Vývoj vstřikovací formy Rám P 10 C z hlediska simulačních analýz Cadmould® a VARIMOS®
Během konstrukce a výroby formy pro vstřikování Rámu P 10 C byly vícekrát použity simulační analýzy vstřikování Cadmould® a také systém VARIMOS®: na začátku vývoje formy a po prvních i pozdějších výrobních zkouškách. V návazném textu budete seznámeni s tím, jaké přínosy výpočty zajistily a také s jakými problémy jsme se setkali.
1. Vypracování prvních simulačních analýz
První výpočty sestavy podle obr. 1. byly zpracovány pro materiál GRILAMID LV-2A NZ (PA 12,
20 % skleněných vláken) během konstrukce vstřikovací formy. Při nastavování technologických parametrů se vyšlo z hodnot doporučených výrobcem materiálu. Výstupem z analýz byla především konstrukční doporučení, z nichž některá uvádíme:
- Porovnání různých poloh vtokových ústí především z hlediska minimalizace deformací a navržení nejvhodnější polohy.
- Návrh dimenzování vtokové soustavy.
- Posouzení polohy studených vtoků, stanovení míst odvzdušnění.
- Posouzení temperační soustavy, návrh konstrukčních úprav temperace.
- Orientační technologické parametry.
- Smykové napětí, smykové rychlosti, teplota proudící taveniny, tlakové ztráty, propady, směr skleněných vláken atd.
- Smrštění a deformace: návrh průměrného smrštění, návrh diferencovaných hodnot smrštění, stanovení redukovaných deformací. /Obr. 2: příklad vypočítaných deformací.
Analýzou bylo stanoveno, že u některých rozměrů nebudou splněny požadované tolerance a to i při nastavení parametrů, při kterých byly dosaženy nejnižší deformace.
2. Reálné zkoušky a opakovaná analýza Cadmould® s upravenými technologickými parametry
Při testování formy byla nejprve nastavena doporučovaná teplota taveniny. Po dodání nového materiálu se však ukázalo, že teplota taveniny bude muset být zvýšena, neboť GRILAMID LV-2A NZ nyní vykazoval vysokou viskozitu a tím pádem zhoršenou tekutost. Zvýšením teploty taveniny bylo dosaženo zatečení taveniny do všech částí tvarové dutiny, deformační chování se však změnilo minimálně. Z důvodu nesplnění některých tolerancí bylo přistoupeno k výrobě chladicích přípravků, na které jsou výstřiky po vyhození z formy nasazeny.
Simulační výpočty Cadmould® s upravenými technologickými parametry, především zvýšenou teplotou taveniny a vysokým plnicím tlakem (obr. 3), byly návazně provedeny především s cílem porovnání deformačních výsledků. Pro zvýšení výpočtové přesnosti byl do simulačního posouzení zahrnut i konec plastikační jednotky, resp. tavenina před čelem šneku. Jak dokládá obr. 4, deformační výsledky jsou podobné (viz porovnání s obr. 2) a dobře korelují s reálnými deformacemi. Z uvedeného vyplývá, že opět byly získány deformační hodnoty, které u některých rozměrů neleží v tolerančním rozsahu.
Co je příčinou skutečnosti, že i při změně některých technologických parametrů nedošlo k výraznější změně rozměrů?
Tato rozměrová „stabilita“ je způsobena přítomností skleněných vláken v polymerní matrici vstřikovaného materiálu. Příklad převažujícího nasměrování vláken uvádí obr. 5.
3. Verifikace deformačních výsledků s využitím systému VARIMOS® Virtual
Virtuální a reálná optimalizace procesu vstřikování plastů, z anglického textu zkráceně VARIMOS®, je expertní systém německé firmy Simcon GmbH. Sestává ze dvou základních částí – virtuální a reálné. Co je hlavním úkolem systému VARIMOS® Virtual? Ověřit a zaručit, že námi zvolené procesní parametry jsou nejvýhodnější pro zaručení výroby dílu v požadované kvalitě, a také maximálně stabilizovat výrobu při snížení závislosti kvality výrobku na vnějších vlivech. Z tohoto stručného seznámení s významem systému VARIMOS® vyplývá, proč jsme se rozhodli učinit ještě třetí krok: Skutečně nelze vyrábět Rám P 10 C při splnění všech toleranci bez nutnosti používání chladicích přípravků?
Do optimalizačního a verifikačního procesu vstupují dvě skupiny dat:
- Kvalitativní kritéria, která musí být splněna, aby výrobek odpovídal konstrukčnímu zadání: např. splněné tolerance rozměrů, nepřekročené odchylky od tolerance rovinnosti, požadovaný průběh plnění, vyhovující vzhled atd. Do kvalitativních kritérií můžeme také zahrnout ekonomické požadavky jako např. dobu vstřikovacího cyklu, přídržnou sílu atd. V našem konkrétním případě byly zadány především tolerance kritických rozměrů.
- Rozsah konstrukčních úprav a rozsah technologických parametrů. VARIMOS® automaticky vypočítá a navrhne takové úpravy konstrukce a taková nastavení technologických parametrů (v rámci zadaných rozsahů), která objektivně zajistí co nejlepší výše uvedené kvalitativní hodnoty. Jaké parametry můžeme automaticky optimalizovat, abychom splnili kvalitativní kritéria? Jsou to například tloušťka stěn výrobku, poloha vtoku, veškeré technologické parametry včetně automatické optimalizace profilu plnění, profilu dotlaku a podmínek temperace (rychlost průtoku temperančního média a jeho teplota).
V analyzovaném případě jsme se mohli zaměřit pouze na zadání variačního rozsahu technologických parametrů:
| doba vstřikování | 1.35 s - 1.75 s |
| teplota taveniny | 260°C - 310°C |
| doba dotlaku | 15 s - 25 s |
| doba dotlaku a chlazení | 85 s - 105 s |
| velikost dotlaku (1. fáze) | 450 barů - 850 barů |
| velikost dotlaku (2. fáze) | 250 barů - 450 barů |
| teplota temperační vody samostatně pro každý temperační okruh | 60°C - 90°C |
Systém VARIMOS® návazně vytvořil výpočtovou matici, automaticky vyhodnotil a zpracoval simulace, vytvořil výpočtový model (objemové technologické okno) a návazně navrhnul optimální technologické parametry se zaměřením na co možná nejlepší splnění kvalitativních kritérií, tedy především dodržení zadaných tolerovaných rozměrů. Příkladem jednoho z mnoha výsledků je redukovaná deformace dílu Rám P 10 C na obr. 6.
4. Závěry vyplývající z analýz provedených pomocí systému VARIMOS® Virtual
Optimalizační analýza potvrdila:
a) Správnost reálně používaných parametrů vstřikování ve firmě Plast FormService s.r.o. (na rozdíl od některých parametrů doporučovaných výrobcem PA). Zvl. vysoká teplota taveniny okolo 310°C velmi pozitivně ovlivňuje velikost zbytkového vnitřního napětí v dílu.
b) Všechny vypočítané deformační hodnoty jsou obdobné a dokládají, že nelze technologicky dosáhnout některých výkresových tolerancí a je nutné použít chladicí přípravky pro snížení deformací.
c) Zásadní vliv na deformace má především vlastní konstrukce výrobku a přítomnost skleněných vláken v polymerní matrici.
Plasty Gabriel s.r.o., Mezihoří 262, 664 34 Moravské Knínice
www.cadmould.cz