2021/07/13
Optymalizacja projektu wyrobów z tworzyw sztucznych
Symulacja moldflow, analiza wtrysku czy analiza wypełniania to ogólne określenia możliwości jakie oferuje oprogramowanie Moldex3D czy inne systemy tego typu tj. Autodesk Moldflow Insight, Autodesk Moldflow Advisor czy Cadmould. Podobnie jak określenie „analiza moldflow” inne z nich, wymienione w pierwszym zdaniu tego akapitu, definiują tylko ogólne pojęcie dotyczące szerokiej tematyki związanej z optymalizacją projektów w branży przetwórstwa tworzyw sztucznych za pomocą takiego oprogramowania jak Moldex3D.
Gdy rozmawiamy na temat symulacji wtrysku, najczęściej myślimy o wstępnej analizie wypełniania gniazda formującego, która z jednej strony pokazuje nam niewielki obszar całego projektu, a z drugiej nie daje nam nic poza kilkoma kolorowymi obrazkami lub animacjami wypełniania formy wtryskowej. Rzetelne wykorzystanie takiego oprogramowania jak Moldex3D jest wieloetapowym procesem optymalizacji całego systemu na który składają się – detal, forma, proces oraz maszyna.
Poniżej przedstawiamy przykładowy schemat realizacji całego projektu optymalizacji, który uwzględnia kilka etapów prowadzących do pełnego zrozumienia przyczyn ewentualnych problemów z jakością detalu i daje możliwość ich eliminacji już na etapie projektu samego wyrobu lub formy wtryskowej.
Jak powinien wyglądać optymalny schemat symulacji wtrysku? Przeprowadzając taki projekt powinniśmy podzielić go na kilka etapów, które ułożą nam pracę w jedną logiczną całość, a na samym początku pozwolą nam wstępnie określić priorytety całej analizy.
Definicja rodzaju projektu
W pierwszej kolejności powinniśmy określić czy zakres przeprowadzanej symulacji wtrysku dotyczy tylko detalu, czy całej formy wtryskowej. Czy jesteśmy na etapie konstrukcji produktu, czy konstrukcji i budowy formy wtryskowej. Zakres i plan przeprowadzanych analiz będzie zależny od etapu danego projektu.
W sytuacji gdy mamy tylko i wyłącznie projekt wyrobu skupimy się głównie nad aspektami dotyczącymi samego wyrobu: optymalizacji geometrii detalu pod kątem aspektów wizualnych: wciągi, zamykanie powietrza, defekty wizualne i deformacje wynikające z nierównomiernej grubości ścianki, dobór punktów wtrysku w aspekcie orientacji włókien, czy równomierności wypełnienia gniazda formującego. Na etapie konstrukcji formy będziemy pracowali nad zbalansowaniem wypełnienia gniazd formujących, optymalizacją parametrów procesu wtrysku czy nad optymalizacją układu chłodzenia.
Najważniejszą sprawą bez względu na jakim etapie projektu jesteśmy jest określenie z jakim rodzajem detalu mamy do czynienia, gdyż od tego zależy, pod jakim kątem ocenami i interpretujemy wyniki każdej z analiz. Rozróżniamy głównie 3 następujące rodzaje detali:
- detale wizualne
- detale techniczne z tworzyw nie wzmocnionych włóknem szklanym
- detale techniczne wzmocnione włóknem szklanym
Optymalizacja geometrii wyrobu
Pierwszy z etapów praktycznej oceny zaprojektowanego wyrobu oraz jego optymalizacji, gdzie niezależnie od dobranego punktu wtrysku możemy wyeliminować typowe problemy związane z konstrukcją wyrobów z tworzyw sztucznych. Bazując na analizie wypełniania oraz dopakowania możemy zweryfikować grubości ścianek, rozkład temperatury w przekroju wypraski, zdiagnozować gdzie pojawią się wciągi i jak kształt detalu będzie miał wpływ na deformacje i czas cyklu. Bardzo łatwo będzie można określić czy grubości ścian detalu będą powodowały niepożądany efekt zawahania strugi lub inne wady wynikające z konstrukcji wyrobu.
Definicja punktu wtrysku
Bez względu na to jaki dobraliśmy punktu wtrysku w czasie etapu weryfikacji optymalizacji geometrii wyrobu, warto jest przeprowadzić etap definicji położenia punktu wtrysku mając na uwadze takie zagadnienia jak:
- równomierność wypełnienia gniazda formującego w celu jednorodnego rozkładu ciśnienia docisku w gnieździe formującym
- orientacja włókien na długości wypraski w celu przewidywania deformacji wyrobu
- określenie skurczu wzdłużnego i poprzecznego względem orientacji włókien
Jest to etap bardzo ważny, gdyż w sumie decyduje o powodzeniu projektu. Finalnie dobierając punkt wtrysku decydujemy o wartości skurczu.
Optymalizacja układu doprowadzenia tworzywa oraz procesu wtrysku
Mając wybrany punkt wtrysku, zdefiniowany skurcz należy poddać analizie układ doprowadzenia tworzywa pod kątem spadku ciśnienia wtrysku który jest generowany ze względu na długości kanałów doprowadzających, ich średnic oraz całkowitej ilości gniazd formujących. Ocenie należy także poddać geometrię przewężki, jej rozmiary, które mają wpływ na takie parametry jak czas zastygania przewężki, możliwość powstawania zjawiska „jettingu” czy śladu punktu wtrysku na wizualnej stronie detalu.
Geometria układu doprowadzenia tworzywa oraz charakterystyka detalu (gabaryty, średnia grubość ścianki, rodzaj tworzywa) determinują parametry procesu wtrysku tj. maksymalne ciśnienie wtrysku, ciśnienie docisku, siła zamknięcia formy, które można zweryfikować i optymalizować na tym etapie optymalizacji projektu wyrobów z tworzyw sztucznych.