Lepsze wyniki PLM dzięki wykorzystaniu analizy wtrysku podczas wdrażania wyrobów z tworzyw sztucznych

Tworzywa sztuczne można spotkać w każdym aspekcie naszego życia codziennego, poczynając od elektroniki i motoryzacji, a kończąc na branży medycznej. Jednakże, wraz ze wzrostem popularności elementów z tworzyw sztucznych, wzrosły także wymagania dotyczące ich wytrzymałości i trwałości oraz ograniczania wagi w celu spełnienia norm ekologicznych. Pierwszy znany, wytworzony przez człowieka materiał kompozytowy powstał już 6000 lat temu, kiedy to ludzie nauczyli się tworzyć bardziej wytrzymałe konstrukcje łącząc ze sobą glinę i słomę. Po upływie tysięcy lat ewolucji, podczas trwania II Wojny Światowej, stworzono tworzyw wzmacniane poprzez dodanie włókien szklanych do matrycy z plastiku. Dzisiaj, tworzywa wzmacniane są szeroko stosowane w wielu branżach, nierzadko zastępując elementy metalowe, ze względu na swoją niższą cenę i wagę.
Ograniczenie wagi detali możliwe jest również poprzez spienianie tworzyw sztucznych. Mieszając stopione tworzywo z gazem, możliwe jest uzyskanie porowatej struktury, co pozwala na znaczne ich znaczne ograniczenie wagi detali i minimalizację zużycia materiału.

Zarządzanie cyklem życia produktu stało się niezbędne podczas rozwoju nowych produktów obejmujących badania marketingowe, projektowanie, badanie i produkcję. Co ważniejsze, dokładna analiza przed faktyczną produkcją może przesądzić o sukcesie nowego produktu. Na przykład, analiza wtrysku detali zawiera w sobie zarówno symulacje procesu wtrysku, ale również analizę strukturalną. Tradycyjne symulacje CAE nie uwzględniają wpływu parametrów wtrysku na analizę strukturalną. Z drugiej strony, konstrukcja formy i parametry procesu determinują mikrostrukturę detali produkowanych z tworzyw spienianych lub tworzyw wzmacnianych włóknem. Dla przykładu, lokalizacja punktu wtrysku i szybkość wtrysku będą wpływać na rozkład i orientację włókien. Analogicznie, położenie punku wtrysku i wartość przeciwciśnienia będą wpływać na rozkład i gęstość porów w tworzywach spienianych. Jeżeli wymienione powyżej czynniki nie będą ujęte w rozważaniach nad wytrzymałością gotowego detalu, nie jest możliwe prawidłowe zarządzanie cyklem życia produktu.

Konstrukcja konformalnego układu chłodzenia przy użyciu BLM

Biorąc za przykład obudowę łożyska napędu CD-ROM-u (ilustracja 1); przeciwciśnienie na obu końcach produktu powinna być uwzględniona, aby poprawnie kontrolować wsuwanie i wysuwanie dysku. Wysokość pomiędzy A i B powinna nie przekraczać więcej niż 1mm (zobacz ilustracja 2); w przeciwnym wypadku może to spowodować uszkodzenie dysku. Przygotowano symulacje procesu wtrysku i analizy strukturalne z wykorzystaniem różnych czasów wtrysku, w celu zademonstrowania wpływu parametrów procesu na końcowy produkt. Ilustracja 3. pokazuje rozkład orientacji włókien uzyskany z programu Moldex3D, gdzie kolorem czerwonym oznaczono idealnie zorientowane włókna, a kolorem niebieskim wskazano włókna niezorientowane. Co więcej, uzyskane wyniki wskazują na to, że im niższy jest czas wtrysku, tym większy jest kąt orientacji włókien. W celu uzyskania tak dokładnych wyników analizy strukturalnej detalu pomocny może być moduł Moldex3D FEA.

  1. Informacja o siatce: odzwierciedlenie wyników analizy na poszczególnych rodzajach siatki pochodzących z różnego oprogramowania.
  2. Informacje o materiale: przeniesienie właściwości materiałowych uzyskanych z analizy Moldex3D do analizy strukturalnej.
  3. Informacja dotycząca orientacji włókien: przeniesienie niehomogenicznych mikro-strukturalnych właściwości do programu Digimat

Ilustracja 1. Zarządzanie cyklem życia produktu – obudowa łożyska napędu CD-ROM-u

Ilustracja 2. Warunki brzegowe narzucone na detal i ograniczenia wynikające ze specyfikacji produktu

Ilustracja 4 pokazuje wyniki analizy strukturalnej obudowy łożyska napędu CD-ROM-u w zależności od różnego czasu wtrysku. Wyniki sugerują, że czas wtrysku nie ma wpływu na jakość detalu. Sprawdzono, że detale z średnim (0,2s) i długim (1s) czasem wtrysku spełniają specyfikacje produktu. Jednakże, dla średniego czasu wtrysku detale mają najmniejsze naprężenia resztkowe, co sprawia, że jest są to najbardziej optymalne parametry wtrysku.

Koncepcja zarządzania cyklem życia produktu została zaimplementowana kilka lat temu i przyjęło ją wiele przedsiębiorstw. Jest bardzo istotne aby uwzględniać wpływ niejednorodności materiału na jakość i wytrzymałość końcowego produktu. Dzięki integracji programu Moldex3D i oprogramowania do analiz strukturalnych można uzyskać wyniki symulacji lepiej odwzorowujące zachowanie się detalu w rzeczywistości. Zwiększa to konkurencyjność końcowego produktu i skraca czas wprowadzenia go na rynek.

Ilustracja 3. Rozkład orientacji włókien z uwzględnieniem różnych czasów wypełniania

Ilustracja 4. Wyniki analizy strukturalnej z różnymi czasami wypełnienia