7 . 1 . Моделирование процессов
изготовления деталей из полимеров
Компьютерное моделирование процессов течения и отверде
вания полимеров позволяет многократно ускорить проектирова
ние изделий и технологической оснастки и одновременно с этим
повысить качество поверхности и точность изготовления деталей
(рис. 7.1.1). Кроме того, на основе компьютерной модели может
быть автоматически изготовлен материальный прототип (рис.
7.1.2), который в дальнейшем используется в качестве элемента
технологической оснастки.
При проектировании процесса производства изделия из
пластмасс технолог должен учитывать следующие основные
факторы:
— физические характеристики материала, в том числе и коэф
фициенты усадки;
— характеристики технологического оборудования, выби
раемого для изготовления деталей (параметры процессов литья,
Давление и температуру впрыска, температуру пресс-формы, тип
и производительность литьевой машины и т.п.);
— геометрию плоскости разъёма и способ последующих опе
раций выемки и сборки;
— прогноз проливаемости пресс-формы и варианты структур
ных изменений материала при затвердевании.
499
7.1. Моделирование процессов изготовления деталей из полимеров
Раздел 7. Компьютерное моделирование и автоматизация процессов производства
Для автоматизации этих сложных работ, требующих высокой
квалификации и опыта, в настоящее время на предприятиях всё
чаще используют специализированные компьютерные програм
мы моделирования процессов литья полимерных материалов.
Они могут быть реализованы и как модули в составе комплекс
ных САПР, или представлять собой автономные программные
продукты.
В современном компьютерном анализе литья термопластов
используются три основных подхода:
- анализ по «средней линии» (midplane);
- анализ по сетке, построенной на граничных поверхностях
твердотельной модели (Dual-Domain);
- «истинный» ЗО-анализ (true 3D analysis).
Каждая из технологий имеет свои особенности, которые не
обходимо учитывать при выборе программных продуктов и про
ведении анализа.
501
500
Раздел 7. Компьютерное моделирование и автоматизация процессов производства
инструмент при конструировании полимерных изделий и пресс-
п0
форм для их изготовления.
7.1. Моделирование процессов изготовления деталей из полимеров
решаемым задачам технологией компьютерного анализа в об
ласти литья пластмасс.
Одним из преимуществ этой технологии является возмож
ность использования сеток с небольшим числом элементов, что
сокращает время расчета и позволяет выполнять профессио
нальный анализ на недорогих компьютерных системах.
7.1.2.
Dual-Domain
Technology
Dual-Domain Technology разработана фирмой Moldflow в 1997
Другим преимуществом анализа по средней линии является
r
более простая интерпретация результатов.
. Остроумная технология конечноэлементного анализа Dual-
Domain использует сетку, созданную на граничных поверхно
Современные продукты для анализа течения по средней ли
нии используют модель Хеле-Шоу. Модель предполагает, что
расплав полимера в литьевой полости движется параллельны
ми слоями, т.е. течение рассматривается как двумерное. Раньше
данная технология называлась ЗО-анализом, в настоящее время
часто применяют термин «2.5D-ancuiu3» (анализ трехмерного те
чения с использованием плоской — двухмерной модели).
В программном пакете MPI/Flow [141] моделируется течение,
уплотнение и охлаждение полимера на стадиях впрыска, выдерж
ки под давлением и выдержки на охлаждение. При анализе учи
тываются все основные процессы и факторы, влияющие на каче
ство литьевого изделия. В принципе, анализ течения с помощью
MPI/Flow может проводиться для изделия любой толщины.
К недостаткам технологии анализа по средней линии отно
сят сложность её «стыковки» с твёрдотельными CAD-моделями.
Технологии автоматизированного построения «средней линии»,
реализованные во многих CAD-системах, упрощают процесс пе
редачи данных, но не снимают проблему полностью. Модель по
средней линии часто имеет разрывы и требует доработок. Про
цесс построения средней линии упрощается при использовании
программного продукта MPI/Midplane фирмы Moldflow [141].
При реализации данной технологии на твёрдотельной модели
необходимо учитывать два важных обстоятельства. Во-первых,
выявление средней линии является не таким простым, как это
может показаться на первый взгляд. Во-вторых, «истинная сред
няя линия» может приводить к утрате внешнего сходства фор
мообразующей поверхности с образцом изделия, что неизбежно
вызывает недоверие у заказчиков.
Несмотря на указанные проблемы, анализ по «средней ли
нии» остается в настоящее время основной и наиболее мошной
502
стях твёрдотельной модели изделия. Согласно данной методике
моделирования «средняя линия» не строится, а расплав движет
ся по оболочке твёрдого тела двумя синхронизированными по
токами.
Технология Dual-Domain реализована в упрощенных продук
тах ряда Moldflow Plastics Advisers, а также в продукте МР1/Fusion
из ряда Moldflow Plastics Insight.
Несомненным достоинством этой технологии анализа яв
ляется лёгкость преобразования твёрдотельной CAD-модели
в расчетную CAE-модель, пригодную для анализа. К недостат
кам можно отнести возрастание размерности конечноэлемент-
ной сетки, что резко увеличивает время выполнения анализа.
Однако современные компьютеры (в том числе персональные)
позволяют достаточно эффективно использовать эту технологию
на практике.
В продуктах Moldflow, начиная с версии MPI 3.0, возмож
ности данной технологии существенно расширены. Пользова
тель имеет возможность проверить толщины элементов модели
и при необходимости изменить их. Функция построения сетки
«со спаренными» элементами (когда элементы на противополож
ных стенках объемной модели располагаются друг напротив дру
га) облегчает проведение анализа.