Evaluación de sensibilidad del modelo Cross WLF sobre la etapa de llenado en moldes de inyección

Abstract

Abstract The development of computational tools has allowed to advance in the tool and part design and establish suitable process parameter to enhance cost effectiveness and answers in real time. The polymers are non-newtonian fluids that have non-lineal behavior depending on temperatures and shear rates that are exposed. According to this, the Cross WLF model has been one of the most important the simulation software’s have used to approximate the mold filling behavior for thermoplastic materials. In this research it will be study in depth how the simulation package Sigmasoft Virtual Molding solves the Navier-Stokes equations for the mold filling stage. Subsequently, it will make a comparative analysis between filling models 2.5D and 3D, forecasting through discretization, the optimal operation point according to pattern geometries that injection molding parts have with the material PC Makrolon 2805. There, it was obtained that, from eight elements in wall thickness, the results converge and have high congruency with the real measurements of previous researchers. Then, sensitivity analysis is performed to figure out the impact that each term of model equation has, based on own raw material characterization of PP Purell HP371P from LyondeBassell and a real and virtual process design of experiments (DoE). As a result: A set of fit equations were performed to get minor difference of simulation and reality in between. The main conclusion was that the terms A1, n, D1 and D2 have sensibility for results of pressure, temperature and viscosity, are suitable for a fir equation and figure out thermal impact with the non-dimensional parameters (n and D1) to correct the Cross WLF model, that didn’t happen for the transition shear stress (D4) and the pressure dependency (D3)

El desarrollo de herramientas computacionales ha permitido avanzar con creces en el diseño de piezas y moldes y establecer parámetros de proceso idóneos para lograr efectividad en costos y respuestas en tiempo real. Los polímeros son fluidos no newtonianos que tienen comportamiento no lineal dependiendo de temperaturas y tasas de corte a las que están expuestos. Conforme a esto, el modelo Cross WLF, ha sido uno de los más usados por los softwares de simulación para aproximar el comportamiento de llenado de moldes de materiales termoplásticos. En la presente investigación se estudiará a profundidad cómo un paquete de simulación resuelve las ecuaciones de Navier-Stokes para la fase de llenado de moldes con el software Sigmasoft Virtual Molding. Posteriormente, se hará un análisis comparativo entre modelos de llenado 2.5D y 3D, descifrando a través de la discretización, el punto óptimo de operación con base a geometrías patrón presentes en las piezas de inyección con el material PC Makrolon 2805. Allí se obtuvo que, a partir de ocho elementos en el espesor de pared, los resultados convergen y tienen alta congruencia con mediciones de investigadores previos. Finalmente, se realiza un análisis de sensibilidad con base a la caracterización de laboratorio propia del material PP Purell HP371P de LyondeBassell para establecer el impacto que tiene cada término de la ecuación del modelo con base a un diseño de experimentos de proceso real y computacional (DoE), lo que permitió al final establecer ecuaciones de ajuste para obtener menor brecha entre los datos medidos y la simulación. La conclusión general fue que los términos A1, n, D1 y D2 tienen sensibilidad para resultados de presión, temperatura y viscosidad, encajan en una ecuación de ajuste y determinan un efecto térmico junto a los factores adimensionales (n y D1) para corrección del modelo Cross WLF, situación que no sucedió para los efectos del esfuerzo de corte de transición (D4) y la dependencia de presión (D3).