| | |Menu główne

Symulacje zróżnicowanego chłodzenia w formie wtryskowej bez użycia modelu formy wtryskowej – Biuletyn Moldflow 01/2019

Wstęp

Wtryskiwanie tworzyw sztucznych jest technologią umożliwiającą wyprodukowanie detali z tworzyw sztucznych o powtarzalnych kształtach i właściwościach. Wadą jest to, że procesy w nim przebiegające cechują się dużą złożonością i zależą od wielu czynników. Jednym z tych czynników jest chłodzenie formy wtryskowej, tj. geometria kanałów chłodzących oraz temperatura cieczy chłodzącej płynącej przez te kanały.

Aby przewidzieć zachowanie się tworzywa w stanie płynnym oraz po jego zestaleniu, możliwe jest wykorzystanie symulacji numerycznych z wykorzystaniem oprogramowania Autodesk Moldflow. Program umożliwia również uwzględnienie chłodzenia formy wtryskowej, jednak w przypadku dużej liczby obwodów chłodzących i złożoności układu chłodzenia przygotowanie takiej analizy wymaga poświęcenia znaczącej ilości czasu. Czasu, którego na wstępnym etapie projektu jest mało.

Z pomocą przychodzi tutaj możliwość bezpośredniej definicji rozkładu temperatury na powierzchni gniazda formującego. Metoda ta pozwala przede wszystkim:

  • Sprawdzić wpływ zróżnicowanego chłodzenia na deformację detalu – w szczególności podjąć próbę optymalizacji deformacji bez konieczności zmiany geometrii układu chłodzenia. Jest to o tyle istotne, że dzięki temu narzędziu uzyskamy odpowiedź, czy w ogóle istnieje szansa poprawy deformacji wykorzystaną metodą (nie będziemy wiedzieć, jaki układ chłodzenia nam to zapewni, ale będziemy wiedzieć, czy rozwiązanie w ogóle jest możliwe)
  • Sprawdzić wpływ lokalnego podgrzania formy wtryskowej na płynięcie – dzięki temu nie ma konieczności symulowania złożonego procesu RHCM (Rapid Heat Cycle Molding) na wstępnym etapie w celu oceny czy wdrożenie technologii będzie korzystne z punktu widzenia produkcji detalu.

Przygotowanie modelu

W tej części zostanie omówiony sposób definiowania temperatury na powierzchni detalu. Do prezentacji wykorzystano element obudowy, który ma naturalną tendencję do deformacji, gdy punkt wtrysku jest umiejscowiony centralnie (Rys.1)

Rys. 1 Analizowany model

W celu ustawienia lokalnej temperatury należy najpierw przygotować siatkę bryły. Następnie można przystąpić do definiowania temperatury, poprzez wybranie interesujących nas elementów znajdujących się na powierzchni bryły. W tym celu warto wykorzystać narzędzie znajdujące się w zakładce Mesh, pozwalające na wybieranie tylko elementów na powierzchni (Rys. 2).

Rys. 2 Narzędzie do wybierania elementów na powierzchni

Rys. 3 Obszar o lokalnie zdefiniowanej temperaturze

W analizowanym przypadku wybrano kwadratowy obszar od widocznej strony wypraski (Rys. 3). Następnie klikając prawym przyciskiem myszy należy wybrać opcję Properties. Pojawi się menu przedstawione na Rys. 4, gdzie należy wybrać, czy chcemy temperaturę ustawioną bazowo w analizie, stałą (ustaloną lokalnie) czy też profil. Istotne jest żeby odznaczyć opcję „Apply to all entities that share this properties”. W przeciwnym razie dane ustawienie zostanie przypisane do wszystkich elementów bryły. 

Rys. 4 Ustalanie temperatury na powierzchni gniazda

Opcja definicji profilu jest niezbędna jeżeli próbowalibyśmy „przybliżyć” technologię RHCM. W przypadku wprowadzenia profilu możliwe jest jego podejrzenie w postaci krzywej  (Rys. 5)

Rys. 5 Definicja profilu temperaturowego

Analiza problemu

W artykule zaprezentowano wpływ zróżnicowanego chłodzenia na wielkość deformacji wypraski. Analiza obejmowała: brak zróżnicowania temperatury na powierzchni oraz podniesienie lokalnej temperatury na powierzchni o 2.5, 5 oraz 10oC Rys. 6a-6d. Na tej podstawie widać jednoznacznie, że zastosowanie zróżnicowanej temperatury umożliwia wklęśnięcie górnej powierzchni wypraski.

Rys. 6a Analiza deformacji wypraski przy braku zróżnicowania temperatury na powierzchni gniazda formującego

Rys. 6b Analiza deformacji wypraski przy podniesieniu temperatury na powierzchni gniazda formującego (górna powierzchnia) o 2,5oC

Rys. 6c Analiza deformacji wypraski przy podniesieniu temperatury na powierzchni gniazda formującego (górna powierzchnia) o 5oC

Rys. 6d Analiza deformacji wypraski przy podniesieniu temperatury na powierzchni gniazda formującego (górna powierzchnia) o 10oC

W celu dokładniejszej analizy deformacji skorzystano z funkcji przekroju, gdzie kolejne wyniki zostały ułożone w takiej samej kolejności poniżej (Rys.7). Na ich podstawie widać, że niewielka zmiana temperatury (zaledwie 2.5oC) powoduje przegięcie powierzchni płaskiej w drugą stronę. Inną istotną informacją jest to, że niewielka fluktuacja temperatury spowoduje wyraźną zmianę kształtu. Oznacza to, że zwiększenie sztywności konstrukcji wypraski byłoby korzystne z punktu widzenia produkcji wyprasek o stabilnym kształcie.

Rys. 7 Przekrój wypraski przy zastosowaniu różnej temperatury na górnej powierzchni wypraski.

Podsumowanie

W niniejszym biuletynie zaprezentowano możliwość uwzględnienia zróżnicowanej temperatury na powierzchni gniazda bez modelowania formy wtryskowej. Pozwala ona na szybkie sprawdzenie zastosowania tego rozwiązania w przypadku minimalizacji deformacji oraz zwiększenia długości drogi płynięcia. Zaletą tego postępowania jest to, że nie wymaga ono dodatkowego modyfikowania układu chłodzenia oraz poświęcania czasu na generowanie siatki. Nie ma również konieczności ponownego generowania siatki formy wtryskowej, co dodatkowo redukuje czas przygotowania analiz.

Opracował: mgr inż. Przemysław Poszwa

Zamknij