Сотрудники CompMechLab® НИУ СПбГПУ выполнили конечно-элементные исследования специализированных технологий литья пластмасс под давлением: литьё со вставкой и двухкомпонентное последовательное литье
Сотрудники CompMechLab® НИУ СПбГПУ выполнили исследования специализированных технология литья пластмасс под давлением:
Литье со вставкой (Insert Molding) – специальная технология литья пластмасс под давлением, когда в формующую полость литьевой формы устанавливается вставка из металла или других материалов, после выполнения цикла литья становящаяся частью изделия. Литье со вставкой широко применяется в различных областях промышленности, так как позволяет существенно экономить на процессе сборки деталей и широко использовать автоматизированные комплексы, работающие без участия человека.
Moldex3D позволяет проводить моделирование технологического процесса литься со вставкой без каких-либо ограничений. Для этого создан отдельный модуль MCM (Multi Component Molding). Продемонстрируем возможности этого модуля на простом примере.
Для моделирования процесса литья под давлением необходимо задать параметры литниковой системы,пресс формы и системы каналов охлаждения. При литье со вставкой на этом этапе необходимо подгрузить файл со вставкой, придав детали соответствующий атрибут «Part insert».
На рис. 1 серым цветом обозначена формующая полость (проливаемая деталь), красным –вставка.
Рис. 1. Формующая полость и вставка
На рис. 2. Показана тестовая система литниковых каналов и каналов охлаждения.
Рис. 2. Конфигурация системы литниковых каналов и каналов системы охлаждения
Получив конечно-элементную сетку всех элементов, проект передается в Moldex3D Project, где настраивается моделируемый технологический процесс литья и выполняется анализ (Заполнение,Выдержка под давлением, Охлаждение, Коробление).
После проведения расчета (порядка 1 часа времени, зависит от характеристик компьютера), становится доступно для анализа большое количество характеристик и всевозможных полей распределений.
Например,интересно поле времени заполнения фронтом расплава формообразующей полости (рис. 3).
Рис. 3. Время заполнения фронта расплава
Более наглядно заполнение пресс формы можно представить в виде анимации (рис. 4):
Рис. 4. Анимация процесса впрыска
Можно получить температуру фронта расплава в разных частях детали (рис. 5). Видим, что в наиболее сложных для заполнения местах температура фронта падает с 250 градусов до 200 и даже ниже.
Рис. 5. Температура фронта расплава
Похожую картину демонстрирует поле скорости слоя застывания (рис. 6): в труднодоступных местах фронт застывает сразу после заполнения. То есть имеет смысл задуматься об увеличении температуры впрыска или замене материала на более текучий (например, снизить плотность волокна).
Рис. 6. Скорость слоя застывания
Интересен анализ системы охлаждения (рис. 7).
Очевидно, что каналы охлаждения расположены не оптимально: два из четырех каналов практически не работают (вклад 2% и 7%, что практически не влияет на общую картину процесса охлаждения).
Рис. 7. Эффективность каналов охлаждения
Для анализа эффективности использования волокна в материале полезным будет результирующе перемещение во время процесса коробления, вызванное ориентацией волокон (рис. 8).
Рис. 8. Перемещение, обусловленное ориентацией волокон
Moldex3D позволяет получить еще несколько десятков полей распределений, графиков и диаграмм для подробного анализа результатов моделирования процесса литья со вставкой. Это дает возможность получить максимально полную картину итоговых свойств изделия, внести важные корректировки в конфигурацию систем литниковых каналов и каналов охлаждения или в параметры процесса, что позволит избежать дефектов, улучшить эксплуатационные свойства,снизить стоимость производства.
Двухкомпонентное последовательное литье (Sequential molding, multi-compound molding) – специальная технология литья, основанная на последовательной проливке элементов детали из различных полимеров.Последовательное литье по своей сути похоже на литье со вставкой, только здесь в качестве вставки выступает отлитая на первом этапе процесса полимерная деталь.
Moldex3D позволяет моделировать процесс двухкомпонентного последовательного литья с помощью модуля MCM. В качестве примера рассмотрим процесс литья тестовой детали, состоящей из двух частей (рис. 1)
Рис. 1. Тестовая модель
Интересно сравнение результатов моделирования литья одного и того же изделия методом двухкомпонентного последовательного литья и по технологии литья со вставкой. То есть в первом случае вставка рассматривается как результат проливки (учитывается, например, технологическая температура вставки после ее охлаждения).
Moldex3D позволяет оценить температуру расплава к каждой точке изделия на протяжении всего процесса охлаждения детали. Интересна температура внутри изделия, поэтому для построения полей распределения температуры выберем произвольное сечение (рис. 2).
Рис. 2. Исследуемое сечение изделия
Сопоставим поля распределения температуры по изделию в фиксированные моменты времени процесса охлаждения. В левом столбце – результаты, полученные по технологии литья со вставкой, в правом – с учетом предварительной проливки вставки (двухкомпонентное последовательное литье).
| Охлаждение, 0.025 с |
|
 |
 |
| Охлаждение, 0.075 с |
|
 |
 |
| Охлаждение, 1.370 с |
|
 |
 |
| Охлаждение, 3.910 с |
|
 |
 |
| Охлаждение, 12.280 с |
|
 |
 |
| Охлаждение, окончание процесса |
|
 |
 |
Как видно из приведенных выше полей распределения температуры, процесс охлаждения в рассматриваемых двух случаях протекает совершенно по-разному. Отличие в начальной температуре вставки оказывает очень серьезное влияние, особенно на начальном этапе процесса охлаждения.
Картина итогового распределения температуры серьезно отличается. Несмотря на то, что в абсолютных величинах отличия не существенные (десятые градуса), принципиальное отличие в распределении температуры имеется.
Другие новости на сайте FEA.ru по теме: