Symulacje procesu wtrysku w oparciu o program Cadmould.

Symulacje procesu wtrysku w oparciu o program Cadmould. autor: Adam Łokieć, MESco email: alokiec@mesco.com.pl Wstęp. Wraz z rozwojem technik wtrysku, coraz częściej zostają wykorzystywane również programy symulacyjne, które mogą obliczać fazę wypełniania gniazda, fazę docisku i chłodzenia jak również analizować deformację wypraski w trakcie chłodzenia w formie i po jej usunięciu. Powodów, dla których powinno się stosować programy do symulacji procesów wtrysku (zaliczanych do grupy programów CAE) można wymienić wiele. Do najważniejszych zaliczyć należy względy ekonomiczne oraz jakościowe. Do aspektów ekonomicznych zaliczymy: - redukcję ilości prototypów fizycznych, - oszczędność materiału (już od pojedynczej części), - krótszy czas przygotowania produktu mniej modyfikacji związanych z dobraniem parametrów procesu, - minimalizację czasu cyklu o 10-15%, - minimalizacja potrzebnej siły docisku formy. Natomiast do aspektów jakościowych można zaliczyć: - możliwość analizy przewidywanych problemów, - rozwiązywanie problemów już na etapie projektu, - określenie linii łączenia strug tworzywa oraz zapobieżenie powstania pułapek powietrznych, - dobór odpowiedniego tworzywa dla wypraski, - zaprojektowanie odpowiedniego systemu kanałów wtryskowych, - zwiększenie dokładności powtarzalność procesu, - analiza skurczu oraz wypaczenia zachowanie wymaganej tolerancji wymiarów. Coraz więcej firm jest już przekonanych o konieczności stosowania symulacji do analizy procesów wtrysku, m.in. ze względu na aspekty wymienione powyżej. Wdrażanie programów symulacyjnych staje się coraz to bardziej koniecznością, podobnie jak kilka lat temu było wdrażanie programów CAD. Mimo wielu korzyści płynących ze stosowania symulacji komputerowych, są one w polskich przedsiębiorstwach traktowane jeszcze wciąż po macoszemu, tzn. nie przywiązuje się do nich wystarczająco dużej wagi. Oczywiście proces ten zaczyna się powoli zmieniać i coraz to więcej firm zauważa potrzebę stosowania programów symulacyjnych, podobnie jak parę lat temu dostrzeżono potrzebę wykorzystania programów typu CAD. Programy symulacji komputerowej stanowią więc dalszą ewaluację komputeryzacji w biurach konstrukcyjnych i technologicznych. Jednak wciąż wiele firm z branży przetwórstwa tworzyw sztucznych w Polsce np. narzędziowni, nie wykorzystuje potencjału drzemiącego w programach symulacyjnych. Niniejszy artykuł ma na celu przybliżenie możliwości i korzyści płynących ze stosowania programów symulacji procesu wtrysku na przykładzie pakietu Cadmould firmy Simcon. W artykule poruszone i opisane zostały pewne pojęcia związane z symulają procesu wtrysku, tj. : metoda elementów skończonych jako metoda ogólnie stosowana w rozwiązywaniu wielu problemów w tym m.in. związanych z wtryskiem; rodzaje modeli stosowanych w symulacjach oraz porusza również wpływ właściwego opisu i doboru rodzaju tworzywa na przebieg samej symulacji. 1

Symulacja lepsza od próby. Na jakość i powtarzalność wypraski ma wpływ wiele czynników: - sprawna wtryskarka, - prawidłowo dobrane parametry procesu oraz tworzywo, - prawidłowy projekt i wykonanie formy wtryskowej, - temperatura formy oraz sposób jej regulacji. Sposób podejścia do komputerowej symulacji procesu wtrysku jest z reguły zawsze podobny. Wpierw wykonuje się analizę wtrysku (wypełnienia formy i optymalizacja położenia kanału wlewowego) mając do dyspozycji model odzwierciedlający gniazdo formy (czyli wypraskę). W początkowej fazie próbuje się znaleźć odpowiednie miejsce dla lokalizacji wlewka za pomocą obliczeń fazy wypełnienia. Celem tego działania jest poprawne obliczenie położenia linii łączenia, wyeliminowanie pęcherzy powietrza, zapewnienie równomiernego spadku ciśnienia i optymalizacja położenia włókien. Następnym krokiem jest optymalizacja takich parametrów procesu jak profilowanie strumienia objętości, temperatury formy, wielkości i czasu fazy docisku. Obliczenia skurczu i odkształceń to dobry środek prognozowania tendencji wypraski do deformacji w zależności od właściwości tworzywa, parametrów procesu, położenia wlewka i warunków termicznych w formie. Stosowanie symulacji wtrysku jest skutecznym sposobem na znaczne ograniczenie kosztów oraz czasu już na etapie konstrukcji samej formy nawet do 50% przed wykonaniem modelu fizycznego. Wykonanie gotowej formy jest procesem czasochłonnym, a przede wszystkim bardzo kosztownym. Koszta te mogą ulec dodatkowemu zwiększeniu na skutek wprowadzanych dodatkowych poprawek w formie. Budowa tzw. dobrej formy nie powinna skupiać się jedynie na jej konstrukcji i rozwiązaniach mechanicznych. Przyjęta konstrukcja oraz rozwiązania mechaniczne powinny być wynikiem wcześniejszego dogłębnego zbadania możliwości wykonania narzędzia dla ustalonej technologii wtrysku, oraz szeregu analiz m.in. reologicznej, termicznej oraz mechanicznej dotyczących wypraski. Ustalenie sposobu wykonania narzędzia (formy) najczęściej powinno być więc etapem ostatnim. Analiza reologiczna obejmuje m.in.: - fazę wypełniania gniazda tworzywem dla ustalonych parametrów przepływu, tj. temperatura, prędkość i czas wypełnienia gniazda formy, - ustalenie lokalizacji punktu(ów) wtrysku, - ustalenie lokalizacji przewężek, - ustalenie maksymalnych strat ciśnienia występujących podczas procesu wtrysku względem dyszy maszyny wtryskowej. Analiza termiczna obejmuje m.in.: - bilans energii dla całego narzędzia, - wstępny projekt układu chłodzenia, - ustalenie położenia kanałów wtryskowych, - kontrolę jednorodności termicznej po wypełnieniu gniazda. Analiza mechaniczna obejmuje m.in.: - kinematykę formy, - sztywność w kierunku poprzecznym do osi wtryskarki, - sztywność w kierunku zamykania, - siły spychania i bezwładności, naciski powierzchniowe. Historia rozwoju programów symulacji wtrysku na przykładzie pakietu Cadmould Pierwsze badania rozwojowe nad symulacją procesu wtrysku rozpoczęto już w latach 70-tych głównie w instytutach i na uczelniach wyższych. W taki sposób powstawał m.in. pakiet Cadmould począwszy od Instytutu Obróbki Plastycznej (Institut fur Kunststoffverarbeitung) Politechniki w Aachen, Niemcy, następnie poprzez wydzielenie się osobnej firmy Simcon a dalej poprzez stowarzyszenie INTRA (Interest Group of Innovative 2

Enterprises for Plastic Engineering) skupiające większość firm z rejonu Aachen, Niemcy i przyczyniającej się do dalszego rozwoju pakietów z rodziny Cadmould. Etapy rozwoju pakietu Cadmould / Cadmould Pro 1975 Początek - pierwsze programy komputerowe dot. symulacji wtrysku (IKV) 1979 Rozwój symulacyjnych modeli wypełniania/wtrysku (IKV) 1980-1985 Cadmould-2D - obejmujący problemy reologii, termiki, mechaniki projektowania procesu oraz form wtryskowych (IKV) 1984-1988 Cadmould-Mefisto - symulacja wtrysku bazująca na powierzchni środkowej (metoda elementów skończonych) (IKV) 1988 Powstanie firmy Simcon Software GmbH 1989 Pierwsza wersja dystrybucyjna pakietu Cadmould bazująca na płaszczyźnie środkowej modelu MES (IKV, Simcon) 1990-1994 Rozwój metod symulacji: orientacja włókien, skurcz/wypaczenia, wtrysk z użyciem gazu, wielokomponentowy, elastomerów, RIM (IKV, simcon) 1995-1996 Reorganizacja i przepisanie kodu głównych modułów pakietu Cadmould 1997-2000 Wersja Cadmould Version 6 oraz rozwój symulacji dla modelu powierzchniowego, obejmujących większość dostępnych procesów 2000 Wersje pakietu Cadmould dostępne w systemie Windows - Rapid, Fill, (simcon) Rozwój programów typu MAGMA dla modeli 3D (sigma, simcon) TABELA 1: Historia rozwoju pakietu Cadmould [1] Przygotowanie modelu do symulacji. Metoda elementów skończonych. Posiadając program typu CAD, użytkownik jest w stanie szybko przygotować model jako jeden z parametrów wejściowych do symulacji procesu wtrysku. Modele stosowane w symulacjach wtrysku ewoluowały wraz z rozwojem samych metod i programów symulacyjnych (zobacz tabela rozwoju programu Cadmould). Popularny do niedawna model typu midplane, został zastąpiony przez model powierzchniowy a na horyzoncie pojawia się już powoli model objętościowy. Modele typu midplane charakteryzuje to, że reprezentowane są przez płaszczyznę środkową. Stosuje się je raczej dla detali powierzchniowych, tzn. takich w których grubość jest niewielka w stosunku do zewnętrznych wymiarów gabarytowych detalu. Cechą charakterystyczną tego modelu jest krótki czas obliczeń oraz długi czas przygotowania samego modelu do symulacji. Wraz ze wzrostem wydajności komputerów powstał model powłokowy (surface model) bazujący na geometrii STL, stworzonej wpierw z myślą o metodach stereolitograficznych. Obliczenia oparte na modelu STL wymagają więcej czasu obliczeniowego w porównaniu z modelem midplane. Posiadają jednak zaletę w postaci znacznie krótszego czasu przygotowania modelu do symulacji. Obecnie prawie każdy system CAD potrafi zapisać stworzony w nim model 3D w postaci zapisu modelu powierzchniowego STL. Ta cecha spowodowała, że modele powierzchniowe mają obecnie największy udział w przygotowaniu modeli do symulacji wtrysku. Kolejnym modelem, który być może już w niedalekiej przyszłości zostanie liderem w symulacjach procesu wtrysku jest model objętościowy. Opis kształtu wypraski przy zastosowaniu modelu objętościowego pozwala na najdokładniejszy spośród w/w typów modeli opis kształtu wypraski bez stosowania uproszczeń geometrii, w związku z tym pozwala na uwzględnienie wszystkich efektów występujących podczas procesu wtrysku a zwłaszcza wypraski ze stosunkowo dużym zróżnicowaniem grubości ścianek, gdy np. istnieje niebezpieczeństwo pojawienia się swobodnego strumienia tworzywa. Wadą tego modelu jest pracochłonne przygotowanie modelu oraz czasochłonność obliczeń. Porównanie wyników otrzymanych dla różnych typów modeli przedstawia Załącznik-Rys.1,2. Rodzina programów Cadmould opiera się na modelu powierzchniowym (STL) (Załącznik-Rys.11). 3

a/ powstawanie modelu midplane z modelu objętościowego b/ model midplane podzielony na elementy c/ model powierzchniowy STL d/ model powierzchniowy podzielony na elementy Rys 1: podstawowe modele stosowane w symulacjach procesu wtrysku: midplane, powierzchniowy Wszystkie w/w modele mają jednak jeden wspólny element oprócz tego, że są odzwierciedleniem gniazda formy wtryskowej. Każdy z tych modeli w procesie przed przystąpieniem do samego procesu symulacji, zostaje podzielony na tzw. elementy skończone. W przypadku modeli midplane oraz powierzchniowego będą to elementy zbudowane z płaskich trójkątów (trójwęzłowe), lub przestrzenne cztero lub sześciokąty (cztero lub sześciowęzłowe elementy). Podział ten jest konsekwencją zastosowanej metody w symulacjach procesu wtrysku metody elementów skończonych (MES) (Rys.1:b,d, Załącznik-Rys.3). Metoda elementów skończonych, (MES) przyjęła się w przemyśle i w nauce na całym świecie jako podstawowe narzędzie do rozwiązywania różnorodnych problemów techniki. Faza napelniania formy: Midplane Powierzchniowy - STL objętościowy - 3D wtryskiwanie T, E, D, LSR, RIM T, E, D, LSR, RIM T, E, D, LSR, RIM wtrysk z doprasowaniem T, E, D, LSR T, E, D, LSR, RIM wtrysk z asysta gazu T (T) wtrysk wielokomponentowy T (T) Docisk / utwardzenie: wtryskiwanie T, E, D, LSR, RIM T, E, D, LSR, RIM E, LSR, RIM wtrysk z doprasowaniem T, E, D, LSR, RIM T, E, D, LSR, RIM wtrysk z asysta gazu T (T) wtrysk wielokomponentowy T (T) Orientacja wlókien: T, E, D, LSR, RIM T, E, D, LSR, RIM T Analiza termiczna: czas chlodzenia T, E (Heating Time) T, E (Heating Time) system chlodzenia 3D T T forma + wypraska 3D T, E, D, LSR, RIM Skurcz i odksztalcenie: T T T (thermal) T = Termoplasty E = Elastomery D = Duroplasty LSR = Liquid Silicon Rubber - Tworzywa reaktywne, silikony RIM = Reaction Injection Molding - Tworzywa reaktywne, poliuretany TABELA 2: Możliwości obliczeń dla różnorodnych modeli FE w zależności od rodzaju modelu elementów skończonych [1]. 4

Dobor materialu kryteria i problemy, baza materiałowa Jednym z najważniejszych punktów symulacji komputerowej procesu wtrysku jest prawidłowe zdefiniowanie tworzywa. Dobierając tworzywo należy brać pod uwagę aspekty: konstrukcyjne, technologii przetwórstwa, montowania wyrobów. Ktoś kiedyś powiedział: Nie ma złych materiałów, ale wybrany materiał może okazać się nieodpowiedni dla danego zastosowania. Konstruktor wyrobu powinien: znać własności materiałów proponowanych na projektowany wyrób oraz zbadać wszystkie możliwe wpływy, na jakie narażona będzie wypraska. Rys.2: Przykładowy schemat doboru tworzywa W porównaniu np. z metalami, tworzywa sztuczne są o wiele bardziej wrażliwe na wady konstrukcyjne i dlatego przy projektowaniu wyrobów należy w znacznie większym stopniu uwzględniać własności materiału. Konstruktor wypraski powinien również przy wyborze rodzaju tworzywa wiąść pod uwagę przyszłe warunki pracy projektowanego wyrobu wypraski (obciążenia, otoczenie zewnętrzne) (Rys.2). Tylko równoczesna optymalizacja konstrukcji wyrobu i procesu przetwórstwa z uwzględnieniem wszystkich czynników, które mogą wywierać wpływ, gwarantuje wyprodukowanie dobrego wyrobu. Przy doborze rodzaju tworzywa należy bardzo szczegółowo zestawić własności tworzywa korzystając z odpowiednich broszur, prospektów, dostępnych banków danych materiałowych lub skorzystać z konsultacji technicznych u specjalisty reprezentującego producenta surowca. Producent dostarczając tworzywo powinien wykonać odpowiednie badania a wyniki badań opublikować bądź dostarczać na żądanie swoich klientów. Niestety w polskich realiach sprawa ta nie jest jeszcze pod tym względem całkiem oczywista. Rodzimi producenci surowców i ich produkty często nie występują w popularnych, ogólnodostępnych na rynku bazach danych materiałowych, a i wyniki badań również często nie są udostępniane na życzenie klientów. Popularny i często stosowany parametr - masowy wskaźnik płynięcia (MFI) - jako jeden z podstawowych parametrów, jest absolutnie niewystarczający dla potrzeb określenia właściwości materiału dla komputerowej symulacji wtrysku. Co prawda istnieją metody jednopunktowe wyznaczania krzywych lepkości na podstawie tylko jednego reometrycznego punktu pomiarowego, np jednopunktowa metoda wyznaczania krzywej lepkości (model Winogradowa i Małkina), jednak mają one charakter zbyt uniwersalny i przybliżeniowy, nie gwarantujący porządanej dokładności dla przeprowadzanych symulacji. Do zastosowań numerycznych stosuje się specjalne modele reologiczne, np.: model Birda- Carreau-Yashudy. Ten model został również zastosowany w pakietach Cadmould. 5

Parametry równania dla tworzyw częściowo krystalicznych (PE,PP, PA, POM, PBT, PPS) określa się korzystając z równań Arrheniusa, dla tworzyw amorficznych (ABS, PS, PVC, PMMA, PC, PES, PSU) - wg równań WLF (Wiliams, Landel, Ferry). Tworzywo K1 Pa s K2 s K3 K4 C K5 C Tr C E J/mol Polistyren 1777 0.06400 0.73 200 123 - - PCV 1786 0.05400 0.73 185 88 - - PP 1386 0.09100 0.68 - - 220 427198 PA6.6 44 0.00059 0.4 - - 300 123058 PE mała gęstość 317 0.01500 0.61 - - 189 43694 PE duża gęstość 24198 1.38000 0.60 - - 200 22272 TABELA 3: Przykładowe wartości parametrów równania modelu Carreau-WLF i Carreau-Arrhenius [2] Własności materiałowe w programie Cadmould podzielone są na grupy: reologiczną, termiczną, pvt (dla fazy docisku oraz chłodzenia wypraski) oraz mechaniczną. Wraz z programem dostarczana jest baza materiałowa CAMPUS zawierająca ponad 500 materiałów najbardziej popularnych producentów na świecie. Istnieje możliwość edycji bazy oraz dopisywania nowych materiałów. Symulacja to rozwiązywanie problemów jeszcze przed ich powstaniem O zaletach stosowania symulacji wtrysku najlepiej świadczą wyniki możliwe do uzyskania. W przypadku programu Cadmould zostały podzielone na grupy: - faza wypełnienia formy tworzywem (animacje w f(t) m.in.: front płynięcia tworzywa, rozkład temperatury oraz ciśnienia w gnieździe, rozkład naprężeń ścinających, prędkość płynięcia tworzywa, grubość warstwy zakrzepniętej, skurcz objętościowy) (Załącznik-Rys.5,6), - faza docisku (animacje w f(t) m.in.: front płynięcia tworzywa, rozkład temperatury oraz ciśnienia w gnieździe, rozkład naprężeń ścinających, prędkość płynięcia tworzywa, grubość warstwy zakrzepniętej, skurcz objętościowy) (Załącznik-Rys.12), - faza stygnięcia wypraski w formie oraz po wyjęciu z formy (m.in. skurcz, wypaczenie, deformacja) (Załącznik-Rys.9,10), - wykresy (przebieg wymaganej siły docisku, ciśnienia, natężenia przepływu) - wyniki jakościowe (m.in. trudności z wypełnieniem gniazda, występowanie węzłów cieplnych, wymagany czas stygnięcia wypraski w gnieździe formy, etc) (Załącznik-Rys.7,8). Dodatkowo program wskazuje potencjalne miejsca występowania pułapek powietrznych, miejsc łączenia strug tworzywa (Załącznik-Rys.7), wymaganej siły docisku, orientacji włókien w ściankach wypraski (Załącznik-Rys.13,14), etc. Wyniki mogą być prezentowane w formie animacji, rysunków, przekrojów, wykresów. Program również umożliwia automatyczne wygenerowanie raportu z obliczeń w formacie HTML umożliwiającym jego późniejsze przeglądanie w przeglądarce internetowej oraz publikowanie. Obecne symulacje procesu wtrysku w pakiecie Cadmould Pro, obejmują również procesy bardziej złożone (TABELA 2) jak np.: wtrysk komponentowy, wtrysk elastomerów, tworzyw termo i chemoutwardzalnych, wtryskiwanie reaktywne (RIM, LSR) oraz wtrysk ze stowarzyszeniem gazu. Przykłady możliwości programu Cadmould znajdą Państwo w załączonej broszurze oraz na stronie http://www.mesco.com.pl/produkty/cadmould.htm. Dysponując wynikami z przeprowadzonej symulacji wtrysku dla wielu wariantów rozwiązań, oraz znając wymagania stawiane projektowanemu wyrobowi, konstruktor jest w stanie właściwie zaprojektować wypraskę np. dobierając odpowiednie tworzywo oraz odpowiednią grubość ścian wypraski, a technolog jest w stanie dobrać odpowiednie parametry dla procesu wtrysku, Przykład 1: Już na samym początku należy zastanowić się nad tym, czy stosując wybrany materiał można będzie uzyskać wymagane grubości ścian. Stosunek drogi płynięcia do grubości ścian wywiera decydujący wpływ na sposób napełniania gniazda w trakcie procesu wtryskiwania. Jeżeli przy małych grubościach ścian trzeba w formie wtryskowej zaprojektować długie drogi płynięcia, to konieczne jest zastosowanie tworzywa o stosunkowo małej lepkości stopu (stop o dużej płynności) (Załącznik-Rys.7). 6

Przykład 2: W przypadku tworzyw częściowo krystalicznych dowolne zwiększanie grubości ścian w celu usztywnienia wyrobów jest bardzo często przyczyną poważnych problemów. Zmiany grubości ścian wyrobów z tworzyw wzmocnionych włóknem szklanym pociągają za sobą zmianę kierunku ułożenia włókien(załącznik-rys.14). W pobliżu ściany formy włókna układają się w kierunku płynięcia, natomiast pośrodku przekroju ścian wyrobu ułożenie włókien jest przypadkowe. Przy zwiększaniu grubości ścian zwiększa się przekrój, w którym włókna układają się w sposób przypadkowy, a grubość warstwy z włóknami ułożonymi w kierunku płynięcia prawie nie ulega zmianie co dalej jest przyczyną tego, że przy zwiększaniu grubości ścian zmniejsza się moduł sprężystości wzdłużnej przy zginaniu (czyli efekt odwrotny od zamierzonego). Przykład 3: Przy termoplastach wzmocnionych włóknami, anizotropowe właściwości materiału mają ogromny wpływ na późniejszą deformację wypraski. Należy w tym przypadku przewidzieć, czy orientacja włókien, jest określona głównie przez położenie punktu wtryskowego. W przypadku przedmiotów symetrycznych, jeżeli orientacja włókien po procesie wtrysku będzie również symetryczna, wówczas uzyskamy w obrębie wypraski równocześnie skurcz symetryczny i cały element pozostaje prosty. Podsumowanie i wnioski Symulacje komputerowe przyjęły się już na całym świecie jako podstawowe narzędzie do rozwiązywania różnorodnych problemów techniki. Umożliwiają one poznanie zachowania się produktu już we wczesnej fazie jego projektowania. Prowadzi to do skrócenia okresu wdrożenia wyrobu do produkcji, uniknięcia budowy wielu kosztownych prototypów tworzenia w oparciu nie tylko o doświadczenia ale o wiedzę o produkcie zdobytą w trakcie przeprowadzanych symulacji. Dzięki komputerowym symulacjom wtrysku, nowe uruchomienia przebiegają bez czasochłonnych i kosztownych poprawek, zarówno jeśli chodzi o geometrię jak i budowę samego narzędzia formy wtryskowej. Złożoność obecnie produkowanych wyprasek, dążenie do ciągłego obniżania kosztów oraz wzmożona konkurencja na rynku wymuszają coraz to bardziej inwestowanie w technologię i optymalizację. Biorąc pod uwagę fakt, że wydajność współczesnych komputerów jest coraz to większa - na rynku pojawia się również coraz to więcej dostępnych programów symulacyjnych, których dokładność i stosunkowa duża wszechstronność przeprowadzanych analiz jest już na tyle wystarczająca, że tego typu programy stanowić mogą nieocenioną pomoc dla konstruktorów narzędzi, wyprasek czy technologów układających proces technologiczny wtrysku. Trend stosowania programów symulacyjnych wciąż się rozszerza i podobnie jak to ma miejsce od paru lat w wielu uprzemysłowionych krajach UE, najbliższe lata powinny spowodować zmiany w tym obszarze również wśród polskich firm. Podobnie jak programy do tworzenia dokumentacji oraz projektowania CAD staną się one standardem dla wszystkich firm z branży. Warunkiem spopularyzowania programów do symulacji reologicznej jest ich optymalna użytkowość, dostępność, łatwość obsługi. Programy te powinny posiadać odpowiednią metodę obliczeniową dla każdego problemu, wspomagać interpretację wyników i automatycznie proponować strategię rozwiązania problemu. Powinny być również optymalnie zintegrowane z produkcyjnymi wymaganiami firmy, co oznacza współpracę programu z innymi programami istniejącymi na rynku poprzez przyjęcie odpowiednich standardów wymiany danych jak również wykonanie dalszych analiz, np. analizy strukturalne, wytrzymałościowe, optymalizację kształtu, kontrolę jakości, etc. Należy jednak pamiętać, że programy symulacyjne tworzone są by wspomóc pracę konstruktora i technologa. Nie są tworzone by wyeliminować całkowicie człowieka. To człowiek interpretuje wyniki i podejmuje ostateczną decyzję oraz jest nadal odpowiedzialny za jej skutki. Wobec tego bezspornego faktu, doświadczenie w danej branży nadal będzie w cenie. Aktualnie producent programu Cadmould, firma SIMCON oraz partnerzy (stowarzyszenie INTRA, Instytut IKV), podejmują wzmożoną działalność, aby poprawić dokładność wyników i uzyskać jak najbardziej wierne ich przełożenie w stosunku do rzeczywistości. W niedalekiej przyszłości standardem staną się programy opierające się na modelu objętościowym (3D). 7

LITERATURA: [1] Materiały wewnętrzne firmy Simcon, [2] Krzysztof Wilczyński Reologia w przetwórstwie tworzyw sztucznych, WNT, Warszawa 2001, [3] TS Raport, dwumiesięcznik wydawany przez firmę Wadim-Plast ZAŁĄCZNIK Przykłady wyników z komputerowej symulacji procesu wtrysku. (Uzyskane przy pomocy rodziny programów firmy Simcon: Cadmould) a/ b/ Rys.1: Porównanie wyników symulacji dla modelu typu midplane i powierzchniowego. Na rysunkach rozkład wartości odpowiadających czasowi wypełnienia gniazda podczas fazy wtrysku. Rys.2: Przykład wyników symulacji uzyskanych dla modelu typu objętościowego (3D) Model ten sam jak na Rys.1 Wyniki przedstawiają skurcz liniowy kierunkowy (w osi Z). Rys.3: Wyniki symulacji rozłożone na siatce elementów skończonych. Wyniki przedstawiają różnicę ciśnienia (bar) pomiędzy punktem wtrysku a poszczególnymi obszarami wypraski. 8

a/ b/ Rys.4: a - Przykład gniazda formy z zamodelowanym kompletnym układem wtryskowym i chłodzenia. Przykładowe parametry procesu: liczba kanałów chłodzących = 7, medium chłodzące = woda, przepływ = 13.5 dm3/s temperatura wtrysku = 250 C, czas wtrysku = 2.7 s, czas chłodzenia = 40 s, czas otwarcia formy = 18.5 s długość cyklu = 61.2 s b - Rozkład temperatury podczas fazy wtrysku Rys.5: Przykład symulacji dla całego gniazda z uwzględnieniem układu kanałów wtryskowych. Na rysunku mapa wartości obrazująca procentową grubość zakrzepniętej warstwy, mierzoną w przekroju ścianki wypraski podczas fazy wtrysku. Obszar szary to obszar jeszcze nie wypełniony tworzywem. Rys.6: Przykład symulacji uwzględniającej układ dwóch zróżnicowanych objętościowo elementów właściwy dobór kanałów wtryskowych gwarantuje równoczesne wypełnienie obu elementów w gnieździe. Na rysunku mapa wartości obrazująca czas (sek) wypełnienia poszczególnych obszarów wypraski. 9

Rys.7: Jakościowa ocena wypraski uwzględniająca obszary, dla których występują problemy podczas fazy wypełniania gniazda (obszar czerwony i żółty). Białe linie wyznaczają linie łączenia strug tworzywa, natomiast białe groty strzałek miejsca potencjalnych pułapek powietrznych. Rys.8: Jakościowa ocena wypraski przedstawiająca rozkład obszarów wypraski względem czasu (sek), po którym poszczególne obszary osiągną tzw. temperaturę wyjęcia wypraski z gniazda formy (zdefiniowaną jako parametr). Wyniki można również interpretować jako wskazania (kolor czerwony) występowania potencjalnych węzłów cieplnych. Rys.9: Wyniki pokazujące wady wyprasek powstałe w fazie chłodzenia. Na rysunku przykład wyników pokazujących wypaczenia wypraski po wyjęciu jej z gniazda formy i ostudzeniu do temperatury otoczenia. Wyniki zostały odpowiednio przeskalowane, w celu pokazania lepszego zobrazowania powstałych wypaczeń. Program umożliwia również uzyskanie wyników skurczu liniowego, deformacji kierunkowej oraz całkowitej (połączenie efektu skurczu z wypaczeniem) zarówno dla momentu bezpośrednio po wyjęciu wypraski z gniazda formy jak również po ostudzeniu do temperatury otoczenia. Rys.10: Wykres przedstawiający zakres temperatur: minimalną i maksymalną w funkcji czasu, dla wypraski podczas jej chłodzenia swobodnego, tzn po wyjęciu z gniazda formy. (Zobacz również Rys.9) 10

Rys.11: Prezentacja wyników w dowolnym przekroju wypraski. Na rysunku wyraźnie widać, że mamy do czynienia z modelem powierzchniowym. Rys.12: Prezentacja wyników tylko dla wybranego zakresu wartości. Szary kolor reprezentuje obszary, w których wartości znajdują się poza wybraną skalą. Na rysunku wyniki dla skurczu objętościowego wypraski podczas fazy dopakowania. Wyniki zostały zawężone do obszarów wypraski, dla których skurcz objętościowy jest większy od 2% (zobacz dolny suwak). W tym przykładzie szare obszary, to obszary, dla których skurcz objętościowy jest mniejszy niż 2%. Rys.13: Rozkład linii i kierunku płynięcia tworzywa w czasie fazy wtrysku. Na rysunku mapa wartości rozkładu naprężeń stycznych w czasie fazy wtrysku. Rys.14: Ułożenie włókien na różnych warstwach w przekrojach ścianek wypraski pokazano ułożenie włókien w warstwie zewnętrznej i środkowej. Na rysunku rozkład wartości skurczu objętościowego wypraski bezpośrednio po fazie wtrysku. 11