ì r VSTŘIKOVACÍ FORMA PŘIHRÁDKA Simulace plnění · Katedra konstruování stroj ½ disponuje...

Katedra konstruování stroj

Fakulta strojní

K 5 PLASTOVÉ

8 VSTŘIKOVACÍ FORMA PŘIHRÁDKA - Simulace plnění

doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D. a kolektiv

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem

a státním rozpo tem eské republiky

verze - 1.0

KA05.08 - Simulace plnění strana 1

Hledáte kvalitní studium?

Nabízíme vám jej na Kated e konstruování stroj

Katedra konstruování stroj je jednou ze šesti kateder Fakulty strojní na Západo eské univerzit v

Plzni a pat í na fakult k nejv tším. Fakulta strojní je moderní otev enou vzd lávací institucí

uznávanou i v oblasti v dy a výzkumu uplat ovaného v praxi.

Katedra konstruování stroj disponuje modern vybavenými laborato emi s po íta ovou technikou,

na které jsou nap . student m pro studijní ú ely neomezen k dispozici nové verze p edních CAD

(Pro/Engineer, Catia, NX ) a CAE (MSC Marc, Ansys) systém . Laborato e katedry jsou ve všední dny

student m pln k dispozici nap . pro práci na semestrálních, bakalá ských i diplomových pracích, i

na dalších projektech v rámci univerzity apod.

Kvalita výuky na kated e je úzce propojena s celouniverzitním systémem hodnocení kvality výuky, na

kterém se pr b žn , zejména po absolvování jednotlivých semestr , podílejí všichni studenti.

V sou asné dob probíhá na kated e konstruování stroj významná komplexní inovace výuky, v rámci

které mj. vznikají i nové kvalitní u ební materiály, které budou v nadcházejících letech využívány pro

podporu výuky. Jeden z výsledk této snahy máte nyní ve svých rukou.

V rámci výuky i mimo ni mají studenti možnost zapojit se na kated e také do spolupráce s p edními

strojírenskými podniky v plze ském regionu i mimo n j. ada student rovn ž vyjíždí na studijní stáže

a praxe do zahrani í.

Nabídka studia na kated e konstruování stroj :

Bakalá ské studium (3roky, titul Bc.)

Studijní program B2301: strojní inženýrství

(„zam ený univerzitn “)

B2341: strojírenství

(zam ený „profesn “)

Zam eníStavba výrobních stroj a za ízení

Dopravní a manipula ní technika

Design pr myslové techniky

Diagnostika a servis silni ních vozidel

Servis zdravotnické techniky

Magisterské studium (2roky, titul Ing.)

Studijní program N2301: Strojní inženýrství

Zam eníStavba výrobních stroj a za ízení

Dopravní a manipula ní technika

Více informací naleznete na webech www.kks.zcu.cz a www.fst.zcu.cz

Západo eská univerzita v Plzni, 2013

ISBN

© doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D.

Ing. Eduard MüllerIng. Miroslav Grach


SIMULACE PLNĚNÍ DÍLU KA05-08 - PŘIHRÁDKA

• Simulace byla provedena v softwaru Autodesk Moldflow Insight 2015• Díl byl převeden z formátu *.CATPart (Catia V5) do formátu *.STEP• Trajektorie jednotlivých kanálů byla převedena do formátu *.IGES

Základní informace o počítaném dílu

• Typ sítě: 3D elementy (Tetraedry)• Počet elementů v simulaci: 3 933 127• Sekvence simulace: chlazení + plnění + dotlak + deformace• Materiál dílu: C3322T-M12 (PP+EPDM-T20), Shanghai PRET Composites Co Ltd• Vtok: systém horkého rozvodu 2 trysek, Ø ústí vtoku = 3mm• Materiál nástroje: ocel DIN 1.2343 (Bohler W300)

Vstřikovací parametry:

• Čas plnění 2s • Bod přepnutí na dotlak 99% zaplnění dutiny • Velikost dotlaku 85% z dosaženého vstřikovacího tlaku • Čas dotlaku 12s • Teplota taveniny / trysek 215°C • Teplota chladícího média 40°C • Tlak chladícího média 8bar • Typ chladícího média voda • Čas chlazení 33s • Vedlejší časy* 5s

*vedlejšími časy se rozumí: otevírání/zavírání nástroje, vyjímání dílu, zakládání insertů, apod.


CHLADÍCÍ SYSTÉM

• Chladící systém byl kompletně převzat z formy KA.05.08.• Chladící kanály byly navrženy tak, aby rovnoměrně chladily celý díl.• Chladící kanály byly navrženy v průměrech 8mm, 10mm a 16mm.

Chladící kanály Ø8 a Ø10mm

Chladící věže Ø10 a Ø16mm

Vtokový systém (horké trysky)


PLNĚNÍ A DOTLAK - PLNĚNÍ

• Postupné zobrazení charakteru plnění dutiny vstřikovacího nástroje v čase.• Dutina naplněná z 50% objemu se naplní za 1 s.

• Dutina naplněná z 75% objemu se naplní za 1,4s.


Studené spoje

• Celkový čas plnění pro 100% objem dutiny je 2,2s.

• Tato analýza je důležitá pro odhalení vad (studené spoje, uzavírání vzduchu, místa posledního plnění =>odvzdušnění v nástroji) – viz. následující stránky.

PLNĚNÍ A DOTLAK – STUDENÉ SPOJE

• Vznik studenýchspojů je dáncharakterem plnění(viz. předchozí list).

• Studené spoje majípodobný charakterjako svary. Jejichmechanickévlastnosti jsou silněovlivněny teplotouna čele taveniny vokamžiku spojeníproudů taveniny.

• Pokud je studenýspoj situován vmístě mechanickéhonamáhání je nutnétento spoj přemístitpomocí designovézměny – kombinacezesílení a zeslabenítloušťky stěny(změna tokovéhopoměru).


PLNĚNÍ A DOTLAK – UZAVŘENÍ VZDUCHU

• V koutech a slepých tvarech dochází během vstřiku taveniny k uzavírání vzduchu. To může mít za následeknedoplnění tvaru nebo degradaci povrchu plastu vlivem tzv. Diesel efektu (vzduch se rychlým stlačováním zahříváa na teplotu několika set °C).

• Pro tato místa je nutné připravit ve vstřikovacím nástroji účinné odvzdušnění viz. KA05 Odvzdušnění (v místědělení tvarových vložek, pomocí vyhazovačů, apod.)

Uzavřený vzduch


PLNĚNÍ A DOTLAK – TLAK PŘI PŘEPNUTÍ NA DOTLAK

• Zobrazení rozložení tlaku v dutině vstřikovacího nástroje v okamžiku přepnutí z plnící fáze na dotlak (99% dutinyje zaplněno taveninou).

• Max. hodnota potřebného tlaku určuje velikost vstřikovací jednotky stroje, resp. max. tlak, který je stroj schopenvyvinout. Nutno porovnat s doporučením výrobce vstřikovacího lisu.

PLNĚNÍ A DOTLAK – TEPLOTA NA ČELE TAVENINY

• Průběh teploty načele taveniny vokamžiku plnění.Rozdíl teplot byneměl být větší jak20 °C (odnastavené teplotytaveniny).

• Při větším rozdíluteplot může dojít kpředčasnémuochlazení čelataveniny a tím knedoplnění tvaru.Teplota na čeletaveniny výrazněovlivňuje kvalitustudených spojů.

• Uvedený příklad je vyhovující (max. rozdíl teplot je 10.8 °C)

Nezaplněná místa


PLNĚNÍ A DOTLAK – PRŮBĚH TLAKU

• Časový průběh tlaku v místě přechodu mezi tryskou vstřikovacího stroje a vtokovým systémem formy. Kontrolavelikosti dotlaku => startovní tlak dotlaku = 85% max. vstřikovacího tlaku.

PLNĚNÍ A DOTLAK – UZAVÍRACÍ SÍLA

• výpočet potřebné uzavírací síly vstřikovacího nástroje (bez bezpečnostní rezervy!).

• Hodnota určuje velikost vstřikovacího stroje, resp. velikost uzavírací jednotky. (v případě poddimenzování dojdepři vstřiku k pootevření formy a následnému zástřiku taveniny do dělících rovin)

• Z grafu vyplívá že maximální síla je při přechodu mezi fází plnění a dotlaku.

• Maximální hodnota uzavírací síly je přibližně 533 tun (5 330 kN).

Fáze chlazení Fáze dotlaku Fáze plnění

Fáze odformování dílu

85% tlak – fázedotlaku

Max. vstřikovací tlak = 76MPa

Výpočet potřebné uzavírací síly lisu:

FP – uzavírací sílaAproj – plocha průmětu výstřiku

do dělící roviny [cm2]

Kf – faktor schopnosti tečení taveniny plastu [bar/mm] pA – max. vstřikovací tlak v dutině [bar]


PLNĚNÍ A DOTLAK – HUSTOTA TAVENINY

• Hustota polymeru se během vstřikovacího procesu mění (vlivem chladnutí taveniny), její zvyšující se hodnota je

důležitým ukazatelem délky působení dotlaku (zatuhnutí vtokového nálitku).

PLNĚNÍ A DOTLAK – ČAS ODFORMOVÁNÍ

• Udává dobu potřebnou k vychlazení vstřikovaného dílce na odformovací teplotu (závisí na použitém polymeru –

pro uvedený příklad = 119°C). Maxima se vyskytují v oblastech kolem vtokového ústí a v místech zesílení tloušťky stěn.

• Čas potřebný pro odformávání dílu je 47s.

hustota taveniny: 0.903 g/cm3

hustota plastu: 1.077 g/cm3

(hodnoty byly převzaty z materiálového listu daného plastu)


PLNĚNÍ A DOTLAK – TLAK

• Zobrazení rozložení tlaku v dutině formy v průběhu plnící, dotlakové a chladící fáze (tlaková potřeba pro naplněnídutiny formy). Max. hodnota potřebného tlaku určuje velikost vstřikovací jednotky stroje. Viz. kapitola Tlak připřepnutí na dotlak.

PLNĚNÍ A DOTLAK – TLAK NA KONCI PLNĚNÍ

• Maximální tlak na konci doby plnění viz. kapitola Tlak při přepnutí na dotlak.


PLNĚNÍ A DOTLAK – SMYKOVÁ RYCHLOST

• Nejvyšších hodnot smykové rychlost i dosahuje vstřikovaná tavenina ve vtokovém ústí. Nesmí přesáhnout hraničnímez, která je specifická pro každý polymer (v našem případě 100000/s), jinak dochází k degradaci polymeru(snížení užitných vlastností).

PLNĚNÍ A DOTLAK – TEPLOTA

• Průběh teploty přes tloušťku stěny v čase. Pomocí tohoto výsledku lze nalézt místa s kumulací teploty, kteránegativně ovlivňují výsledný čas cyklu.

• Jsou to zároveň oblasti s největší tloušťkou stěny. Z hlediska rovnoměrného chlazení je potřeba tyto místaeliminovat změnou designu nebo intenzivním chlazením.

• Na tomto dílci se vyskytují jen lokální místa s kumulací teploty – Viz. kapitola Lunkry. Řešením tohoto problému jemožná úprava designu dílu.


PLNĚNÍ A DOTLAK – VISKOZITA

• Při postupném ochlazování taveniny vzrůstá hodnota viskozity. Pokud se hustota plastu ve vtokovém nálitku zvýšínatolik, že tavenina přestává téct, není možné již doplnit objemový úbytek plastu po plnění a dotlaková fázekončí.

• Je nutné, aby vtokový nálitek zatuhnul jako poslední. V tomto případě je viskozita vyhovující.

PLNĚNÍ A DOTLAK – LUNKRY

• Vznikají v místech s nahromaděným materiálem. Polymer, který má vysoké objemové smrštění při přechodu zliquidu do solidu, je ochlazován na stěně formy a smršťuje se k této stěně.

• Lunkry, dutiny vakua, se tvoří v okamžiku, kdy smršťující se polymer odebere ze svého středu nadlimitní množstvímateriálu (odstranění těchto vad je možné pouze úpravou designu – sjednocení tloušťky stěn).

Koncový čas dotlaku 12s viz. kapitola průběh tlaku

Lunkry


PLNĚNÍ A DOTLAK – ZATUHNUTÉ VRSTVY V PRŮBĚHU VSŘIKOVACÍHO CYKLU

• Výsledek udává poměr zatuhlého polymeru v daném místě přes tloušťku stěny v čase. Okamžik zatuhnutí vtokunebo oblasti kolem vtoku, je signálem pro konec dotlakové fáze. V tomto případě 12s – viz. kapitola Viskozita.

PLNĚNÍ A DOTLAK – PRŮMĚRNÉ OBJEMOVÉ SMRŠTĚNÍ (NA KONCI VSŘIKOVACÍ FÁZE)

• Polymer při přechodu z liquidu (taveniny) do solidu vykazuje vysoké objemové smrštění.• Tento úbytek (v dutině formy) je nutno doplnit působením dotlaku. Optimální design dílu vykazuje rovnoměrné

objemové smrštění (pouze u neplněných plastů). V místech s vyšším smrštěním je nutný větší přídavek pronásledné korekce rozměrů (Důležité pro konstruktéry formy).

Procento zatuhnutí stěny 0 – volná tavenina 1 – zatuhlý polymer


CHLAZENÍ – TEPLOTA CHLADÍCÍCH KANÁLŮ

• Rozdíl teplot chladícího média v jednotlivých kanálech by neměl přesáhnout 2 – 3°C (min. a max. teplota navstupu a výstupu). U paralelně zapojených kanálů je nutné zkontrolovat celou trasu kanálu, aby nedocházelo klokálnímu přehřátí.

• Při překročení doporučené odchylky dochází ke snížení efektivity chladícího systému a tím k prodloužení chladícífáze.

• Navržený chladící systém vyhovuje.

CHLAZENÍ – PRŮTOK V CHLADÍCÍCH KANÁLECH

• Vypočtené hodnoty slouží jako startovní údaje pro pozdější rozčlenění chladících kanálů do okruhů se stejnýmnebo podobným průtokem. Důležité pro technologii při zapojení formy na temperační přístroje u lisu.


CHLAZENÍ – TLAK V CHLADÍCÍCH KANÁLECH

• Tlak potřebný k protlačení příslušného množství média chladícím kanálem (8 bar). Jeho maximální hodnota musíbýt nižší než pracovní tlak temperačního zařízení. V opačném případě je nutné snížit průtočné množství médianebo zvětšit průměr chladícího kanálu.

CHLAZENÍ – TEPLOTA NA POVRCHU DUTINY VSTŘIKOVACÍHO NÁSTROJE

• Je patrná oblast s méně účinným chlazením, kde dochází k přehřátí. Eliminací (sjednocením teploty se zbytkemdutiny) tohoto místa můžeme zkrátit výrobní cyklus. Nutný přívod chladícího média pomocí chladícího kanálu dotakto postiženého místa. Pokud je teplota pod hranicí odformovací teploty plastu (119°C), není nutná úpravachladícího rozvodu.


CHLAZENÍ – ÚČINNOST CHLADÍCÍCH KANÁLŮ

• Tlak potřebný k protlačení příslušného množství média chladícím kanálem (8 bar). Jeho maximální hodnota musíbýt, nižší než pracovní tlak temperačního zařízení.

• V opačném případě je nutné snížit průtočné množství média nebo zvětšit průměr chladícího kanálu.

SMRŠTĚNÍ A DEFORMACE – CELKOVÁ

• Výsledek udává výslednou celkovou deformaci dílu včetně smrštění.• Pro lepší vizualizaci je zobrazení deformace 10x zvětšeno (číselné hodnoty jsou nezměněny).• Tzv. „Skleněný model“ znázorňuje původní model.• Hodnoty deformace slouží jako kontrola správného přídavku na smrštění a deformaci v průběhu konstrukce dutiny

formy.• Odchylky od nominální hodnoty je nutné porovnat s tolerancemi na výkrese dílu. (Pro správné vyhodnocení

odchylek je nutné provést simulaci s modelem, který je zvětšen o smrštění).


SMRŠTĚNÍ A DEFORMACE – ROZLOŽENÍ PODLE SMĚRŮ SOUŘADNÉHO SYSTÉMU X,Y,Z

• Výsledky smrštění a deformace je možno rozdělit do jednotlivých směrů souřadného systému.• Tyto výsledky pomáhají k lepší identifikaci příčiny deformace v daném směru (např. vliv orientace skleněných

vláken a pod.).• Vizualizace deformace je 10x zvětšena.• Daný díl nevykazuje značné deformace omezující jeho funkci.

Deformace ve směru X

Deformace ve směru Y

Deformace ve směru Z


Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu

č. CZ.1.07/2.2.00/ .0 „

“.

doc. Ing. Martin Hynek Ph.D.,Ing. Eduard Müller

Ing. Miroslav Grach


Date post:	01-Feb-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	8 times
Download:	0 times

ì r VSTŘIKOVACÍ FORMA PŘIHRÁDKA Simulace plnění · Katedra konstruování stroj ½ disponuje...

Documents