PRACA PRZEJŚCIOWA. Temat: Modelowanie procesu wtryskiwania na podstawie systemu Moldflow. Autor: Michał Staniszewski (nr albumu: 20779)

Transkrypt

1 PRACA PRZEJŚCIOWA Temat: Modelowanie procesu wtryskiwania na podstawie systemu Moldflow Autor: Michał Staniszewski (nr albumu: 20779)

2 Spis treści Tematyka pracy... 4 Wtryskiwanie... 4 Charakterystyka programów CAE w przetwórstwie tworzyw sztucznych... 5 Autodesk Moldflow... 5 Autodesk Moldflow Insight... 6 CADMOULD... 7 Dostępne analizy i wyniki... 7 Moldex 3D... 7 Kryterium doboru materiału wtryskiwanego... 8 Porównanie wybranego materiału z innymi... 8 Określenie celu pracy Pierwotna geometria wypraski i symulacja wtrysku przy parametrach zalecanych przez producenta Geometria wypraski Zdefiniowanie siatki elementów skończonych i uzasadnienie wyboru Dobór odmiany ABSu: Rekomendowane parametry przetwórstwa: Wykres lepkości: Określenie punktu wtrysku Dobór parametrów wtrysku Symulacja i analiza procesu wypełniania Analiza czasu wtryskiwania: Przewidywanie jakości powierzchni Pułapki powietrzne Równomierność płynięcia materiału Linie łączenia Analiza odkształceń: Podsumowanie: Analiza wtrysku wypraski przy zmienionej geometrii Wypraska o zmienionej geometrii Dobór punktu wtrysku Przypadek pierwszy: Przypadek trzeci: Przypadek drugi:... 35

3 Wnioski: Podsumowanie: Załączniki:...42

4 Tematyka pracy Celem pracy jest analiza i rozwiązanie problemów związanych z projektowaniem procesu wtrysku obudowy elementu elektronicznego za pomocą programu Autodesk Moldflow. Wtryskiwanie Metoda przetwarzania tworzyw sztucznych polegająca wtryskiwaniu stopionego tworzywa do formy, w której zastyga ono (zestala się) w tzw. wypraskę. To cyklicznym procesem przetwórstwa tworzyw sztucznych w postaci granulatu. Do podstawowych parametrów wtrysku zalicza się: 1. temperatura wtrysku, 2. temperatura stopu tworzywa, 3. ciśnienie wtrysku, 4. ciśnienie docisku, 5. czas chłodzenia, 6. czas wtrysku. Proces wtrysku przebiega w maszynie zwanej wtryskarką, na które zamontowana jest forma wtryskowa, nadająca kształt wyrobowi. 4

5 Elementami każdej wtryskarki są: 1. Ślimak 2. Dozownik granulatu 3. Dysza 4 i 6. Połówki form (stała i ruchoma) 5. Wypraska Cykl składa się z następujących elementów: 1. Zamknięcie formy 2. Dosunięcie cylindra wtryskowego do formy 3. Wtrysk tworzywa do formy 4. Przełączenie na ciśnienie docisku z równoczesnym chłodzeniem tworzywa w formie 5. Po skończonym docisku następuję pobranie i uplastycznianie kolejnej porcji materiału 6. Odsunięcie cylindra wtryskowego 7.Po skończonym chłodzeniu następuje otwarcie formy i wypchnięcie wypraski 8. Wypadnięcie wyprasek 9. Początek nowego cyklu Wtryskiwanie to, obok wytłaczania, najbardziej popularna metoda przetwórstwa tworzyw sztucznych. Dzięki możliwości wytworzenia elementów o bardzo skomplikowanej geometrii i ciągłemu rozwojowi tworzyw sztucznych, metoda ta wypiera często konwencjonalnie wykonane elementy metalowe, np. poprzez obróbkę skrawaniem, obróbkę plastyczną itp. Istnieją różne metody wtryskiwania, np.: -wtrysk wspomagany gazem obojętnym -wtrysk z doprasowaniem -wtrysk z rozdmuchem -wtrysk tworzyw termoutwardzalnych i gumy -wtrysk żywic i kauczuków Charakterystyka programów CAE w przetwórstwie tworzyw sztucznych Autodesk Moldflow Program Autodesk Modlflow należy do grupy programów CAE (Computer Aided Engineering), przeznaczony do analizy wtryskiwania tworzyw termoplastycznych. Program Moldflow korzysta z trzech metod obliczeniowych typu MES: metoda Midplane - jest metodą najstarszą, stosowaną od 1978 roku. Polega na uproszczeniu modelu CAD do postaci powierzchni środkowej z przypisanym atrybutem grubości. Niewątpliwie największą zaletą tej metody jest mniejsze obciążenie procesora, a co za tym idzie szybkość dokonywania obliczeń jest 5

6 większa. Niestety ze względu na technologiczne ograniczenia nie może być stosowana do symulacji przetwórstwa wyprasek grubościennych lub wyprasek o zmiennej grubości ścianek. Do wad tej metody trzeba także zaliczyć konieczność upraszczania modelu bryłowego do postaci powierzchni środkowej, a więc faktycznie tworzenie go na nowo. Dual Domain - została wprowadzona w 1997 roku. Działa w taki sposób, że każda ścianka upraszczana jest do postaci jej powierzchni zewnętrznych, a każdy węzeł powierzchni zewnętrznej ma przyporządkowany węzeł znajdujący się na przeciwległej powierzchni. Metoda Dual Domain eliminuje konieczność manualnego przekształcania modelu CAD i stwarza możliwość prowadzenia obliczeń z bezpośrednim wykorzystaniem modeli bryłowych części. 3 D - w 1999 roku wprowadzono metodę pełnego 3D, która wyeliminowała wszystkie wady poprzednich metod, jak również umożliwiła symulację wyprasek zarówno grubościennych jak i tych o zróżnicowanej ściance. Niestety jej wadą jest to, że wymaga zdecydowanie większej ilości obliczeń, a więc ich czas jest dużo dłuższy. Akademicka wersja programu Moldflow Adviser pozwala na wykrywanie i usuwanie problemów powstających w formach wtryskowych, jak również na rozpatrywanie takich zagadnień jak: rozpływ tworzywa w gnieździe formującym, wyznaczanie linii łączenia strug i pułapek powietrznych, dobór parametrów wtrysku (czas wtrysku, prędkość wtrysku, temperatura uplastycznienia, ciśnienie wtrysku), dobór wymiarów przewężek i kanałów doprowadzających, balansowania: geometrii wypraski oraz układu doprowadzającego, optymalizacja układów chłodzących, wyznaczanie deformacji. Aplikacja umożliwia optymalizację konstrukcji wyprasek pod kątem doboru grubości ścianki w taki sposób, aby nie zwiększać niepotrzebnie jej masy i nie stwarzać problemów z wypełnieniem gniazda. Możliwe jest także symulacje zastosowania zróżnicowanej grubości ścianek oraz żeber i rowków montażowych w celu zbalansowania formy wtryskowej. Autodesk Moldflow Insight Autodesk Moldflow Insight jest drugim obok Moldflow Adviser głównym produktem firmy, ze względu na poziom rozbudowania, potencjalnymi jego odbiorcami są duże firmy i korporacje. Ogólnie jego zastosowanie pozwala na: symulację fazy wypełnienia i docisku w procesie wtryskiwania, optymalizację usytuowania punktów wtrysku, balansowanie formy, oszacowanie warunków przetwórstwa, przewidywanie oraz korekcja defektów wypraski, analizę niejednolitego rozkładu temperatur w formie. Opcjonalnie dostępne 6

7 są moduły umożliwiające symulację przetwórstwa wspomaganego gazem, wtrysku wielokomponentowego, wtrysku z wypełnieniem przez układ zamykający formy. Moldflow Insight posiada trzy możliwe technologie MES: metoda Midplane, Dual Domain oraz metoda pełnego 3D. Program dostępny jest w trzech konfiguracjach: Insight Basic, Insight Perfomance oraz Insight Advanced, które pozwalają nawet na analizę wtrysku dwukomponentowego i kompensacje defektów za pomocą formy. CADMOULD Program niemieckiej firmy Simcon. Umożliwia symulowanie i analizę procesu wtryskiwania tworzyw termoplastycznych. Pozwala wyeliminować wady spowodowane przez krótki wtrysk, pęcherze powietrza, przypalanie, jamy skurczowe, nierównomierne rozprowadzanie tworzywa, linie łączenia strug, przeładowanie gniazda formy, niepełne wypełnienie, skurcz/wypaczenie, zwichrowanie, nierównomierne chłodzenie. Dostępne analizy i wyniki front płynięcia tworzywa - animacja napełniania gniazda, rozkład ciśnienia w gnieździe formy w każdej fazie wypełniania gniazda, rozkład temperatur wypraski w każdej fazie wypełniania gniazda, czas chłodzenia, grubość zakrzepniętej warstwy, prędkość płynięcia frontu, temperatura frontu płynięcia, naprężenia ścinające w tworzywie, symulacji wtrysku uwzględniając również kanały wtryskowe analiza jakościowa wypraski, analiza skurczu oraz wypaczenia wypraski naprężenia szczątkowe w wyprasce - wyniki w dziesięciu warstwach przekroju ścianek wypraski z możliwością eksportu do dalszych analiz strukturalnych rozkład temperatur i prędkości płynięcia tworzywa podczas fazy wtrysku i dopakowania - wyniki w dziesięciu warstwach przekroju ścianek wypraski Moldex 3D Moldex3D daje możliwość prowadzenia dokładnych symulacji procesu wypełniania (w tym wielokomponentowego), docisku, chłodzenia oraz deformacji wypraski. Moduły dodatkowe pozwalają rozszerzyć możliwości obliczeniowe programu m.in. o analizę rozmieszczenia i orientacji włókien w wyprasce, szczegółową analizę efektywności układów chłodzących oraz gorącokanałowych układów doprowadzających tworzywo, analizę wtrysku z gazem lub wodą, analizę wtrysku z doprasowaniem, analizę procesu Compression Molding (formowanie tłoczne), analizę wtrysku proszków metalicznych i ceramicznych, analizę spieniania tworzywa 7

8 w procesie MuCell, a także analizy dedykowane dla detali optycznych oraz układów scalonych. Kryterium doboru materiału wtryskiwanego Materiał wtryskiwany powinien, po całym procesie wtryskiwania, powinien być tani i łatwo obrabialny mechanicznie, np. w celu wywiercenia dodatkowych otworów. Powinien również być łatwo barwiony poprzez pigmentację w celach estetycznych. Ze względu na wykorzystywanie docelowe wypraski w pomieszczeniach zamkniętych, materiał nie musi być odporny na działanie promieni UV, możliwie małe zapadnięcia związane z drobnymi skupiskami materiału, a także odporność na czynniki chemiczne. Materiałem wybranym jest ABS, czyli kopolimer akrylonitrylo-butadieno-styrenowy, powstaje w procesie polimeryzacji butadienu i kopolimeryzacji akrylonitrylu ze styrenem. Jest tworzywem amorficznym, o gęstości trochę większej od wody (1,05 g/cm 3 ). Dzięki odporności na działanie ługów, rozcieńczonych kwasów, węglowodorów, olejów i tłuszczów jest często wykorzystywany w środowiskach średnio agresywnych. Stosuje się go na obudowy elektroniczne, elementów samochodowych, elementów broni palnej, fotografii i jako materiał roboczy w drukarkach 3D (metoda FDM). Możliwym jest pokrycie go warstwa metaliczną podczas obróbki galwanicznej. Porównanie wybranego materiału z innymi ABS Zalety: Wady: Łatwa obróbka normalnymi narzędziami Łatwe kolorowanie poprzez pigmentację Niska waga Dobra odporność na czynniki chemiczne Doskonałe własności izolacyjne Nieco gorsza wytrzymałość mechaniczna niż PC Niższa niż w przypadku PC górna granica zakresu temperaturowego pracy Niższa niż w przypadku PC odporność na promieniowanie UV. Stosowanie na zewnątrz możliwe z dodatkową osłoną przed czynnikami atmosferycznymi. Niedostępne w postaci przezroczystej 8

9 Brak ekranowania EMC Materiał porównano z następującymi materiałami: Poliwęglan (PC) Zalety: Wady: Bardzo wysoka odporność na uderzenia mechaniczne Dostępny w postaci przezroczystej Łatwa obróbka normalnymi narzędziami Wysoki stopień ochrony IP Atrakcyjne gładkie wykończenie Szeroki zakres temperatur pracy Samogasnące Dobra odporność na czynniki chemiczne Niska waga Dobra odporność na promieniowanie UV Doskonałe własności izolacyjne Brak ekranowania EMC Wysoka cena Polistyren (PS) Zalety: Wady: Niska cena Niska temperatura topnienia Mała lepkość Doskonałe własności izolacyjne Mała odporność chemiczna Kruchy Mały zakres temperatur pracy 9

10 Określenie celu pracy Celem przeprowadzenia sytuacji jest zwiększenie jakości powierzchni wypraski, wyeliminowanie pułapek powietrza na zewnętrznej jej części oraz zmniejszenie powstałych odkształceń wywołanych skurczem krzepnącego tworzywa, w funkcji zmiany geometrii wypraski, a także porównanie wyników analizy wtrysku wypraski przy różnych parametrach. Pierwotna geometria wypraski i symulacja wtrysku przy parametrach zalecanych przez producenta Geometria wypraski Geometrię wypraski można zamknąć w prostopadłościanie o wymiarach 32x32x9 mm. Jej zastosowanie to obudowa urządzenia elektronicznego, które ma zostać włożone do wgłębienia widocznego na zdjęciu. 10

11 Zdefiniowanie siatki elementów skończonych i uzasadnienie wyboru Po zaimportowaniu modelu wypraski program implementuje moduł poprawiania błędów geometrii wypraski (nieciągłości, przerwania itp.) oraz sugeruje wybór odpowiedniej siatki elementów złożonych. Odpowiednio: True 3D dla elementów grubościennych i Dual Domain dla elementów cienkościennych lub geometrii, których nie dało się naprawić za pomocą modułu sprawdzającego. Należy pamiętać, że zawsze gdy program napotka błędy w ciągłości bryły lub inne niezdefiniowania geometryczne automatycznie przypisze do dalszych czynności standardową siatkę Dual Domain. 11

12 W tym przypadku program nie napotkał problemów w trakcie importowania pliku STL i zaleca zastosowanie siatki True 3D Dobór odmiany ABSu: Ważnym punktem w całej analizie procesu jest dobór materiału, z którego ma zostać wykonana wypraska. W tym celu należy skorzystać z wbudowanego katalogu. Autodesk Moldflow Adviser oferuje szeroką gamę materiałów różnych producentów, co poprawia dokładność wykonania analizy. Do procesu dobrano materiał z rodziny ABS o nazwie handlowej UMG ABS GSM firmy UMG ABS Ltd. 12

13 Rekomendowane parametry przetwórstwa: 13

14 Wykres lepkości: Wybrane tworzywo najmniejszą lepkość, przy niskich wartościach prędkości ścinania, jest najniższa w maksymalnej temperaturze przetwórstwa C Określenie punktu wtrysku Program Moldflow opatrzony jest modułem Gate Location, którego zadaniem jest przeprowadzenie analizy oporów płynięcia i doboru najlepszego miejsca wtrysku: Analiza oporów płynięcia: 14

15 Opory płynięcia są najmniejsze w ciemnoniebieskich obszarach, z tego powodu zaleca się umieszczenie punktu wtrysku w tymże obszarze Zdjęcia poniżej przedstawiają zakres doboru miejsca wtrysku ze względu na opory płynięcia strugi tworzywa. 15

16 Dobór parametrów wtrysku W celu określenie najlepszych parametrów wtrysku zaleca się użycie modułu Molding Window, czyli zakresu zmienności i kombinacji parametrów wtrysku, które zapewniają największą możliwą stabilność procesu. Zaznaczony na zielono obszar, będący funkcją trzech parametrów temperatury wtrysku, temperatury formy i czasu wtrysku, to przedział najoptymalniejszych tychże parametrów. Krzyżak ustawiony jest na wybranych do dalszej analizy danych. Symulacja i analiza procesu wypełniania Po określeniu parametrów uzyskanych w Molding Window, przeprowadzono symulacje, która dała następujące wyniki: 16

17 Analiza czasu wtryskiwania: Program po przeprowadzeniu symulacji oddaje wyniki potrzebne w projektowaniu procesu, tj.: czas wtrysku 0,62 s, właściwe ciśnienie wtrysku 12, 477 MPa, czy objętość wtrysku 3,7841 cm 3. Program jest w stanie przewidzieć ile będzie trwał pojedynczy cykl, który pozwala obliczyć wielkość produkcji. Dzieli ten czas na 3 podstawowe etapy: -czas wtrysku - 0,61 -czas docisku i chłodzenia wypraski 58,02 s -czas potrzebny na otwarcie formy, wyrzucenie wyprasek i zamknięcie formy domyślnie ta wartość wynosi 5s. 17

18 Wtrysk przebiega płynnie, bez większych zakłóceń: najkrótszy czas przy punkcie wtrysku rosnący w kierunku dalszych krawędzi wypraski. Przewidywanie jakości powierzchni 18

19 Program sygnalizuje, że powodem średniej jakości wypraski (koloru żółtego) jak i złej (koloru czerwonego) są zbyt duże naprężenia ścinające. Gdy wewnętrzne naprężenia ścinające są zbyt duże, wtedy w wyprasce może nastąpić wewnętrzne pęknięcie, zerwanie wiązań molekularnych lub wytrącenie barwnika i utworzenie się smug. Jednym z zaleceń w takim przypadku jest pogrubienie ścianek w miejscu występowania błędu. Pułapki powietrzne Są to, ukazujące się pod postacią pęcherzy, defekty wypraski wynikające z uwięzienia w niej pęcherzy powietrza, podczas gdy tworzywo jest jeszcze w stanie ciekłym. Są niepożądanym zjawiskiem ze względu na niską estetykę i obniżenie własności wytrzymałościowym przy odpowiedzialnym elementach. W tym przypadku należy pozbyć się pułapek powietrznych z powierzchni zewnętrznych wypraski, ponieważ nie wymagana jest duża wytrzymałość. Należy zauważyć, że większość pęcherzy skupia się głównie w okolicach otworów i ostrych, niezaoblonych krawędzi. 19

20 Równomierność płynięcia materiału W tej wyprasce to materiał płynie równomiernie, bez zaburzeń lokalnych zatrzymań lub przyspieszeń strugi ciekłego tworzywa. 20

21 Linie łączenia Liniami łączenia Weld Lines nazywa się miejsca połączenia się strug. Celem tej analizy jest przewidzenie ich występowania ze względów estetycznych widoczne jasne linie lub drobne wypukłości, zmatowień w tworzywach amorficznych. Sprawdza się je też ich występowanie ze względów mechanicznych, w tych miejscach wypraska ma mniejszą wytrzymałość na rozciąganie. Jest to szczególnie ważne we wtryskiwanie elementów takich jak pierścienie. Analiza odkształceń: Metoda analizy Warp określa potencjalne odkształcenia i ich przyczyny: -ułożenie cząsteczek tworzywa -wpływ wydajności chłodzenia -wpływ skurczu wypraski 21

22 Program nie napotkał możliwości odkształceń wypraski powyżej dopuszczalnej odchyłki 1,02 mm Należy przeprowadzić analizę skurczu materiału przy wtryśnięciu, który może powodować złe własności wyrobu, takie jak jego pęknięcia wewnętrzne, nierówności i niskie wrażenia estetyczne. Podsumowanie: Geometria wypraski już na samym początku doboru parametrów wejściowych, tj.: punktu wtrysku, kieruje na jego ustawienie w okolicach geometrycznego środka największej ścianki. Ze względu na estetykę wypraski zdecydowano się go umieścić na wewnętrznej stronie tejże ściany. Najwięcej pułapek powietrznych powstaje w okolicach przelotowych otworów oraz na gwałtownych załamaniach, w celu ich uniknięcia powinno zaoblić ostre krawędzie, w taki sposób aby zmniejszyć jak najbardziej ilość gromadzącego się gazu w tych miejscach. Wysokie odkształcenie (w stosunku do wymiarów wypraski) jest wynikiem dużych skupisk objętości tworzywa. Tworzywo podczas krzepnięcia kurczy się przez co powstają naprężenia mogące uszkodzić wypraskę. 22

23 Analiza wtrysku wypraski przy zmienionej geometrii Rozpatrzone będą 3 przypadki wtrysku wypraski, w której zmieniono geometrię. Przypadki te będą dotyczyły różnych parametrów wtrysku, tj.: temperatura wtrysku, ciśnienie oraz czas docisku. Zmiany temperatury będą należały do zakresu przewidywanego dla przetwórstwa rozpatrywanego materiału. Wypraska o zmienionej geometrii. Dobór punktu wtrysku Postępując analogicznie jak w pierwszej wersji wypraski w celu określenia punktu wtrysku zastosowano narzędzie Gate Location. 23

24 Porównując niebieskie pole, symbolizujące najlepsze umiejscowienie punktu wtrysku, z niebieskim polem pierwotnej wersji wypraski miejsce punktu wtrysku, które zapewni najmniejsze opory płynięcia jest mniejsze. Wynika to ze zmniejszenia grubości tej ścianki, w którą,a być wtryśnięte tworzywo. Punkt wtrysku umieszczono w miejscu zaznaczonym na zdjęciu. Przypadek pierwszy: Parametrami wejściowymi dla przeprowadzanej analizy są: -temperatura wtrysku 280 C -ciśnienie docisku 80 MPa -czas docisku 15s 24

25 Czas cyklu: W 280 C, czyli maksymalnej temperaturze przewidzianej, czas wtrysku wynosi 0, 20s. Wynika to z najmniejszej lepkości tworzywa w tej temperaturze, z czego wynika płynność materiału w formie wtryskowej. Chłodzenie wynosi 41,71 s. W czasie cyklu uwzględniono ustawiony docisk i czas na otwarcie i zamknięcie formy. Ostatecznie cykl wynosi 61,91 s. Jakość powierzchni: Program, po wykonaniu obliczeń, wskazuje na to, że cała powierzchnia wypraski będzie średniej jakości. Wynika to z zastosowania granicznej, możliwej temperatury wtrysku dla danego tworzywa i wzrostu naprężeń ścinających. Średnia jakość nie musi oznaczać odrzucenia wypraski, ponieważ wpływa to tylko na odczucie estetyczne odbiorcy. 25

26 Skurcz objętościowy W najbardziej newralgicznych miejscach skurcz objętościowy osiąga wartość 10,95%. Wynika to z faktu, że bardziej rozgrzane tworzywo zajmuje większą objętość, podczas chłodzenia jednak bardziej się kurczy. Wpływa to na powstawanie zapadnięć i wewnętrznych pęknięć. 26

27 Pułapki powietrza Gęsto rozsiane, drobne punkty na brzegach wypraski to efekt zatrzymania uciekającego gazu. Linie łączenia: Powstają wokół każdego otworu. Najwięcej jest ich w okolicach otworów położonych najbliżej zewnętrznych krawędzi wypraski. 27

28 Odkształcenia: Według obliczeń programu, należy spodziewać się maksymalnych odkształceń na poziomie 0,983 mm. Nie na trafiono na miejsca szczególnie narażone na powstanie deformacji. Pokazuje to zielony kolor odwołujący się do niskiego nominalnego odkształcenia. 28

29 Przypadek trzeci: Parametrami wejściowymi dla przeprowadzanej analizy są: -temperatura wtrysku 230 C -ciśnienie docisku 80 MPa -czas docisku 15s Czas cyklu: 29

30 Czas wtrysku wynosi 0,92 s. To o 0,62s dłużej niż w przypadku drugim i 0,72s dłużej niż w pierwszym. Różnica w tym wypadku również wynika ze spadku płynności tworzywa wraz ze spadkiem temperatury. Zmniejszając temperaturę skrócono czas chłodzenia do 35,63 s, tym samym skracając czas cyklu do 56,55s. Skracając czas cyklu względem przypadku pierwszego i drugiego odpowiednio o 5,36 s i 3,6 s. Jakość powierzchni: Ilość powierzchni wypraski, której jakość uznawana przez program jest średnia wynosi 75,6%. Powierzchnia o wysokiej jakości zajmuje 22,4%. Widoczne, w postaci czerwonych obszarów, miejsca o niedopuszczalnej jakości zajmują 2%. Ich przyczyną jest zbyt duża lepkość powodująca przekroczenie dopuszczalnych wartości. W tych miejscach można się spodziewać pęknięć lub innych defektów, które mogą klasyfikować wyrób jako niewłaściwy. Skurcz objętościowy 30

31 31

32 W najbardziej newralgicznych miejscach skurcz objętościowy osiąga wartość 10,07%. Zmniejszenie jest nieznaczne względem przypadku pierwszego. Jednak widoczne na zdjęciach, czerwone strefy, są nieco mniejsze niż w przypadku gdy temperatura wtryskiwanego tworzywa wynosi 280 C. Pułapki powietrza 32

33 Pułapki powietrzne występują w tych samych miejscach co w przypadku pierwszym z tą różnicą, że gdy leżały bardzo blisko siebie w poprzednim wypadku (niemal dotykały się krawędziami), w tym potrafią się połączyć w jeden większy pęcherz. Gaz uwięziony w tych miejscach jest w większej ilości. Linie łączenia: Powstają wokół każdego otworu. Ich wielkość i liczba nie różni się od przypadku pierwszego. 33

34 Odkształcenia: Według obliczeń programu, należy spodziewać się maksymalnych odkształceń na poziomie 0,983 mm. Podobnie jak w przypadku pierwszym, brak jest miejsc szczególnie narażonych na zwiększone odkształcenie. 34

35 Przypadek drugi: Parametrami wejściowymi dla przeprowadzanej analizy są: -temperatura wtrysku 260 C -ciśnienie docisku 90 MPa -czas docisku 15s Analizę wyników w przypadku drugim przeprowadzono analogicznie do przypadku pierwszego i do niego będą odnosić się komentarze. Czas cyklu: 35

36 Czas wtrysku wynosi 0,30 s. To o 0,1s dłużej niż w przypadku pierwszym. Różnica wynika ze spadku płynności tworzywa wraz ze spadkiem temperatury. Należy zauważyć, że zmniejszając temperaturę skrócono czas cyklu względem przypadku pierwszego o 1,9 s. Jakość powierzchni: Ilość powierzchni wypraski, której jakość uznawana przez program jest średnia wynosi 66,2%. Odnosząc się do pierwszego przypadku, nastąpiła poprawa jakości powierzchni o 33,8%. Program wskazuje w tym przypadku, że przyczyną powstawania powierzchni o średniej jakości może być zbyt długi czas chłodzenia i wynikające z niego problemy z dociskiem tworzywa. Rozwiązaniem tego problemu 36

37 może być pocienienie grubszych ścianek lub zmniejszenie temperatury tworzywa wtryskiwanego. Skurcz objętościowy W trzecim przypadku, w obszarach czerwonych skurcz objętościowy osiąga wartość 8,813%. Zmniejszenie jest o 1,5%. Czerwone strefy, są nieco mniejsze niż w przypadku gdy temperatura wtryskiwanego tworzywa wynosi 280 C i 260 C Pułapki powietrza 37

38 Pułapki powietrzne występują w większej ilości i są większe niż w poprzednich przypadkach. Linie łączenia: Powstają wokół każdego otworu. Ich wielkość i liczba nie różni się od przypadku pierwszego i drugiego. 38

39 Odkształcenia: Według obliczeń programu, należy spodziewać się maksymalnych odkształceń na poziomie 0,983 mm. Podobnie jak w przypadku pierwszym i drugim, brak jest miejsc szczególnie narażonych na zwiększone odkształcenie. 39

40 Wnioski: Rozpatrywany zakres temperatur należał do zakresu temperatur zalecanych przez producenta do przetwórstwa tego materiału (temperatury 280 C i 230 C to graniczne przypadki zastosowania). Jakość wypraski w wielkiej mierze zależy od dobranych parametrów. Oprócz zastosowania optymalnej temperatury, nie będącej za niską przy której przekraczane są dopuszczalne granice wytrzymałości na ścinanie i zbyt wysokiej, przy której wypraska ma największe defekty związane z wysokim skurczem objętościowym, należy mieć na uwadze także dobór odpowiedniego ciśnienia i czasu docisku. W przypadku drugim zwiększenie docisku o 10 MPa względem pozostałych przypadków oraz temperatura ze środka zakresu przydatności tworzywa, pozwoliły na uzyskanie dobrej jakości powierzchni na 1/3 powierzchni wypraski. Zastosowanie wyższych temperatur zmniejszało problem dotyczący wielkości i ilości powstających pułapek powietrza, jednocześnie wydłużając czas cyklu poprzez wydłużenie czasu chłodzenia, który był przyczyną powstawania wyrobów o powierzchni średniej jakości. Niższe temperatury wtrysku umożliwiały zmniejszenie wpływu skurczu objętościowego i czasu chłodzenia na efekt końcowy procesu, kompensując sobie to czasem wtrysku i dużymi oporami związanymi z wysoką lepkością tworzywa oraz trudnościami w odprowadzaniu gazów i powstawaniu dużych pułapek powietrznych. 40

41 Podsumowanie: Proces wtrysku jest zależny od bardzo wielu czynników. Począwszy od doboru odpowiedniego materiału, który będzie spełniał założone funkcje, poprzez dobór odpowiednich parametrów przetwórstwa i odpowiedniej geometrii, na dokładności i wydajności maszyn kończąc. Celem pracy było poprawienie jakości wypraski zmieniając jej geometrię. Poprzez zmniejszenie grubości górnej (największej) ścianki udało się uzyskać dobrą jakość powierzchni. Zmniejszenie otworów przelotowych z φ1,5 do φ1 i przeniesienie ich bliżej środka wyrobu spowodowało zmniejszenie niekorzystnych zjawisk zachodzących na odcinku od krawędzi otworu do krawędzi wypraski, zmniejszając tym samym liczbę linii łączenia, które osłabiałyby wypraskę w tych miejscach. Zwiększenie sfazowani i ich kąta z 45 do 30 było skutecznym narzędziem zmniejszającym pułapki powietrzne, które powstawały w tych miejscach. Mimo zmniejszenia najgrubszych elementów, nie udało się dostatecznie usunąć skutków skurczu objętościowego, które mogą ujawniać się jako zapadnięcia lub też wewnętrzne pęknięcia. Możliwość analizy czasu całego cyklu pomaga w ocenieniu wielkości produkcji. Moduły pomagające ustalić parametry wejściowe (Gate Location, Molding Window) mają charakter informujący i stanowią punkt zaczepienia w celu określenia dokładnych danych wynikających z warunków panujących w zakładzie i doświadczenia zawodowego. Program Moldflow Adviser, jak każde narzędzie CAE, jest w stanie tylko oszacować z pewna dokładnością proces technologiczny. Jeżeli błąd nastąpi już na etapie podawania danych wejściowych, należy się spodziewać zafałszowanego wyniku. Zaprojektowanie prawidłowego procesu technologicznego i poprawnie wykonanej formy jest bardzo kosztowne, ze względu na stosowane materiały i technologie, dlatego też programy symulacyjne umożliwiają przewidzenie problemów już na etapie projektowania. 41

42 Załączniki 42

43 43