New version of simulation software Moldex3D R17 - closer to the reality of plastic parts production

Tato snaha probíhá na více úrovních a zahrnuje zlepšení popisu materiálù, zohlednìní dynamiky vstøikovacího stroje, implementaci nových výpoèetních algoritmù, simulace nových výrobních technologií a další zdokonalení.

Obr. 1: Ilustraèní obrázek propojení simulací s chováním reálného vstøikovacího stroje

Pro vylepšení popisu materiálový charakteristik výrobce softwaru významnì investuje do vlastní špièkové laboratoøe, která je vybavena nejménì 20-ti laboratorními mìøicími pøístroji pøedních svìtových výrobcù. Pro pøesné a detailní sledování procesù odehrávajících se bìhem vstøikování výrobce investoval do velice pøesné formy, která významnì pøekraèuje požadavky kladené na vysoce leštìné díly/formy. Forma je vybavena èetnými senzory tlaku a teploty a umožòuje zaznamenat detailní podmínky v dutinì formy. Tato data jsou využívána nejen ke kalibraci a zpøesnìní vstupních podmínek (zejména chování vstøikovacího stroje), ale také pro zpìtné vyhodnocení namìøených materiálových charakteristik a algoritmù použitých v simulacích.

Cílem výrobce softwaru Moldex3D je co nejvíce pøiblížit virtuální svìt reálnému, což je nutnou podmínkou pro nastupující éru plné automatizace a digitalizace výrobních procesù známou pod názvem Prùmysl 4.0. Pøiblížení virtuálního a reálného svìta je možné pouze za pomoci velmi pøesného popisu reality, což je umožnìno pøesnými laboratorními mìøeními, podchycením reakcí vstøikovacích strojù, a také správnými výpoèetními algoritmy a rovnicemi popisujícími sledovanou realitu.

Popisy materiálù - nová plniva

V automobilovém prùmyslu jsou hojnì používány termoplastové kompozity s vláknitým plnivem, které zlepšuje mechanické vlastnosti výrobkù. Ve vìtšinì pøípadù jsou však vyšší mechanické vlastnosti vykoupeny vìtšími deformacemi dílù. Pokud zákazník požaduje zvýšenou pevnost a tuhost pøi zachování nízkých deformací, musí využít minerálních plniv, nebo kulièek. Tato plniva potlaèují významnì deformace dílù, ale na druhou stranu nedosahují hladiny pevnosti a tuhosti, jakou mají vláknitá plniva.

Obr. 2: Standartní vlákna vs. plochá vlákna a porovnání jejich prùøezu

V nedávné dobì vyvinula tokijská spoleènost Nitto Boseki, spoleènost specializující se na výrobu textilních a sklenìných vláken, nový typ vlákna, které zachovává pevnost a tuhost sklenìných vláken, ale zároveò významnì potlaèuje výsledné deformace dílù. Obvyklý prùøez vláken používaných v termoplastových kompozitech je kruhového prùøezu. Po letech vývoje firma Nitto Boseki uvedla na trh plochá vlákna, která mají prùøez blízký obdélníku. Tento nový typ výztuže nezpùsobuje tak výrazné deformace dílù, a proto je vhodný pro mechanicky zatìžované díly, u nichž jsou požadovány pøesné rozmìry. Novì vzniklé plnivo však nelze popsat standardními modely, a proto bylo potøeba pøipravit pro jeho popis nový matematický model. Firma CoreTech Systems ve své laboratoøi namìøila finální vlastnosti materiálu, na mikroúrovni popsala charakteristiku vláken zejména pomocí pomìru plochosti jeho prùøezu a samozøejmì i aspektního pomìru délky vlákna a pøipravila nový materiálový model pro popis jeho chování viz.obr.2. To umožnilo predikovat reálné deformace výsledného dílu pomocí softwaru Moldex3D. Simulace ukazuje snížení deformace dílu cca o 60% - viz. obr.3.

Obr.3: Porovnání predikovaných deformací u dílu vyztuženého standardními vlákny (nahoøe) a plochými vlákny (dole)

Provázané analýzy

Standardní výpoèty toku taveniny materiálu plnìného zejména vláknitým plnivem jsou provádìny ve dvou krocích. V prvním kroku se vypoèítá proudìní taveniny a ve druhém kroku na základì získaných výstupù (napø. smykových rychlostí, viskozity taveniny, atd.) je dopoèítávána orientace plniva. Tato metoda byla v prùbìhu minulých dvou desetiletí zdokonalována a v souèasnosti dosahuje Moldex3D jedné z nejlepších pøesností orientace vláken z dostupných simulaèních softwarù, což je potvrzeno nezávislými testy tøetích stran. Standardní simulace neberou v potaz zpìtný vliv orientace plniva na teèení taveniny, což mùže v urèitých pøípadech hrát výraznou roli.

Po letech výzkumu firma CoreTech Systems zavedla nové modely výpoètu teèení a orientace plniv do softwaru Moldex3D. Jedná se o pokroèilé simulace, kde je pomocí iterací zpøesòován tvar èela postupující taveniny vlivem orientace plniva. Výsledná orientace plniva je pak zpìtnì ovlivnìna pozmìnìným tokem. Obr.4 znázoròuje, jak se mùže zmìnit tvar èela taveniny pøi plnìní dutiny formy vlivem orientace plniva. Výsledné rozdíly v plnìní nejenže ovlivní konstrukci formy (pozice vtokù a odvzdušnìní), ale také mechanické vlastnosti dílu. Schopnost popsat pomocí simulací co nejreálnìji výrobní proces je dùležitá zejména v posledních letech, kdy se stále více rozšiøují pokroèilé pevnostní výpoèty navazující na simulace výrobního procesu.

Obr.4: Porovnání tvaru èela proudící taveniny s obsahem vláknitého plniva. Levý obrázek znázoròuje výsledek dosažený standardním postupem (decoupled analýza). Pravý obrázek je výsledek simulace pomocí provázané (coupled) analýzy.

Odezva vstøikovacího stroje a efekt stlaèitelnosti materiálu

S cílem posunout simulace o krok blíže k reálnému svìtu Moldex3D R17 zavádí vylepšené možnosti implementace skuteèného chování vstøikovacích strojù. Do souèasné doby simulaèní softwary nebraly v potaz dynamiku vstøikovacího stroje, což mìlo za následek "ostøejší" reakce simulace na zmìny v procesu oproti realitì. V reálných vstøikovacích strojích dochází ke zpoždìní reakce na zadaný pokyn, což je dáno napø. efektem stlaèitelnosti hydraulického systému, stlaèitelností taveniny v komoøe a v neposlední øadì schopností vyvinout maximální vstøikovací síly a rychlosti v krátkém èase, ne však zcela okamžitì. Všechny tyto vlivy ve výsledku zpùsobují "pružné" reakce na vydané pøíkazy. Zmapování tohoto chování pro konkrétní stroj umožòuje simulaènímu softwaru Moldex3D reálnìji popsat proces vstøikování a pøenést nastavení stroje ze simulací pøímo do výroby.

Obr.5: Porovnání predikovaných prùbìhù tlakù a rychlostí (modré køivky) s reálnou odezvou vstøikovacího stroje (žluté a èervené køivky)

Nové moderní uživatelské prostøedí Moldex3D Studio

Moldex3D verze 17 pøináší nové uživatelské prostøedí pro pre- a post-procesing s moderním vzhledem, které spojuje všechny kroky simulace a její pøípravy do jediné sjednocené platformy. Ta výraznì zlepšuje rychlost a plynulost zobrazování zejména rozmìrných modelù dílù a forem. Uživatelé tak šetøí èas pøi pøípravì i vyhodnocování výsledkù simulací. U složitých modelových sestav mohou uživatelé jednoduše zapínat a vypínat jednotlivé èásti dílù, nebo forem. Nová grafická prezentace výsledkù pøináší rozšíøené možnosti zobrazení výsledkù. Pomocí nástrojù mìøení a mìøítka ve Studiu mohou uživatelé napøíklad pøímo mìøit hodnoty smrštìní dílu a provádìt okamžité zmìny návrhu s cílem kompenzace smrštìní. Významným rozšíøením možností prezentace simulací je soubìžné zobrazení výsledkù z rùzných výpoètù. Moldex3D Studio tak pomáhá urychlit vývoj nových produktù a snížit výrobní rizika.

Obr.6: Nové uživatelské pracovní prostøedí Moldex3D Studio

NAVŠTIVTE NÁS NA VELETRHU MSV V BRNÌ – HALA G1, STÁNEK 89.

Bližší informace o CAE simulaèním softwaru pro vstøikování Moldex3D Vám poskytne firma

SimulPlast, s.r.o.
v Èeské republice tel.: +420 603 172 451,  simulplast@simulplast.cz,
ve Slovenské republice tel.: +421 911 427 019, simulplast@simulplast.sk