Injection moulding simulation using OpenFOAM®

Abstract

The injection moulding process is one of the most important technique for the production of plastic parts, in which competition has been pushing the industry to increase parts quality at the lowest possible cost. For that it is necessary to use simulation programs, but the dissemination of these tools by the industry faces two major difficulties: the cost of commercial software licenses and/or the lack of knowledge to use these tools properly. The cost limitation can be overcome by using open-source modelling software, such as the solvers implemented in OpenFOAM® computational library. The motivation of this work is then focused on validating a solver developed for simulating the injection moulding process in OpenFOAM®. Simulations were performed in openInjMoldSim solver and in the commercial software, widely used by industry, Moldex3D®. For the simulations, three meshes were generated starting with a coarse mesh and ending with a more refined mesh. After the meshes were generated, the same boundary and initial conditions were defined in both programs. To validate the solver, the results of the melt flow front, temperature, velocity and pressure obtained by the simulations were analysed and compared. With the realization of this project, it was possible to create a methodology to compare the commercial software, Moldex3D®, with the openInjMoldSim solver. Through the analysis and comparisons made, the results of openInjMoldSim indicated that they converged to the results of commercial software. However, in order to be sure that the results converged, it is necessary to further refine the meshes until they are converged. With the obtained results it was not possible to validate the solver openInjMoldSim, but the accomplishment of this work allowed to be one step closer to the main objective.

O processo de moldação por injeção é uma das técnicas mais importantes para a produção de peças plásticas, em que a concorrência tem vindo a obrigar a indústria a aumentar a qualidade das peças com o menor custo possível. Para isso é necessário recorrer a programas de simulação, mas a disseminação deste tipo de ferramentas enfrenta duas grandes dificuldades: o custo das licenças dos softwares comerciais e/ou a falta de conhecimento para utilizar estas ferramentas adequadamente. O custo das licenças pode ser ultrapassado utilizando softwares de modelação open-source, como é o caso de solvers implementados na biblioteca computacional OpenFOAM®. A motivação deste trabalho focou-se na validação de um solver desenvolvido para a simulação do processo de injeção em OpenFOAM®. Para isso foram realizadas simulações no solver openInjMoldSim e no software comercial, muito utilizado pela indústria, Moldex3D®. Para a realização das simulações foram geradas três malhas, iniciando por uma malha mais grosseira e terminando com uma malha mais refinada. Depois de geradas as malhas foram definidas as mesmas condições de fronteira e iniciais em ambos os programas. Para validar o solver, os resultados da frente de fluxo, temperatura, velocidade e pressão obtidos pelas simulações foram analisados e comparados. Com a realização deste projeto foi possível criar uma metodologia para comparar o software comercial com o solver openInjMoldSim. Pela análises e comparações realizadas os resultados do openInjMoldSim indicavam convergir para os resultados do software comercial. Contudo, para ter a certeza que os resultados convergem, é necessário refinar mais as malhas até obter malhas convergidas. Com os resultados obtidos ainda não foi possível validar o solver openInjMoldSim, mas a realização deste trabalho permitiu estar um passo mais próximo do objetivo principal.