Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы компьютерного моделирования процессов изготовления изделий из пластмасс литьем под давлением. Интерпретация результатов анализа. Учебное пособи
.pdf
2.26 Расход полимера, лучевые элементы (Flow rate, beams)
Данный результат анализа отображает количество и расход
расплава полимера, поступающего в оформляющую полость через
литниковую систему (рис. 2.47). Этот результат может быть полезен в
процессе дизайна формы.
Рис. 2.47. Количество полимера, поступающего
через литниковую систему
С помощью инструментов панели инструментов Animation
можно посмотреть результат для любого момента времени от начала
до конца течения расплава в литниковых каналах.
Расход полимера в лучевых элементах (литниковой системе)
определяется как произведение средней скорости на поперечное сечение литникового канала. Эта информация весьма полезна в процессе
проектирования пресс-формы, особенно в случае, когда используется
несколько точек впрыска. Поток полимера из сопла распределяется
между каналами литниковой системы, причем в динамической
зависимости от сопротивления течению в каждом канале. Например,
если расплав в одной из ветвей литниковых каналов достигает тонкой
секции, сопротивление потоку увеличивается, так что скорость потока
в этой ветви динамически уменьшается. В то же время скорость
61
потока в других ветвях должна быть увеличена для поддержания
общего баланса массы расплава.
Из графиков расхода полимера в зависимости от времени в
каждом из литниковых каналов, можно определить количество
полимера, которое фактически прошло через этот канал. Литники,
через которые проходит незначительное количество полимера,
должны быть увеличены в сечении, либо просто удалены.
Картину заполнения полости при использовании одного или
нескольких впусков позволяет отобразить результат Grow from.
Для достижения однонаправленного течения и равномерного
заполнения часто предпочтительно использование нескольких
впусков. Особенно это характерно при формовании объемных изделий
(ящики, коробки и пр.).
а б в
Рис. 2.48. Схемы расположения впусков при формовании
изделия «коробка»
Одна из возможных схем – впуск в каждом углу (рис. 2.48, а).
В этом случае возникает проблема воздушной ловушки в центре.
Проблема может быть решена при использовании дополнительного
впуска в центре (б). В этом случае в определенный момент
центральный впуск может оказаться блокированным потоками
расплава из литников по углам. В результате образуются отклонения
потоков, изменение их направления и характер течения оказывается
сложным и приводит к столь же сложной ориентации. Лучше, когда
характер течения простой, однонаправленный. Полость могла бы быть
заполненной рядом впусков, расположенных поперек верхней стороны
(в). В этом случае для достижения сбалансированного течения
необходимо использовать отклоняющие толщины (лидеры потоков),
62
т.е. короткие пути потоков до краев коробки должны быть
сбалансированы с длинными путями потоков.
На рис. 2.49 и 2.50 показано заполнение полости формы через
один и два впускных канала.
Рис. 2.49. Заполнение полостей формы через один впуск
Рис. 2.50. Заполнение полости формы через два впускных канала
Если результат показывает равномерное заполнение со всех
точек впуска, потоки будут сбалансированы. Если заполнение одной и
той же части формы происходит с разных точек впрыска, потоки будут
несбалансированными.
63
Оптимизация положения точек впрыска возможна целым
Проблема
Решение проблемы
Полимер заполняется
быстрее с одной из точек
впрыска
Изменение места впрыска для достижения
сбалансированного заполнения
С нескольких точек впрыска происходит заполнение
одной части формы
Изменение геометрии модели в проблемной
области
Лини спаев находятся в
ответственных местах
Изменить положение точек впрыска.
Изменить толщину детали.
Увеличить температуру расплава и формы.
Увеличение скорости движения шнека.
Оптимизация конструкции литниковой
системы.
рядом способов. Однако вносимые изменения обычно имеют
побочные эффекты, поэтому после внесения изменений надо
проверить, есть ли какие-то другие проблемы, которые вызваны
внесенными изменениями (таблица).
Решение возможных проблем после оптимизации точек впрыска
.
.
.
2.27 Ориентация и внутренние напряжения в изделии
При заполнении формующей полости расплавом полимера его
макромолекулы вытягиваются в направлении течения. Такая
ориентация молекул при охлаждении фиксируется. Чем быстрее
происходит охлаждение, тем труднее исключить такую ориентацию.
Если при эксплуатации изделия воздействовать на него теплом,
ориентированные макромолекулы возвращаются в исходное
положение и это может привести к короблению.
Прочность изделия в направлении ориентации молекул выше,
чем поперек ему (рис. 2.51).
Механические свойства изделия зависят от направления
ориентации молекул (рис. 2.52). Полимерные материалы с высокой
вязкостью расплава более склонны к ориентации, чем расплавы с
низкой вязкостью.
.
64
Рис. 2.51. Зависимость прочностных свойств от ориентации
макромолекул
Рис. 2.52. Влияние ориентации при механической нагрузке
Изменения объема, возникающие при охлаждении изделия, и
ориентация макромолекул приводят к возникновению внутренних
остаточных напряжений, которые могут накладываться на
напряжения, вызванные условиями эксплуатации. Их изучение при
формовании (характер распределения, уровень) является важной
задачей при проектировании изделий и оснастки.
65
2.27.1 Остаточные напряжения в полости в направлении
ориентации (In–cavity residual stress in first principal
direction)
Результат отображает остаточные напряжения в направлении
ориентации полимера перед извлечением изделия (рис. 2.53). Этот
результат генерируется при использовании Mid plane или Dual Domain
анализов.
Рис. 2.53. Распределение остаточных напряжений
в направлении ориентации
Остаточные напряжения в форме возникают в результате
сдвиговых напряжений во время стадий заполнения и выдержки под
давлением. В дополнение к напряжениям, индуцированным течением
расплава, остаточные напряжения также могут быть созданы в
различных областях изделия вследствие охлаждения с различной
скоростью из–за различий температуры поверхности формы. Для
минимизации этих напряжений, требуется повышение однородности
охлаждения формы. Эти остаточные напряжения могут быть причиной
отказов в работе формы, короблением изделия.
Положительные значения на графике указывают напряжение
на растяжение, отрицательные значения указывают на сжатие.
Наличие отрицательных значений остаточных напряжений говорит о
том, что имеет место переуплотнение.
66
Для более точного указания, какая часть детали находятся под
напряжением на растяжение или сжатие, рекомендуется использовать
результаты Warp и Stress анализа.
Подобному анализу можно подвергнуть и остаточные
напряжения в полости в направлении перпендикулярном
ориентации (In–cavity residual stress in second principal direction)
(рис. 2.54).
Рис. 2.54. Распределение остаточных напряжений в направлении
перпендикулярном ориентации
2.27.2 Ориентация в центре (Orientation at core)
Данный результат отображает ориентацию макромолекул
полимера в срединной части пресс-формы (рис. 2.55).
Наиболее типична ориентация перпендикулярно вектору
скорости в данном треугольном элементе сетки до момента, когда
полимер достигнет температуры перехода (температуры плавления
для кристаллизующихся и температуры стеклования для аморфных
полимеров). Другое возможное направление ориентации – в
направлении вектора скорости. Хороший пример ориентации –
ориентация волоконно-наполненного материала.
67
Orientation at core
= 1.000
Рис. 2.55. Направление ориентации расплава
Линейная усадка в форме зависит от ориентации. Для ненаполненных полимеров усадка в направлении ориентации поверхности (потока течения расплава) больше, чем в направлении ориентации в центре формы (поперечной). Однако эта ситуация может быть изменена
при использовании волоконно-наполненных полимеров из-за низкой
усадки и жесткости волокон в направлении поверхности изделия.
2.27.3 Ориентация на поверхности (Orientation at skin)
Ориентация на поверхности изделия (рис. 2.56) генерируется в
конце анализа Fill (заполнения) и показывает направление потока
расплава вблизи границы пластмасса/металл, когда полимер заполняет
данный элемент сетки.
Orientation at skin
= 2.000
Рис. 2.56. Ориентация на поверхности
68
Ориентация на поверхности может отличаться от ориентации в
срединной части полости. Поскольку расплав застывает очень быстро
при контакте с поверхностью формы, наиболее вероятна ориентация
на поверхности, совпадающая с вектором скорости расплава
полимера, когда он впервые поступает в ту или иную точку формы.
Ориентация поверхностной части полезна при оценке
механических свойств детали. Например, ударная прочность, как
правило, значительно выше в направлении ориентации на
поверхности. При использовании волоконно-наполненных полимеров,
прочность на растяжение также выше в направлении ориентации
поверхности, потому что волокна на поверхности ориентированы в
том же направлении. Для пластиковых деталей, которые должны
выдерживать высокие ударные нагрузки или силы воздействия, точка
впуска расплава должна выбираться так, чтобы ориентация на
поверхности совпадала с направлением удара или воздействующей
силы.
Линейная усадка также частично зависит от ориентации на
поверхности. Для не наполненных полимеров, усадка в направлении
ориентации на поверхности (потока течения) больше, чем в
направлении ориентации срединной части (поперечной). Однако эта
ситуация может быть изменена при использовании волоконнонаполненных полимеров из-за низкой усадки и жесткости волокон в
направлении ориентации поверхности.
2.27.4 Способы уменьшение коробления, вызванного
ориентационными эффектами
Ориентация обусловлена совокупным воздействием сдвиговой
деформации материала при заполнении и охлаждением формы.
Есть три основных способа повлиять на ориентацию полимера
в изделии (кроме выбора материала):
- изменение условий формования (температуры формы,
температуры расплава, скорости впрыска и пр.), что не требует
изменения конструкции изделия и формы (рис. 2.57);
- изменение толщины изделия (если изменение толщины
стенки изделия будет влиять эффективнее на уменьшение
ориентационных эффектов);
- изменение точки впуска.
69
Рис. 2.57. Изменение условий формования
Если условия литья не могут быть использованы для
уменьшения эффектов, связанных с ориентацией, надо решить,
следует ли изменять тип или место нахождения точки впуска, или
более существенный эффект будет достигнут за счет изменения
толщины модели. Следует заметить, что изменение литника не
изменит проектных спецификаций детали и может быть более
простым вариантом, особенно для изделий со сложной геометрией.
Помимо простого изменения местоположения точки впуска, можно
использовать различные варианты впускных литников: торцевой,
веерный, многоточечный впуск. Все это может быть сделано без
значительного изменения геометрии простых изделий (предполагая,
что форма еще не изготовлена!). Как только будет выбрано
альтернативное расположение точки впуска (или тип литника), можно
повторно проанализировать изготовление измененной модели. Это
может представлять собой итеративный процесс – пока уровень
ориентации не станет приемлемым.
Если изменение толщины стенки изделия будет лучше влиять
на уменьшение ориентационных эффектов, можно сделать это, а затем
повторно проанализировать изготовление модели. Это так же, как и в
предыдущем случае, может представлять собой итеративный процесс
– пока уровень ориентации не является приемлемым.
2.28 Основные факторы, влияющие на усадку
и коробление изделий
Коробление отлитых деталей на практике является большой
проблемой, так как его причины не могут быть заранее точно
известны. Литьевые формы дорабатывают, из-за чего возникают
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]