Deep Moldex3D mold analysis before production from SimulPlast

Po dobu této �innosti byly úsp�šn� optimalizovány stovky výrobk� a forem a poda�ilo se p�edejít �ad� problém� souvisejících s chybami designu díl� a konstrukce forem. Tematika pou�ívání CAE softwaru p�i vývoji plastových díl� s následnou optimalizací formy je ji� dlouhou dobu diskutovaná odbornou ve�ejností. �astým d�vodem neprovedení analýzy dílu a formy je argument, �e za tuto �innost je zodpov�dný výrobce formy. V tomto �lánku se budeme v�novat analýze vtokové soustavy.

Proces poptávky formy za�íná zasláním hotového designu dílu s informacemi o plastovém materiálu a po�adavk� na vzhledové resp. funk�ní �asti dílu do nástrojárny. Trendem n�kterých dodavatel� je velmi rychlé zaslání návrhu vyrobitelnosti (DFM) s variantami pozic vtok�, ov��ením odformovatelnosti (odformovací úhly), pozic vyhazova�� �i taha�� s maximálním respektováním designu dílu navrhnutého zákazníkem. Nechybí ani pozice studených spoj�, které �eší spíše estetické nároky na díl. Co však analýza výrobce formy ne�eší je pevnost studených spoj�, mo�né další vzhledové chyby, reálné deformace a jejich p�í�iny. Velmi �asto ve snaze získat zakázku jsou v simulaci pou�ity nereálné parametry vst�ikování. Nap�. napln�ní výlisku bu� velmi rychle za desetinu optimálního �asu, aby materiál zatekl i do nejten�ích st�n, anebo extrémn� pomalý vst�ik, aby se sní�ily tlaky, p�ípadn� je nastavená teplota taveniny vysoko nad reálnou hodnotou s cílem sní�it uzavírací sílu, zredukovat po�et vtok�, apod.

Na základ� t�chto podklad� vznikne forma, která v praxi m��e mít velké mno�ství problém�. Její odlad�ní trvá dlouho, je nákladné, musí se ud�lat náro�né úpravy a v nejhorším p�ípad� je nutné ji vyrobit znovu. P�itom by sta�ilo být skute�n� odborným partnerem svému zákazníkovi. Namísto slepého uznání po�adavk� zákazníka je t�eba poukázat na nedostatky designu dílu, nepromyšlené nároky, které díl v kone�ném d�sledku nepot�ebuje, resp. jiné po�adavky (pozice a po�et vtok�, respektování vlastností materiálu apod.).

Obr.1: Velká lokální tlouš�ka st�ny zp�sobuje porozitu hotového výrobku (obr. vlevo – velké objemové smršt�ní v tlustost�nné oblasti, obr. vpravo – porozita materiálu uvnit� tlustost�nné oblasti dílu vlivem velkého objemového smršt�ní)

P�íkladem je konstrukce jednoduchého dílu, kde bylo porušeno n�kolik zásad správného designu plastového výlisku, dopln�ná chybami konstrukce formy. Nejprve designer dílu nedodr�el základní pravidla o tlouš�ce st�ny výlisku a konstruktér formy navrhl poddimenzované pr�m�ry vtok� s velmi malým ústím vtoku a navíc s nesprávnou pozicí na výlisku. Výsledkem je chybný výlisek s propadlinami, porozitou (viz. obr.1) a šmouhami (viz. obr.2). Po vyhodnocení situace byla zákazníkovi doporu�ená zm�na designu. Navzdory protest�m ohledn� termínu za�átku výroby (SOP za 2 týdny) po prov��ení návrh� vyplývajících ze simulace koncový zákazník sám na jejich základ� upravil design dílu a dal si ho op�tovn� prov��it výpo�tem. Nové �ešení bylo bezchybné. Kone�né náklady za opravu formy byly na úrovni 10% z ceny formy. V ka�dém p�ípad� ni�ší, ne� p�ípadné reklamace zp�sobené praskajícími výlisky vlivem porozity, resp. znehodnoceným vzhledem výlisku.

Obr.2: Poddimenzovaný pr�m�r ústí vtoku zp�sobuje degradaci materiálu – povrchové šmouhy

Dalším velmi �astým problémem je volba pozic horkých trysek a jejich �asování p�i kaskád�. Snaha po sní�ení prvotních náklad� p�i výrob� formy vede k maximální redukci po�tu trysek, co� vede k vysokým plnícím tlak�m spojeným s tvorbou tzv. lesklin povrchu a neumo��uje správné na�asování otevírání kaskády – vytvá�ejí se tlakové �áry na povrchu. Proto�e vým�na horkého systému je velmi vysokým nákladem (�ádov� desetitisíce €), �eší se to následn� lakováním (dodate�né náklady na lakování), manuální úpravou povrchu výlisku (dodate�né náklady na pracovníka), anebo v lepším p�ípad� dohodou se zákazníkem na ni�ší kvalit� vzhledu povrchu (akceptace menších propadlin, viditelnost studených spoj�, apod.), co� m��e vést i ke ztrát� stupn� kvality dodavatele. Stanovením správného po�tu a rozmíst�ní trysek horkého systému se zjednoduší nastavení vst�ikovacích parametr� p�i spušt�ní standardní produkce. Stabiln�jším �ešením, které je v souladu se sou�asným trendem Pr�mysl 4.0, je pou�ití tlakových senzor� na �asování otevírání jehel horkých vtok�. Takovéto �ešení p�ináší reálné otevírání jehel zohled�ující výkyvy procesu výroby (kolísání kvality taveniny, zm�ny šar�e materiálu apod.). Na jednoduché lišt� dlouhé 900 mm o tlouš�ce 2,2 mm, co� je dnes standard pro interiérové díly, je ilustrovaný vliv po�tu a pozic trysek na vznik tlakové �áry a nár�st tlaku, který m��e vyvolávat vznik tzv. „lesklin“. Sledovaný byl vliv okam�iku otev�ení trysky na profil rychlosti �ela taveniny a spot�eba plnícího tlaku. Pro 900 mm lištu je mo�né pou�ít 3 – 5 trysek. Všeobecný trend je pou�ít co nejmén� trysek kv�li šet�ení náklad�.

Obr.3: Modely rozmíst�ní trysek pro kaskádové vst�ikování

Prov��eny byly t�i modely (viz. obr.3):
Model 1 - t�i trysky s rovnom�rnou vzdáleností ¼ délky dílu
Model 2 - t�i trysky se vzdáleností zohled�ující pozd�jší otevírání jehel
Model 3 - p�t trysek s optimalizovanou vzdáleností na tlak a otevírání jehel

U modelu �. 1 se stejnom�rnou vzdáleností trysek dochází ke zm�n� rychlosti �ela taveniny p�i otev�ení krajních trysek. To se projevuje vznikem tlakové �áry resp. zm�ny odstínu odlesku (viz. obr.4). Tlak je vyrovnan�jší u modelu �. 2 díky optimalizaci otvírání jehel. Pozd�jší otvírání jehly zabra�uje prudkému nár�stu rychlosti taveniny a tím i ne�ádoucímu jevu za vzniku povrchových vad. Podobn� je tomu u modelu �íslo 3 s p�ti tryskami.

Nejmenší nár�st tlaku a tím také nejni�ší nebezpe�í vzniku „lesklin“ je u modelu s 5-ti tryskami. Optimalizací po�tu a pozice trysek horkého vtokového systému a zohledn�ním pou�itého materiálu je mo�né efektivn� p�edcházet nekvalit� výrobk� a sní�it náklady spojené s dodate�nou úpravou výlisk� �i formy, resp. p�edcházet mo�né ztrát� zákazníka.

Obr.4: Typy vzhledových vad: lesklina (vlevo), povrchová �ára (uprost�ed), zm�na lesku povrchu (vpravo)

Obr. 5: Z �ava: Profil vst�ikovacího tlaku p�i pln�ní dutiny formy u modelu 1 (�ervená �ára) a u modelu 2 (zelená �ára): delší dráha toku taveniny z druhé trysky u modelu 2 vyvolává vyšší spot�ebu tlaku. Profil vst�ikovacího tlaku p�i pln�ní dutiny formy u modelu 1 (�ervená �ára) a u modelu 3 (zelená �ára): v�tší po�et trysek sni�uje celkovou spot�ebu tlaku a ú�inn�jší je i p�sobení dotlaku, co� pomáhá p�i odstra�ování propadlin.

Záv�r:

Zapojení simula�ního softwaru  Moldex3D ji� do rané fáze nových projekt� umo��uje získat dostate�nou jistotu p�i interních rozhodovacích procesech. Pro konstruktéry je výhodná jeho implementace do CAD softwar� NX, Creo, SolidWorks a SolidEdge, p�i�em� pracovat doká�e bez problém� i s celou �adou dalších CAD datových formát�. Moldex3D slou�í zejména pro ov��ení designu dílu a formy, ale m��e také následn� pomoci p�i hledání p�í�in problém� s kvalitou výroby. Výstupy ze softwaru tak pomáhají konstruktér�m a výrobc�m forem p�i optimalizaci (geometrie dílu/dutiny, design chladicích systém�, umíst�ní, rozm�ry a po�ty vtok� atd.), p�ípadn� i technolog�m p�i �ešení výrobních problém� a redukci výrobních �as�. Díky p�esným a spolehlivým výsledk�m se stal simula�ní software Moldex3D základem pro dobrou kvalitu finálních výlisk�.