Bachan, Grzegorz Kazimierczak, pracownicy Wydziału Mechanicznego Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy i firmy GM System z Wrocławia.