Plastics_5_2021

СПЕЦТЕМА/ ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОТРАСЛИ П Л А С Т И К С № 5 ( 2 1 1 ) 2 0 2 1 w w w . p l a s t i c s . r u 34 теплопроводности расплава в направле- нии течения (она учитывается только в на- правлении толщины стенки) и допускает- ся, что в направлении течения действует только конвективный теплоперенос. Термопластичные материалы облада- ют вязкоупругими свойствами в распла- ве и твердом состоянии. Вязкоупругость (эластичность) расплавов может учиты- ваться в моделях процесса заполнения, реализованных в CAE-системах, с ис- пользованием реологических уравнений состояния. Для термопластов с высокой эластичностью расплавов значительно возрастают потери давления на стадии заполнения, особенно при течении в сходящихся каналах. Обычно для воз- можности учета вязкоупругости в CAE- расчетах требуется отдельная лицензия. Вязкоупругие свойства термопластов зависят от молекулярной структуры по- лимера (молекулярно-массового рас- пределения), а также от состава литьевой композиции (наполнителей и добавок), поэтому они значительно изменяются от марки к марке даже в пределах одного ряда материалов, выпускаемых конкрет- ным изготовителем. Типовые значения для вязкоупругих свойств термопластов, которые содержатся в некоторых базах данных, далеки от реальности. Эластичность расплавов термо- пластов определяет разбухание струи расплава при входе фронта потока из впускного литникового канала в оформ- ляющую полость и, таким образом, яв- ляется одним из явлений, влияющих на процессы перестройки течения на входе в оформляющую полость: от сдвигового течения в литниковом канале к начально- му струйному течению в оформляющей полости и далее (с момента полного контакта потока со стенками канала) к сдвиговому течению в оформляющей полости. Отсутствие полного контакта с оформляющей поверхностью формы приводит к продолжению струйного те- чения (происходит струйное заполнение обширной части оформляющей полости) или неустойчивому течению у фронта потока (неустойчивому фонтанному те- чению) [4]. Проблема математического моделирования этих сложных явлений в настоящее время относится к сфере на- учных исследований и дискуссий. Хотя в цифровых моделях стадии заполнения некоторых CAE-систем для 3D-течения уже предусмотрены возможности учета отдельных аспектов струйного заполне- ния, они скорее характеризуют направ- ление развития инженерных расчетов, нежели являются инструментом для прак- тического применения. При получении более «реалистичных» уравнений состояния термопластичного материала часто возрастает стоимость экспериментального определения его технологических характеристик, входя- щих в уравнение состояния, что негатив- но влияет на экономическую эффектив- ность инженерных расчетов. Структурная неоднородность К основным направлениям совершен- ствования цифровых моделей стадий литья под давлением относится прогно- зирование неравномерности структуры литьевого изделия и ее зависимости от особенностей термопластичного мате- риала и технологиче- ского режима. Большие успе- хи достигнуты в моделировании процессов разру- шения, неравно- мерной концентра- ции и ориентации жестких волокни- стых наполнителей: стеклянного, угле- родного, арамидного волокон и других (ко- ротких или длинных). Однако корректное п р о г н о з и р о в а н и е кристаллизации (для кристаллизующихся термопластов) остает- ся серьезной проблемой ввиду ее высокой сложности. Не только условия процесса заполне- ния влияют на структурообразование, но и структурообразование оказывает влия- ние на стадию заполнения. Например, изменение ориентации волокнистого наполнителя под действием течения рас- плава в свою очередь влияет на процесс растекания расплава в оформляющей полости, но для его корректного моде- лирования необходимо использовать особые модели эффективной вязкости, учитывающие ее анизотропию. Течение расплава способствует кристаллизации (увеличивается степень кристаллично- сти), изменяет морфологию кристалли- ческих образований и может влиять на другие характеристики кристаллической структуры, однако и кристаллизация в начальной стадии влияет на течение, по- скольку повышает эффективную вязкость расплава. Эксплуатационные свойства Изменение конструкции изделия и литьевой формы или технологического режима литья под давлением значитель- но изменяет эксплуатационные харак- теристики термопластов в изделиях по сравнению с аналогичными характери- стиками полученных при стандартных испытаниях образцов. Однако современ- ные CAE-системы позволяют прогнози- ровать лишь отдельные эксплуатацион- ные свойства термопластов. Например, можно рассчитать модули упругости в изделии, которое получают из материа- ла, содержащего жесткий волокнистый