Optimalizace designu dílu a formy podpor Moldex3D

Optimalizace designu dílu a formy podpor Moldex3D

V době, kdy jsou kladen stále vyšší nároky na kvalitu, termíny a cenu konstrukcí forem pro vstřikování plastů, s Minimem času na samotnou konstrukci, je třeba již ve fázi designu dílu Sky nejpozdeji ve fázi konstrukce formy pečlivě prověřit, zda v sobě neskrývá problémy pro výrobu dílů zpracovatelské technologií vstřikování plastů.

Tečení taveniny v dutině formy je komplikované a u dílu s proměnnými tloušťkami stěn lze jen ztěží odhadnout, zda bude dutina formy správně doplněna (viz. obr.1, 2) a kde mohou vzniknout vady v díle. Navíc designéři plastových dílů často nemají znalosti technologie vstřikování plastů ani plastových materiálů a netuší, jaké komplikace způsobují navrženým komplexním designem dílu konstruktérům forem a lisovnám. Požadavky na tolerance výsledných výlisků jsou velmi striktní a v případě, že nejsou dodavatelem dodrženy, nastává časově i finančně náročná fáze „ladění formy“, aby bylo požadované kvality dosaženo. Někdy je efektivita výroby zbytečně snižována používáním chladících přípravků pro díly, které se po vyjmutí z formy deformují. Daleko dříve než nastane tato situace lze předcházet mnoha problémům vypracováním simulace vstřikování a odpovídající úpravou designu dílu či formy.

Moldex3D je simulační software, který představuje špičku CAE produktů pro průmysl vstřikování plastů. Vyniká nejlepší 3D technologií založenou na objemové hybridní síti a vysoce výkonné metodě konečných objemů (HPFVM). Umožňuje tak analyzovat nejen optimálně navrhnuté díly s rovnoměrnou tloušťkou stěny, ale i díly s extrémní změnou tloušťky stěny a díly s velmi komplikovanou geometrií. S využitím všech dostupných fyzikálních rovnic přináší Moldex3D plastikářskému průmyslu rychlé, spolehlivé a přesné výsledky simulací. Jako jediný na trhu nabízí 3D simulaci celé soustavy formy včetně vtokové soustavy, chladící soustavy, zálisků, vložek ve formě i celé formy.


Obr. 1,2: Predikce vzniku nedostřiku (short shot) pomocí simulace v software Moldex3D a porovnání s reálným výliskem.

Ačkoliv Moldex3D umožňuje provádět simulaci i ve 2.5 D, soutřeďují se vývojáři firmy CoreTech (autor software) hlavně na zlepšování jeho 3D technologií. To umožňuje zahrnout do výpočtů i 3D efekty, které hrají při vstřikování svou důležitou roli, jako např. fontánový tok, rohový efekt, prostorovou orientaci plniva, vznik asymetrie teplotního pole ve vtokové soustavě, prostorové teplotní pole ve formě apod. Díky podchycení těchto 3D efektů simulace umožňuje spolehlivě predikovat plnění dutiny formy, přehřívání materiálu při toku vtokovou soustavou a dutinou formy, optimalizovat pozice a dimenze vtoků, predikovat nedostřiky, vznik studených spojů a místa s uzavíráním vzduchu, vyhodnotit design chlazení, minimalizovat cyklus, správně určit výsledné deformace, apod.
Moduly software Moldex3D pro „pokročilou“ analýzu nabízejí simulaci technologie RIM, vstřikování se zálisky, vícekomponentní vstřikování, kaskádové vstřikování, vstřikování s použitím plynu a technologie enkapsulace mikročipů. Je také možné předpovědět optické vady dílů z transparentních materiálů (dvojlomný obrazec), simulovat časově závislé teplotní pole (moderní technologie Rapid Heat and Cool) nebo získat kvalitní výstupy do softwarů pro pevnostní analýzy.
.
Kvalita tohoto programu je založena na jeho vysoce kvalitním síťování, při kterém je zejména nutné zajistit dobrou rozlišovací schopnost 3D sítě přes tloušťku stěny dílu. Kromě čtyřstěnů jsou pro plnoobjemové sítě používány také šestistěny, prizmatické hranoly a jehlanové elementy. Kombinací těchto typů elementů je možné vytvářet hybridní sítě, které přesně reprodukují původní geometrii a přitom umožňují rychlé přechody k lokálnímu zjemňování sítí (to je důležité např. v povrchové vrstvě blízko stěny formy, kde je tavenina vysoce smykově namáhána) – viz. obr.3.


Obr. 3: Zobrazení automaticky generované 3D hybridní sítě modelu dílu v řezu, síť je zjemněna v povrchové vrstvě (kombinace elementů – čtyřstěn, jehlan a prizmatický hranol)

Nástroj příští generace Moldex3D/eDesign
Moldex3D/eDesign navíc překonává předsudky, které ještě někdy panují o zpracování simulací tečení plastů plně ve 3D – totiž, že příprava sítě je časově náročná (zvláště pro komplikovanější geometrie dílů) a je třeba dobré uživatelské zdatnosti při její přípravě. Tento software nabízí na našem trhu unikátní, velmi jednoduché řešení – automaticky vygenerovanou plnoobjemovou síť přímo z 3D CAD modelu dílu bez nutnosti opravy kvality takto vygenerované sítě – viz. obr.3. To je velká výhoda z hlediska úspory času (a tím nákladů) a také umožňuje jednoduché ovládání simulací i začínajícími uživateli.


Obr. 4: Postup při zpracování analýzy v softwaru Moldex3D/eDesign: z objemového modelu dílu je automaticky generována plnoobjemová síť dílu, která slouží jako vstup pro zadání analýzy. 


Taktéž argumentace poukazující na časovou náročnost výpočtu ve 3D v dnešní době výkonné a cenově dostupné kvalitní výpočetní techniky již ztrácí svou váhu. Navíc díky rychlému řešiči a paralelním výpočtům pro všechny fáze vstřikovacího procesu, které nabízí Moldex3D jako jediný na trhu, umožňuje v relativně krátkém čase získat potřebná data pro optimalizaci designu dílu, formy nebo zpracovatelského procesu.

Spolehlivost výsledků simulací pomocí softwaru Moldex3D dokumentuje i obr.5, který zobrazuje porovnání částečného nástřiku dutiny formy pro LCD panel a výsledků simulace tečení. Vzhledem k nestejnoměrným tlouťkám stěn dílu dochází ve střední oblasti ke zpomalení toku, které může způsobovat uzavírání vzduchu ve stěně, v extrémním případě až zamrznutí toku ve stěně dílu. Částečný nástřik velmi dobře korespoduje s výsledkem ze simulace tečení. Vzhledem k problematickému plnění byly navrženy úpravy v designu dutiny formy (zrovnoměrnění tlouštěk stěn), pomocí nichž bylo možné problematické efekty odstranit.

Obr. 5: Ukázka výsledků simulace a částečného nástřiku dílu - LCD panel – a) před a b) po úpravě formy (především tloušťky stěn dutiny formy) pomocí simulace v Moldexu3D.


V praxi nelze bez pomoci spolehlivého simulačního softwaru založeného na 3D technologii odhadnout některé zpracovatelské problémy, které mohou při výrobě nastat, či správně předpovědět výslednou deformaci dílu. Zvláště v době ekonomické krize a všeobecné snahy o úsporu nákladů je třeba si uvědomit, že nejefektivněji lze šetřit náklady předcházením problémů. Proto je třeba zpracovat simulaci vstřikování již ve velmi rané fázi vývoje produktu, a to nejlépe již při vývoji designu dílu, nejpozději však při konstrukci formy, ještě předtím, než je forma vyrobena a provedeny její první zkoušky.

  • autor:
  • Ing. Zdeňka Růžičková, PhD, SimulPlast s.r.o.
  • SimulPlast s.r.o.

    SimulPlast s.r.o.

    Poradenství . Snižujeme náklady simulací procesu vstřikování , moldflow analýzy, materiálové poradenství. Prodej simulačního software Moldex3D . Školení, semináře z oblasti vstřikování plastů.

Fotografie



Mohlo by vás také zajímat