Plasty Gabriel: Development of the injection mold from a simulation analysis CADmould a VARIMOS

První simula�ní analýzy byly zpracovány pro materiál GRILAMID LV-2A NZ b�hem konstrukce vst�ikovací formy. P�i nastavování technologických parametr� se vyšlo z hodnot doporu�ených výrobcem materiálu.

Výstupem z analýz byly p�edevším konstruk�ní doporu�ení, z nich� n�která uvádíme:

• Porovnání r�zných poloh vtokových ústí p�edevším z hlediska minimalizace deformací a navr�ení nejvhodn�jší polohy.

• Návrh dimenzování vtokové soustavy.

• Posouzení polohy studených vtok�, stanovení míst odvzdušn�ní.

• Posouzení tempera�ní soustavy, návrh konstruk�ních úprav temperace.

• Orienta�ní technologické parametry.

• Smykové nap�tí, smykové rychlosti, teplota proudící taveniny, tlakové ztráty, propady, sm�r sklen�ných vláken atd.

• Smršt�ní a deformace: návrh pr�m�rného smršt�ní, návrh diferencovaných hodnot smršt�ní, stanovení redukovaných deformací.

Obr. 1: Analyzovaná sestava dílu, vtokového a tempera�ního systému

Analýzou bylo stanoveno, �e u n�kterých rozm�r� nebudou spln�ny po�adované tolerance a to i p�i nastavení parametr�, p�i kterých byly dosa�eny nejni�ší deformace.

Obr. 2: Redukovaná deformace dílu Rám P 10 C

Reálné zkoušky a opakovaná analýza Cadmould® s upravenými technologickými parametry

P�i testování formy byla nejprve nastavena doporu�ovaná teplota taveniny. Po dodání nového materiálu se však ukázalo, �e teplota taveniny bude muset být zvýšena, nebo� GRILAMID LV-2A NZ nyní vykazoval vysokou viskozitu a tím pádem zhoršenou tekutost. Zvýšením teploty taveniny bylo dosa�eno zate�ení taveniny do všech �ástí tvarové dutiny, deforma�ní chování se však zm�nilo minimáln�. Z d�vodu nespln�ní n�kterých tolerancí bylo p�istoupeno k výrob� chladicích p�ípravk�, na které jsou výst�iky po vyhození z formy nasazeny.

Obr. 3: Pr�b�h tlaku b�hem fáze pln�ní a dotlaku

Simula�ní výpo�ty Cadmould® s upravenými technologickými parametry, p�edevším zvýšenou teplotou taveniny a vysokým plnicím tlakem, byly návazn� provedeny p�edevším s cílem porovnání deforma�ních výsledk�. Pro zvýšení výpo�tové p�esnosti byl do simula�ního posouzení zahrnut i konec plastika�ní jednotky, resp. tavenina p�ed �elem šneku. Jak dokládá obr. 4, deforma�ní výsledky jsou podobné (viz porovnání s obr. 2) a dob�e korelují s reálnými deformacemi. Z uvedeného vyplývá, �e op�t byly získány deforma�ní hodnoty, které u n�kterých rozm�r� nele�í v toleran�ním rozsahu.

Obr. 4: Redukovaná deformace dílu Rám P 10 C (vysoký vst�ik.tlak, vysoká teplota taveniny)

Co je p�í�inou skute�nosti, �e i p�i zm�n� n�kterých technologických parametr� nedošlo k výrazn�jší zm�n� rozm�r�?

Tato rozm�rová „stabilita“ je zp�sobena p�ítomností sklen�ných vláken v polymerní matrici vst�ikovaného materiálu. P�íklad p�eva�ujícího nasm�rování vláken uvádí nasledujíci obrázek.

Obr. 5: Stupe� orientace a p�eva�ující sm�r orientace sklen�ných vláken

Verifikace deforma�ních výsledk� s vyu�itím systému VARIMOS® Virtual

Virtuální a reálná optimalizace procesu vst�ikování plast�, z anglického textu zkrácen� VARIMOS®, je expertní systém n�mecké firmy Simcon GmbH. Sestává ze dvou základních �ástí – virtuální a reálné. Co je hlavním úkolem systému VARIMOS® Virtual? Ov��it a zaru�it, �e námi zvolené procesní parametry jsou nejvýhodn�jší pro zaru�ení výroby dílu v po�adované kvalit�, a také maximáln� stabilizovat výrobu p�i sní�ení závislosti kvality výrobku na vn�jších vlivech. Z tohoto stru�ného seznámení s významem systému VARIMOS® vyplývá, pro� jsme se rozhodli u�init ješt� t�etí krok: Skute�n� nelze vyráb�t Rám P 10 C p�i spln�ní všech toleranci bez nutnosti pou�ívání chladicích p�ípravk�?

Do optimaliza�ního a verifika�ního procesu vstupují dv� skupiny dat:

1. Kvalitativní kritéria, která musí být spln�na, aby výrobek odpovídal konstruk�nímu zadání: nap�. spln�né tolerance rozm�r�, nep�ekro�ené odchylky od tolerance rovinnosti, po�adovaný pr�b�h pln�ní, vyhovující vzhled atd. Do kvalitativních kritérií m��eme také zahrnout ekonomické po�adavky jako nap�. dobu vst�ikovacího cyklu, p�ídr�nou sílu atd. V našem konkrétním p�ípad� byly zadány p�edevším tolerance kritických rozm�r�.

2. Rozsah konstruk�ních úprav a rozsah technologických parametr�. VARIMOS® automaticky vypo�ítá a navrhne takové úpravy konstrukce a taková nastavení technologických parametr� (v rámci zadaných rozsah�), která objektivn� zajistí co nejlepší výše uvedené kvalitativní hodnoty. Jaké parametry m��eme automaticky optimalizovat, abychom splnili kvalitativní kritéria? Jsou to nap�íklad tlouš�ka st�n výrobku, poloha vtoku, veškeré technologické parametry v�etn� automatické optimalizace profilu pln�ní, profilu dotlaku a podmínek temperace (rychlost pr�toku temperan�ního média a jeho teplota).

V analyzovaném p�ípad� jsme se mohli zam��it pouze na zadání varia�ního rozsahu technologických parametr�:

doba vst�ikování: 1.35 s – 1.75 s

teplota taveniny: 260°C – 310°C

doba dotlaku: 15 s – 25 s

doba dotlaku a chlazení: 85 s – 105 s

velikost dotlaku (1. fáze): 450 bar� – 850 bar�

velikost dotlaku (2. fáze): 250 bar� – 450 bar�

teplota tempera�ní vody samostatn� pro ka�dý tempera�ní okruh: 60°C – 90°

Obr. 6: Redukovaná deformace dílu Rám P 10 C (vysoká teplota taveniny, nízké zbytkové vnit�ní nap�tí)

Systém VARIMOS® návazn� vytvo�il výpo�tovou matici, automaticky vyhodnotil a zpracoval simulace, vytvo�il výpo�tový model (objemové technologické okno) a návazn� navrhnul optimální technologické parametry se zam��ením na co mo�ná nejlepší spln�ní kvalitativních kritérií, tedy p�edevším dodr�ení zadaných tolerovaných rozm�r�. P�íkladem jednoho z mnoha výsledk� je redukovaná deformace dílu Rám P 10 C na obr. 6.

Záv�ry vyplývající z analýz provedených pomocí systému VARIMOS® Virtual

Optimaliza�ní analýza potvrdila:

a) Správnost reáln� pou�ívaných parametr� vst�ikování ve firm� Plast Form Service s.r.o. (na rozdíl od n�kterých parametr� doporu�ovaných výrobcem PA). Zvl. vysoká teplota taveniny okolo 310°C velmi pozitivn� ovliv�uje velikost zbytkového vnit�ního nap�tí v dílu.

b) Všechny vypo�ítané deforma�ní hodnoty jsou obdobné a dokládají, �e nelze technologicky dosáhnout n�kterých výkresových tolerancí a je nutné pou�ít chladicí p�ípravky pro sní�ení deformací.

e) Zásadní vliv na deformace má p�edevším vlastní konstrukce výrobku a p�ítomnost sklen�ných vláken v polymerní matrici.

www.cadmould.cz

www.jansvoboda.cz

Tuto problematiku rozebíral Ing. Ji�í Gabriel na seminá�i Formy a Plasty Brno 2017: