Komputerowe wspomaganie projektowania w przetwórstwie tworzyw sztucznych
W skrypcie przedstawiono wybrane zagadnienia komputerowego wspomagania projektowania w
przetwórstwie tworzyw sztucznych na podstawie zaawansowanych systemów CAD/CAE. Omówiono
zagadnienia modelowania przepływów tworzyw na podstawie narzędzi CFD (ang.
Computational Fluid Dynamics), czyli obliczeniowej mechaniki płynów, przy użyciu
systemu ANSYS-Polyflow.
Przedstawiono także zagadnienia modelowania dwóch podstawowych technik przetwórstwa
tworzyw – wtryskiwania i wytłaczania – na podstawie programu AUTODESK-Moldflow do
symulacji procesu wtryskiwania oraz programów GSEM i TSEM do symulacji procesu wytłaczania
jednoślimakowego i dwuślimakowego.
Skrypt jest przeznaczony dla studentów specjalizujących się w przetwórstwie tworzyw
sztucznych na wydziałach mechanicznych i chemicznych wyższych szkół technicznych oraz
doktorantów, nauczycieli akademickich i kadry inżynieryjno-technicznej w przemyśle.
PRZEDMOWA. 9
1. PODSTAWY REOLOGICZNE (Krzysztof Wilczyński) 11
1.1. Podstawy modelowania 11
1.2. Pojęcie lepkości 12
1.3. Ciecze newtonowskie i nienewtonowskie 14
1.4. Lepkość tworzyw polimerowych. 17
1.4.1. Wpływ temperatury na lepkość 19
1.4.2. Wpływ ciśnienia na lepkość. 21
1.5. Modele reologiczne 22
1.5.1. Ciecz newtonowska 22
1.5.2. Ciecze nienewtonowskie 22
1.5.2.1. Model Ostwalda-de Waele’a. 23
1.5.2.2. Model Birda-Carreau-Yasudy. 24
1.5.2.3. Model Kleina. 26
1.5.2.4. Model Muenstedta. 26
1.5.2.5. Model Crossa-WLF. 26
1.5.2.6. Model Binghama. 27
1.5.2.7. Model Herschela-Bulkleya 27
Literatura. 28
2. PROJEKTOWANIE PROCESÓW ŚLIMAKOWYCH PRZETWÓRSTWA TWORZYW. 29
2.1. Charakterystyka procesów wytłaczania i wtryskiwania (Krzysztof Wilczyński). 29
2.1.1. Proces wytłaczania 29
2.1.2. Proces wtryskiwania 35
2.2. Przepływ tworzywa w procesach ślimakowych (Krzysztof Wilczyński) 35
2.2.1. Podstawowe założenia 35
2.2.2. Przepływ newtonowski . 39
2.2.3. Przepływ nienewtonowski 43
2.2.4. Charakterystyka procesu wytłaczania . 44
2.3. Projektowanie ślimaków (Krzysztof Wilczyński) 47
2.3.1. Metodyka projektowania . 47
2.3.2. Podstawowe obliczenia . 50
2.3.2.1. Obliczenia reologiczne . 50
2.3.2.2. Obliczenia wytrzymałościowe . 51
2.3.2.3. Obliczenia cieplne 52
2.4. Programy projektowania . 52
2.4.1. Programy specjalizowane – Multi Screw System (Krzysztof Wilczyński). 54
2.4.1.1. GSEM 54
2.4.1.2. TSEM 69
2.4.2. Programy CFD – ANSYS Polyflow (Adrian Lewandowski). 74
2.4.2.1. Charakterystyka programu . 74
2.4.2.2. Metodyka modelowania 120
2.5. Projektowanie procesu wytłaczania ze wspomaganiem komputerowym 126
2.5.1. Modelowanie specjalizowane – Multi Screw System (Krzysztof Wilczyński). 126
2.5.1.1. Symulacje GSEM 127
2.5.1.2. Symulacje TSEM 145
2.5.2. Modelowanie ogólne CFD – ANSYS Polyflow (Krzysztof Wilczyński, Adrian
Lewandowski). 152
Literatura. 174
3. PROJEKTOWANIE GŁOWIC WYTŁACZARSKICH (Krzysztof Wilczyński) 176
3.1. Głowice wytłaczarskie. 176
3.2. Przepływ tworzywa w głowicach wytłaczarskich 177
3.2.1. Podstawowe założenia 177
3.2.2. Przepływ newtonowski . 180
3.2.3. Przepływ nienewtonowski. 183
3.2.4. Lepkość reprezentatywna. 184
3.2.5. Przykłady modelowania 186
3.2.5.1. Głowice o kołowym przekroju części formującej. 186
3.2.5.2. Głowice o płaskim przekroju części formującej. 186
3.2.5.3. Głowice o pierścieniowym kształcie części formującej 188
3.2.5.4. Głowice innego typu. 189
3.3. Projektowanie głowic. 194
3.3.1. Metodyka projektowania . 194
3.3.2. Podstawowe obliczenia . 197
3.3.2.1. Obliczenia reologiczne . 197
3.3.2.2. Obliczenia wytrzymałościowe . 198
3.3.2.3. Obliczenia cieplne 198
3.4. Programy projektowania . 198
3.5. Projektowanie głowic ze wspomaganiem komputerowym . 199
3.5.1. Modelowanie specjalizowane – Multi Screw System 199
3.5.2. Modelowanie ogólne CFD – ANSYS Polyflow 211
Literatura. 220
4. PROJEKTOWANIE FORM WTRYSKOWYCH. 221
4.1. Formy wtryskowe (Krzysztof Wilczyński) 221
4.2. Przepływ tworzywa w formach wtryskowych (Krzysztof Wilczyński). 224
4.2.1. Podstawowe założenia 224
4.2.2. Przepływ newtonowski 225
4.2.3. Przepływ nienewtonowski. 225
4.2.4. Lepkość reprezentatywna. 226
4.2.5. Czas chłodzenia 227
4.2.6. Przykłady modelowania. 228
4.2.6.1. Układ wlewowy 228
4.2.6.2. Przepływ w gnieździe formy. 230
4.3. Projektowanie form wtryskowych (Krzysztof Wilczyński). 233
4.3.1. Metodyka projektowania . 233
4.3.2. Podstawowe obliczenia . 236
4.3.2.1. Obliczenia reologiczne . 236
4.3.2.2. Obliczenia wytrzymałościowe . 237
4.3.2.3. Obliczenia cieplne 238
4.4. Programy projektowania – AUTODESK Moldflow (Krzysztof J. Wilczyński) 238
4.4.1. Charakterystyka programu. 238
4.4.1.1. Podstawy działania programu 240
4.4.1.2. Metodyka modelowania 242
4.4.1.3. Interfejs użytkownika 244
4.4.2. Metoda elementów skończonych. 250
4.4.2.1. Charakterystyka metody elementów skończonych. 250
4.4.2.2. Rodzaje siatek elementów skończonych. 252
4.4.3. Techniki wtryskiwania. 257
4.4.3.1. Wtryskiwanie konwencjonalne tworzyw termoplastycznych. 259
4.4.3.2. Obtryskiwanie tworzyw termoplastycznych 261
4.4.3.3. Wtryskiwanie dwukomponentowe 262
4.4.3.4. Wtryskiwanie wspomagane gazem 264
4.4.3.5. Wtryskiwanie reaktywne. 266
4.4.4.6. Inne techniki wtryskiwania. 269
4.5. Projektowanie form ze wspomaganiem komputerowym (Krzysztof J. Wilczyński). 271
4.5.1. Założenia konstrukcyjne 271
4.5.1.1. Model geometryczny wypraski. 272
4.5.1.2. Geometria formy wtryskowej. 274
4.5.2. Nakładanie siatki elementów skończonych. 275
4.5.2.1. Metodyka nakładania siatki 2,5D 276
4.5.2.2. Błędy siatki 2,5D. 278
4.5.2.3. Metodyka nakładania siatki 3D. 283
4.5.2.4. Błędy siatki 3D 285
4.5.3. Budowa układu wlewowego 287
4.5.3.1. Położenie punktu wtrysku. 288
4.5.3.2. Układ gniazd formujących 289
4.5.3.3. Kanały doprowadzające 290
4.5.4. Budowa układu chłodzenia 293
4.5.5. Geometria formy wtryskowej 296
4.5.6. Organizacja zadania obliczeniowego. 297
4.5.6.1. Charakterystyka tworzywa 297
4.5.6.2. Typ analizy 300
4.5.6.3. Parametry procesu. 302
4.5.7. Interpretacja wyników 303
4.5.7.1. Analiza przepływu. 305
4.5.7.2. Analiza chłodzenia 309
4.5.7.3. Analiza deformacji 311
Literatura. 313
5. OPTYMALIZACJA PROCESÓW PRZETWÓRSTWA TWORZYW (Andrzej Nastaj) 314
5.1. Optymalizacja – pojęcia podstawowe 314
5.2. Metody optymalizacji. 315
5.2.1. Metoda statystyczna. 315
5.2.1.1. Charakterystyka metody 315
5.2.1.2. Procedura optymalizacji 317
5.2.1.3. Przykład optymalizacji 318
5.2.2. Metoda sieci neuronowych 321
5.2.2.1. Charakterystyka metody 321
5.2.2.2. Procedura optymalizacji 324
5.2.2.3. Przykład optymalizacji 325
5.2.3. Metoda algorytmów genetycznych 327
5.2.3.1. Charakterystyka metody 327
5.2.3.2. Procedura optymalizacji 329
5.2.3.3. Program GASEO. 330
5.2.3.4. Przykład optymalizacji 336
Literatura. 340
340 stron, oprawa miękka
