Formowanie wtryskowe

Co się dzieje

Wtryskarka z pionowym układem zamykania wtryskuje ABS do formy wtryskowej linijki o długości 300 mm, szerokości 30 mm i grubości 2 mm przez stożkowy wlew główny, kanał rozprowadzający i boczną przewężkę o grubości 1,2 mm, umieszczoną na dłuższej krawędzi linijki: pośrodku, w jednej trzeciej długości albo na końcu. Kanały są przedstawione jako sieć komórek: każda przepuszcza przepływ pełzający zgodnie ze swoją przewodnością hydrauliczną – w komórkach płaskich jako przepływ Hele-Shawa, w kanałach okrągłych jako przepływ Poiseuille’a – przy lepkości gorącego rdzenia, 180 Pa·s w temperaturze 240 °C. Od chwili, gdy stop dotknie stali, każda komórka stygnie wskutek przewodzenia ciepła w poprzek swojej grubości, a tworzywo ochłodzone poniżej temperatury zatrzymania płynięcia, 120 °C, staje się zestaloną warstwą przyścienną, która zwęża kanał. Ślimak przesuwa się z nastawioną prędkością, na ile pozwala ograniczenie ciśnienia; gdy gniazdo jest pełne, maszyna przez 4 s utrzymuje ciśnienie docisku, potem wypraska stygnie i zostaje wypchnięta z formy.

Przy prędkości ślimaka 30 mm/s i przewężce w jednej trzeciej oba czoła strumienia postępują razem, aż po 1,22 s wypełni się gałąź o długości 100 mm; potem cały przepływ przejmuje gałąź o długości 200 mm, a ciśnienie na końcu wypełniania wynosi 79,7 MPa wobec 39,0 MPa bez warstwy zestalonej. Przy przewężce pośrodku obie połowy wypełniają się jednocześnie, a ciśnienie na końcu wynosi 53,7 MPa. W funkcji prędkości ślimaka ciśnienie układa się w literę U: 67,5 MPa przy 25 mm/s, 53,4 MPa przy 35 mm/s, 87,8 MPa przy 80 mm/s. Przewężka zastyga 1,81 s po przejściu stopu, więc poniżej 20,3 mm/s linijki nie da się wypełnić: przy 20 mm/s wypełnianie zatrzymuje się na 95,3 %. Przy przewężce na końcu i ograniczeniu 40 MPa przewężka zastyga, gdy linijka jest wypełniona w 90,6 %; przy przewężce w jednej trzeciej i 30 MPa niewypełnione zostaje 4,7 % linijki. W formie o temperaturze 20 °C przewężka zastyga już po 1,50 s, a przy przewężce na końcu i 80 MPa wypełnianie zatrzymuje się na 98,2 %. Przy docisku 60 MPa aż do zastygnięcia przewężki linijka z przewężką pośrodku waży 18,48 g, a cała porcja wtryskowa 24,48 g; po 5 s chłodzenia jej najgorętszy rdzeń ma 76 °C, po 2 s – 105 °C i wypraska jest jeszcze za miękka, by ją wypchnąć; po ostygnięciu linijka mierzy 297,78 mm.

Model: stop newtonowski, którego rdzeń zachowuje temperaturę stopu; warstwa zestalona narasta jak w nieruchomym stopie (dokładne rozwiązanie przewodzenia ciepła w płycie, kanały okrągłe traktowane jak płyty o grubości równej ich średnicy), więc model myli się w stronę zbyt wczesnego zastygania, a wypełnianie zatrzymuje się dopiero wtedy, gdy za czołem strumienia zamknie się któryś kanał. Stop jest nieściśliwy, dopóki płynie; docisk wypełnia każdą otwartą komórkę do gęstości ρ(T)·(1 + p/K), K = 1,7 GPa, a skurcz po zastygnięciu przewężki jest pokazany jako izotropowy. RK4 z krokiem 1 ms; praca ślimaka równa się sumie dyssypacji lepkościowej i pracy docisku, a komórki zawierają dokładnie tę masę, którą wtłoczył ślimak.

Co wypróbować

Obserwuj, jak dwa czoła strumienia rozbiegają się od przewężki, a ciśnienie rośnie wraz z narastaniem zestalonej warstwy; potem przenieś przewężkę na koniec, obniż ograniczenie ciśnienia lub spowolnij ślimak, aż przewężka zastygnie, zanim linijka się wypełni.