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.

Spis treści

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

Informacje o bezpieczeństwie produktu Informacje o producencie