První část článku Digitální prototyp
v čísle 17, příloha Technologie zpracování
plastů, jsme uzavřeli možnostmi
pevnostní analýzy vstřikovaného dílu
pomocí konečně prvkového softwaru
Autodesk Algor. Tato část digitálního
prototypu zahrnovala technický design
vstřikovaného dílu a jeho analýzy. Další
část digitálního prototypu se týká vytvoření
sestavy vstřikovací formy a následných
analýz.
Pro vytvoření sestavy vstřikovací
formy (obr. 1) použijeme CAD systém
AutoCAD Inventor Tooling. Je
to CAD systém speciálně vytvořený
pro konstrukci vstřikovací formy.
Umožňuje určení dělicí roviny pomocí
siluety a následné odečtení dílce
s vygenerováním tvárníku a tvárnice,
včetně kompenzace smrštění polymeru.
Kromě hlavní dělicí roviny lze
vytvářet také pomocné dělicí roviny
a tvárníky pro jejich doformování
(obr. 2). AutoCAD Inventor Tooling obsahuje
plnou Moldflow databázi 8000
polymerů a jejich gradů. V současné
době je konstrukce vstřikovací formy
do rozměru cca 1000x1000x1000 mm
tvořena stavebnicově pomocí unifikovaných
rámů a prvků pro vedení,
odformování, chlazení a studených
i horkých vtokových systémů. Tyto
stavebnicové prvky konstruktér formy
vkládá do sestavy z knihoven normálií.
V AutoCAD Inventor Tooling
jsou k dispozici knihovny většiny výrobců
těchto normálií. Dále můžeme
jednoduše vytvořit studené vtokové
kanály a chladicí systém. Sestava je
samozřejmě parametrická a změna
na vstřikovaném díle se promítne
do sestavy formy, pokud nevytváří
kolizní stav.
Optimalizac e chlazení
Jestliže máme vytvořenu sestavu
vstřikovací formy, můžeme začít
analyzovat technologickou kvalitu
formy. Jako příklad uvedeme analýzu
chladicího systému a vliv polohy
chladicích kanálů a chladicích prvků
na teplotní pole dutiny vstřikovací
formy. Homogenita teplotního pole
a tedy velikost teplotních rozdílů má
významný vliv na následnou deformaci
plastového dílu. Na obr. 3 jsou
zobrazeny tři různé chladicí soustavy.
První nejjednodušší je tvořena
dvěma chladicími kanály z každé
strany. Druhá je tvořena vrtanými
chladicími kanály z vtokové strany
a chladicími věžemi ze strany vyhazovačů.
Třetí konformní chladicí
soustava je vyrobena technologií Direct
Metal Laser Sintering. Tato metoda
umožňuje pomocí laserového spékání
ocelových prášků vyrobit v tvarové
části formy téměř libovolný tvar chladících
okruhů, výborně kopírující dutinu
i v malých detailech. Zajistí se tak dokonalý
odvod tepla. Čas cyklu se zkrátí
až o 50 % a teplota dutiny formy se sníží
v exponovaných místech o +10 – 20 °C,
stejně jako se sníží se rozdíl objemů
v chladnoucím polymeru a tím také deformace
dílu. (obr. 4)
Analýzu chlazení můžeme provést
pomocí Autodesk Moldflow Adviser
nebo hloubkovou analýzu pomocí Autodesk
Modflow Insight. Podle použitého
typu sítě konečných prvků můžeme
sledovat teplotní pole povrchu dutiny
formy (Dual Domain) nebo teplotní
pole v libovolném řezu formou (3D tetrahedrální
síť).
Optimalizaci pomocí konformního chlazení
jsme schopni provést ve spolupráci
s firmou Innomia (www.innomia.cz),
která používá k výrobě tvarových vložek
formy metodu Direct Metal Laser
Sintering.
Deformac e zástřiků jak
kovových, tak plastových
vlivem tlaku taveniny
v d utině
V této části jsme pokročili k pevnostní
analýze vstřikovací formy a zástřiků.
Autodesk Moldflow Insight umožňuje
také výpočet deformace zastřikovaných
dílů jak plastových, tak
kovových, vznikajících působením
tlaku a dotlaku taveniny v dutině formy
(obr. 6). Obzvlášť vhodné jsou pro elektrotechnické
a elektronické součástky
kde jsou zastříknuty vodivé dráhy apod.
Na základě těchto výpočtů může být
optimalizován vtokový systém a vstřikovací
parametry tak, aby deformace
byla minimální (obr. 5).
Deformace tvarových
částí formy vlivem tlaku
polymerní taveniny
v dutině
V Autodesk Moldflow Insight je také
možno analyzovat namáhání tvarových
částí forem působením tlaku a dotlaku
taveniny na exponované díly v sestavě
dutiny formy (obr. 7). Výpočet se provádí
přímo v AMI modulu. Jsme schopni
optimalizovat jak vtokovou soustavu
a vstřikovací parametry, tak také
design dílu nebo tvarové části formy.
Kromě deformace tvaru můžeme také
spočítat VonMisesovo napětí a hlavně
změnu tloušťky stěny vstřikovaného
dílu vlivem deformace tvarové části
formy.
Deformace rámu
vstřikovac í formy
Pro kvalitu vstřikovaného dílu a hlavně
pro vznik přetoků v dělicí rovině
je důležité, aby se vstřikovací forma
nedeformovala. Vstřikovací forma je
namáhána uzavírací silou desek vstřikovacího
stroje míjivým zatížením
ve stovkách a tisících kN. Dále je forma
namáhána vnitřním tlakem taveniny,
zejména ve fázi dotlaku a také tepelně,
neboť v průběhu vstřikovacího cyklu
povrch dutiny zahřejeme na teplotu
taveniny řádově 200-300 °C a pak ji
ochladíme na teplotu v desítkách °C,
při standardním vstřikovacím procesu.
Na obr. 8 je zobrazena deformace vstřikovací
formy vlivem působení tlaku taveniny
v dutinách formy. Průběh tlaku
v cyklu spočítáme v Autodesk Moldflow
Insigh a tyto hodnoty potom přeneseme
do Autodesk Algor, kde opět
metodou konečných prvků provedeme
analýzu deformace formy. Deformace
ve středu formy je v tomto
případě 0,04 mm. Jak známo, polymerní
tavenina zatéká do spáry 0,02
mm. Při této deformaci by tedy nutně
docházelo ke vzniku přetoků. Musíme
tedy opěrnou desku vstřikovací
formy podložit válcovými rozpěrkami,
aby se deformace formy snížila
pod 0,02 mm.
Dalším krokem v digitálním prototypu
by měla být výroba formy.
Veškerá data tvaru dutiny vytvořená
v AutoCAD Inventor Tooling mohou
být přenesena do CAM (Computer
Aided Manufacturing) systémů,
které generují dráhy obráběcích nástrojů
CNC obráběcích strojů jak
pro výrobu tvarových částí formy
tak pro výrobu elektrod pro elektroerozivní
obrábění. V našem případě
využíváme systému, který umožňuje
na jedné platformě programovat jak
obráběcí stroje Mastercam, tak roboty
Robotmaster (www.sonetech.cz).
Roboty se mohou používat nejen pro
zakládání zálisků a vyjímání vystříknutých
dílu z formy. Mohou být použity
také pro dokončovací operace,
lakování, popis, nános lepidla atd.
Data z AutoCAD Inventor Tooling
lze použít také pro kontrolu kvality
na měřicích strojích jak kontaktních
tak optických.
Tímto jsme se dostali k závěru výčtu
možností Autodesk digitálního
prototypu. V současné době už nelze
pochybovat, že digitální prototyp má
své pevné místo při vývoji vstřikovaných
plastových dílů. Zejména proto,
že vstřikovací formy jsou velmi náročná
zařízení jak výrobně, tak po funkční
stránce, a hlavně každá forma a také
plastový díl je originální kus, kde
analýza jak technologická Moldflow,
tak pevnostní odhalí zdroje potenciálních
problémů. SMARTPLAST
s.r.o. nabízí software pro Autodesk
digitální prototyp a rovněž analýzy
formou služby na zakázku. Navštivte
nás na www.smartplast.cz. We make
plastics smart.