Digital prototype Autodesk Moldflow Simulation of Smartplast Ltd.

Krom� základních analýz m��eme analyzovat následující problémy: Velké deformace, kdy dochází ke ztrát� stability tvaru vst�ikovaného dílu. Stav reziduální napjatosti v plastovém dílu. Orientaci dlouhých vláken, kterými je plast napln�n a jejich lámání v pr�b�hu vst�ikovacího procesu. Transientní chlazení (v závislosti na �ase) v celém objemu vst�ikovací formy. Technologie vst�ikování 2K, GIT, CIM. Deformace zást�ik�, p�ípadn� �ástí vst�ikovací formy p�sobením tlaku taveniny ve form�.

Velké deformace
„Velké a malé deformace“ je název typu analýzy, který p�ímo nesouvisí se skute�nou velikostí deformace. Analýzou „malých deformací“ je myšlena lineárn� elastická deformace ortotropního materiálového modelu. Ten je pou�it v p�ípad� polymeru pln�ného sklen�nými vlákny. V p�ípad� polymeru bez vláken je pou�it isotropní materiálový model. V p�ípad� „velkých deformací“ jsou pou�ity stejné materiálové modely, ale po�ítá se zde se ztrátou stability st�ny a deformace vst�ikovaného dílu tak mohou být o �ád vyšší. (obr.1). Tento výpo�tový model je vhodný zejména pro duté tvary, vyztu�ené �ebrováním, kdy dochází ke ztrát� stability st�ny vst�ikovaného dílu vlivem reziduálního nap�tí po vyhození z dutiny formy.

Obr. 1: Analýza vst�ikovaného dílu, „malé deformace“, „velké deformace“, srovnání s realitou.

Stav reziduální napjatosti
Reziduální nap�tí jsou mechanická nap�tí vznikající ve výst�iku bez p�sobení vnit�ních sil. Jsou jedn�mi z nap�tí generovaných ve výst�iku v pr�b�hu vst�ikovacího cyklu. Z�stávají ve výst�iku i po vyhození z dutiny formy, kdy se výst�ik ochlazuje na teplotu okolí. Reziduální nap�tí zp�sobují deformaci a smršt�ní výst�iku a mají také vliv na nap�ové trhliny p�sobením environmentálního zatí�ení-UV zá�ení, teplotní šoky, tenzoaktivní látky. (obr. 2). Jsou indukována v pr�b�hu vst�ikovacího procesu jako výsledek rozdílného smršt�ní a omezeného toku taveniny uvnit� dutiny formy. Reziduální nap�tí ve výst�icích jsou výsledkem tokové, teplotní a tlakové historie a jsou klasifikována do dvou základních typ�: tokov� indukované nap�tí a teplotn� indukované nap�tí. Analýza reziduálních nap�tí je nezbytná u díl�, které jsou siln� mechanicky namáhány, vystaveny tenzoaktivnímu prost�edí nebo st�ídání teplotního zatí�ení. Reziduální nap�tí lze p�enést do FEM �eši�� pro mechanické a teplotní úlohy.

Obr. 2: Lom plastového dílu a Analýza reziduálního nap�tí, nap�ová špi�ka.

Orientace dlouhých vláken
Orientace vláken p�i vst�ikování má významný vliv na mechanické chování plastového dílu. Sklen�ná vlákna u vst�ikovaných díl� vnáší do polymerní matrice silnou anizotropii (rozdílné vlastnosti v r�zných sm�rech). Abychom mohli správn� a hlavn� co nejp�esn�ji vyhodnotit deforma�ní analýzu a crash testy díl� vst�ikovaných z t�chto polymer�, je nutno tuto anizotropii na vstupu popsat. Popsat anizotropii znamená ur�it orientaci sklen�ných vláken po napln�ní dutiny vst�ikovací formy a následn� tuto orientaci p�evést na materiálové vlastnosti, jako jsou modul pru�nosti v tahu a smyku a Poissonovo �íslo (obr. 4). Tyto veli�iny pak popisují nelineární elastické chování daného polymeru pro nízké rychlosti deformace. U dlouhých sklen�ných vláken dochází p�i pr�chodu plastika�ní jednotkou, vtokovým systémem a dutinou formy k lámání p�sobením rozdílu v hodnotách rychlosti smykové deformace v pr��ezu st�ny dílu (obr. 3). Tento jev popisuje analýza distribuce délky sklen�ných vláken ve st�n� vst�ikovaného dílu.

 Obr. 3: Pln�ní dutiny formy nárazníku a zm�na délky dlouhých sklen�ných vláken (p�vodní délka 10mm).

Obr. 4: Modul pru�nosti krátká sklen�ná vlákna a dlouhá sklen�ná vlákna.

Transientní chlazení v plném objemu nástroje a RHCT
Jestli�e máme vytvo�enu sestavu vst�ikovací formy, m��eme za�ít analyzovat její chlazení. Poloha chladících kanál� a chladících prvk� má zásadní vliv na teplotní pole dutiny vst�ikovací formy. Homogenita teplotního pole a tedy velikost teplotních rozdíl� ur�uje kvalitu a následnou deformaci plastového dílu. V Autodesk Moldflow Insight krom� standartních analýz teplotního pole s 1D chladícími prvky a výpo�tem chlazení v ustáleném stavu m��eme analýzu provést v objemu celé formy nebo tvarové vlo�ky s výpo�tem teplotního pole v závislosti na �ase cyklu (obr. 5). Výpo�et m��e být také proveden od studeného startu a� po ustálený stav teplotního pole po nap�. 50 vst�ikovacích cyklech.

Obr. 5: Transientní chlazení v celém objemu vst�ikovací formy s vyu�itím RHCT.

Další mo�ností je analýza RHCT (Rapid Heating and Cooling Technology) umo��ující simulaci dynamického oh�evu formy na teplotu blízkou teplot� tání polymeru p�i pln�ní dutiny a následného chlazení. Tato technologie umo�ní pianový lesk dílu a potla�ení studených spoj� (obr. 6) M��eme analyzovat RHTC pomocí páry, vody a elektrických vysokovýkonných topných vlo�ek.

Obr. 6: Kvalita povrchu s a bez pou�ití RHCT, výsledek transientní analýzy chlazení do ustáleného stavu.

Technologie vst�ikování 2K, GIT
Dvou a více komponentní vst�ikování s sebou nese problémy p�i vzájemném p�sobení vst�ikovaných komponent, hlavn� p�sobením teplot a tlak� v dutin� formy. M��eme v této oblasti poskytnout výpo�ty zejména deformací dílu po vyhození z dutiny. Výpo�et deformace je proveden pro oba vst�ikované polymery, p�i�em� je zde zahrnuta deformace p�sobením druhého výst�iku na první, respektive jejich vzájemných teplot. (obr. 7)

Obr. 7: Dvoukomponentní vst�ikování termoplast a TPE a Deformace obou komponent

GIT (Gas Injection Technology) je technologie vst�ikování s plynem, který se vst�ikuje do formy spolu s polymerní taveninou a vytvá�í tak uvnit� dílu dutinu, která nahrazuje polymer a sni�uje hmotnost dílu p�i zachování dostate�né tuhosti. Je zde pou�ita varianta vst�ikování plynu do dutiny formy. Vst�ikování probíhá tak, �e se nejprve �áste�n� naplní dutina formy taveninou a poté se za�ne dávkovat plyn. Zde je nutno analyzovat velikost plynové dutiny, která vznikne v závislosti na teplot� taveniny, �ase zapnutí plynu a pr�b�hu tlaku plynu v �ase (obr. 8). Kdo zkoušel odladit tuto technologii na vst�ikovacím stroji, ten ví, jak je tato zkouška �asov� náro�ná a jak vysoké jsou náklady na ni. V Autodesk Molflow Isight lze toto odlad�ní technologie provést ve virtuální realit� Digitálního prototypu.

Obr. 8: GIT analýza a optimalizace plynové dutiny rámu zp�tného zrcátka automobilu.

Deformace zást�ik� a �ástí vst�ikovací formy
V této �ásti jsme pokro�ili k pevnostním analýzám vst�ikovací formy a zást�ik�. Autodesk Moldflow Insight umo��uje také výpo�et deformace zast�ikovaných díl� jak plastových, tak kovových, vznikajících p�sobením tlaku a dotlaku taveniny v dutin� formy (obr. 9). Toto je obzvláš� vhodné pro elektrotechnické a elektronické sou�ástky, kde jsou zast�íknuty vodivé dráhy apod. Na základ� t�chto výpo�t� m��e být optimalizován vtokový systém a vst�ikovací parametry tak, aby deformace byla minimální.

Obr. 9: Deformace a posunutí kontakt� vlivem tlaku taveniny v dutin� formy.

V Autodesk Moldflow Insight je také mo�no analyzovat vliv tvarových �ástí forem p�sobením tlaku a dotlaku taveniny na exponované díly v sestav� dutiny formy.(obr. 10) Výpo�et se provádí p�ímo v AMI modulu. Jsme schopni optimalizovat jak vtokovou soustavu a vst�ikovací parametry, tak také design dílu nebo tvarové �ásti formy. Krom� deformace tvaru m��eme také spo�ítat Von Misesovo nap�tí a hlavn� zm�nu tlouš�ky st�ny vst�ikovaného dílu vlivem deformace tvarové �ásti formy.

Obr. 10: Tvárník ve form� (�luté uzly) a deformace tvárníku p�sobením tlaku taveniny v dutin� formy.

Více informací na www.smartplast.cz, rubrika Odborné �lánky.