Análise numérica de tensões induzidas pelo escoamento não isotérmico de um polímero no preenchimento de cavidades de paredes finas

Abstract

O processo de moldagem por injeção de peças de paredes finas apresenta diferenças significativas em relação a processos convencionais de moldagem por injeção de termoplásticos. Processos de paredes finas são caracterizados pelo preenchimento de cavidades com espessuras inferiores a 1 mm utilizando velocidades de preenchimento elevadas. Estes dois fatores afetam o desenvolvimento de tensões induzidas pelo escoamento durante o preenchimento da cavidade, sendo que não foram encontrados na literatura estudos de determinação de tensões induzidas pelo escoamento em cavidades de paredes finas. Neste trabalho são apresentados resultados de determinação de tensões induzidas pelo escoamento em cavidades de paredes finas em comparação com resultados de simulação com cavidades características de processos convencionais. Para o cálculo das tensões induzidas pelo escoamento foi utilizado o modelo incompressível de Leonov. Para isso foi desenvolvida uma metodologia numérica para tratar problemas não isotérmicos utilizando o pacote CFD OpenFOAM. Foi utilizada a abordagem não acoplada, ou seja, o comportamento viscoelástico não é considerado na obtenção dos campos de velocidade, pressão e temperatura. Esta metodologia foi utilizada na simulação do preenchimento de cavidades bidimensionais. Os resultados indicaram que as tensões são influenciadas fortemente pela espessura da cavidade enquanto a velocidade de escoamento causou pequena variação das tensões induzidas pelo escoamento. Este trabalho mostrou que as tensões induzidas pelo escoamento não podem ser desconsideradas na produção de peças moldadas por injeção pelo processo de paredes finas.

Thin wall injection molding process of thermoplastics has significant differences compared to conventional injection molding process. Thin wall processes are characterized by cavities thinner than 1 mm and very high injection velocities. Although these two factors are expected to increase the flow induced stresses development during cavities filling, no previous study on this subject has been found in literature. In the present work, flow induced stresses under thin wall injection molding conditions are calculated using a viscoelastic model and compared to the results obtained under conventional injection conditions. In order to do this, a numerical methodology, based on the solver viscoelasticInterFoam, was developed in the OpenFOAM package to deal with the non-isothermal flow occurring during the mold filling stage. A non-coupled approach was used to calculate the stress field, i.e., the viscoelastic behavior was not considered in the determination of velocity, pressure and temperature fields. This methodology was used in the analysis of the filling stage of two-dimensional cavities. The results indicated that the cavity thickness has more influence on the flow induced stresses than the injection velocity. The obtained results also indicate that the flow induced stresses cannot be neglected in thin wall injection molding processes.