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
Коробление в форме часто бывает связано с изменением
скорости фронта потока на стадии заполнения. Чем выше скорость
фронта потока, тем выше поверхностное напряжение и степень
ориентации макромолекул. Неравномерное поверхностное натяжение
и коробление уменьшаются при использовании постоянной скорости
фронта потока. Использование оптимального профиля впрыска,
предлагаемого этим результатом анализа, позволяет поддерживать
постоянной скорость фронта потока расплава в пресс-форме.
Возникающие в изделии напряжения связаны с перепадом
давления в процессе литья. Для заданной площади поперечного
сечения, большей скорости течения соответствует более высокий
перепад давления, и, следовательно, более высокие напряжения.
Чтобы свести к минимуму это воздействие, желательно иметь более
медленную скорость потока расплава через меньшую площадь
поперечного сечения, или более высокую скорость течения через
большую площадь поперечного сечения. Поддержание постоянной
скорости фронта потока путем изменения скорости движения шнека
помогает свести к минимуму изменение поверхностного напряжения в
ходе процесса, и, следовательно, уменьшает тенденцию к деформации
изделия.
Профиль движения шнека также находится в файле Results
Summary анализа. Профиль может непосредственно задан в координатах (% скорость потока) – (% заполненный объем) – рис. 2.68.
2.31 Сдвиговое напряжение на стенке формы (Shear stress
at wall)
Данный результат создается в Fill анализе Midplane и Fusion
Dual Domain и показывает напряжение сдвига в застывшем/
расплавленном полимере (рис. 2.69). С помощью инструментов панели
меню Animation можно посмотреть напряжение сдвига для любого
момента времени: с начала впрыска и до окончания выдержки под
давлением.
Несмотря на то, что напряжение сдвига не является остаточным напряжением в изделии, оно связано с ним. Оно является мерой
факторов, влияющих на степень ориентации расплава, происходящей
на застывшем слое полимера. Ориентированные материалы имеют
тенденцию к усадке в большей степени, чем неориентированные, так
что большее количество ориентированных макромолекул вблизи гра-
81
Рис. 2.69. Изменение напряжения сдвига во времени
ницы расплав–застывший полимер по сравнению с центром расплава
приведет к повышению остаточного напряжения. Высокие значения
остаточных напряжений в изделии могут привести к его
растрескиванию во время извлечения или в процессе эксплуатации.
Сдвиговое напряжение на стенке является силой сдвига на
границе твердой и жидкой фазы, отнесенной к единице площади
пропорционально градиенту давления в каждом месте (если весь
полимер расплавлен, то границей жидкой/твердой фаз является
граница расплав/стенка формы). В соответствии с представлением о
вязком потоке расплава, напряжение сдвига равно нулю в центре и
линейно возрастает до границы между жидкой и твердой фазами (или
стенкой формы, если весь полимер находится в расплаве). Таким
образом, напряжение сдвига на стенке является максимальным
значением в любом поперечном сечении.
Напряжение сдвига должно быть меньше, чем максимальное
сдвиговое напряжение для данного полимера, приведенное в базе
данных материалов. Области в изделии, для которых напряжение
сдвига превышает это значение, могут растрескаться при извлечении
изделия или в процессе его эксплуатации.
Примечание. Термореактивные материалы не имеют значения «максимальное рекомендуемое напряжение сдвига» в базе данных
материалов.
82
Напряжение сдвига является также косвенным показателем
степени ориентации макромолекул или ориентации волокон. Высокие
значения напряжения сдвига будут индуцировать более высокую
ориентацию, особенно вблизи поверхности детали. Более точное
предсказание ориентации волокон может быть получено путем
запуска Fiber анализа.
Для того, чтобы определить, когда и где высокое напряжение
возникает, необходимо:
- на странице настройки Optional Settings в закладке Scaling
установить шкалу «минимальное значение» равной предельному
напряжению сдвига;
- установить изделие частично прозрачным – transparent на
закладке Mesh Display;
- снять флажок Nodal averaged в Plot Properties – Optional
Settings на странице настройки; единственное, что в этом случае будет
отображаться – элементы с высоким напряжением сдвига.
Напряжение сдвига, превышающее предельное допустимое,
важно обнаруживать в самом изделие, а не в литниковом остатке.
Исключение составляют случаи, когда полимер содержит добавки,
чувствительные к сдвигу.
Для уменьшения напряжения сдвига можно использовать
местные утолщения в конце потоков, в тонких секциях или в местах
высокого напряжения сдвига.
Более медленная скорость впрыска может привести к
снижению температуры, при этом произойдет увеличение вязкости,
что приведет к увеличению напряжения сдвига.
Выбор материала с меньшей вязкостью или увеличение
температуры расплава позволит снизить напряжение сдвига.
Снижение скорости потока расплава может уменьшить
максимальное напряжение сдвига.
Когда поток расплава достигает или находится вблизи конца
заполнения, рекомендуется переключиться с «контроля за скоростью»
на «контроль давления», чтобы уменьшить поток полимера, когда
заполняется проблемная область. Если высокое сдвиговое напряжение
находится рядом с точкой впуска или где-то в середине отливаемой
детали, большее время впрыска может уменьшить напряжение сдвига.
Будьте осторожны при увеличении времени впрыска, так как
температура расплава в форме может упасть слишком сильно, что
вызовет много других проблем в процессе впрыска и выдержки под
давлением.
83
2.32 Пропускная способность (Throughput)
Данный результат генерируется из Mid plane или Fusion Dual
Domain анализов и отображает общий объем полимера, который
проходит через точку впрыска в каждый лучевой элемент литниковой
системы (рис. 2.70).
Результат может быть использован для проверки сбалансированности потоков при проектировании пресс-форм с несколькими
точками впрыска или с несколькими оформляющими формами.
Рис. 2.70. Объем материала, проходящий через каждый лучевой
элемент
Результат показывает объем материала, который проходит
через каждый лучевой элемент литниковой системы (beam element).
Этот объем должен быть максимальным в центральном литнике и
минимальным во впускных литниках. Надо иметь в виду, что он не
отображает данных по пропускной способности треугольных
элементов сетки.
Примечание. Этот результат будет сгенерирован только
при наличии в модели литниковой системы.
84
2.33 Сварные швы (Weld lines)
Результат «Сварные швы» генерируется в конце анализа
заполнения и показывает, где могут образоваться сварные швы.
Сварные швы образуются в местах, где встретились два фронта потока
расплава (рис. 2.71). Результат «Weld lines» отображает угол, при
котором встречаются два фронта потока расплава. Наличие линий
сварных швов может указывать на пониженную прочность в этом
месте изделия и/или дефект поверхности.
Weld lines
Рис. 2.71. Места образования стыковых швов
Совет: c помощью пошагового выполнения анимации для
результата «Fill time» можно увидеть, как фронты потоков
сходятся в этих областях.
Термин «сварные швы» часто используется для обозначения,
как сварного шва, так и соединительного шва. Единственное различие
между ними – угол, при котором они образуются: сварные швы
образуются при встрече потоков расплава с меньшим углом, чем
соединительные швы.
Примечание: точное предсказание сварного шва зависит от
качества сетки. Совершенствование сетки может повысить
точность прогноза сварного шва, особенно вокруг отверстий.
Сварные швы могут вызывать проблемы с прочностью изделия
или сделать его визуально неприемлемым. Тем не менее, часто, они
неизбежны, например, когда поток расплава разбивается на части и
85
обтекает вокруг отверстия или если форма имеет несколько точек
впрыска. Поэтому необходимо смотреть на условия образования и
положение сварных швов и делать так, чтобы они были высокого
качества.
Снижение прочности в области сварных швов могут сделать
изделие склонным к избыточным деформациям и разломам. Особенно
это касается тех областей изделия, которые испытывают наибольшее
воздействие в процессе эксплуатации. Дефекты сварного шва могут
привести к образованию линий, меток или изменению цвета на
поверхности детали. Если сварной шов расположен на некритической
части поверхности (например, в нижней части), это может и не быть
проблемой.
Таким образом, сварных и соединительных швов надо избегать
в областях изделия, которые требуют наибольшей прочности или
должны иметь красивый внешний вид.
Для перемещения сварных швов, можно изменить способ
заполнения формы, чтобы потоки фронтов расплава встретились в
другом месте:
- изменить положение и размеры точки впрыска;
- изменить толщину детали;
- уменьшить разброс в толщинах детали.
Для улучшения качества сварных швов следует:
- увеличить диаметры впускных и разводящих каналов, чтобы
повысить эффективность выдержки под давлением;
- переместить точку впуска так, чтобы сварной шов оказался
ближе к точке впуска, в этом случае сварной шов будет создан при
более высокой температуре и упакован с большим давлением;
- переместить точку впуска так, чтобы фронты потока расплава
встречались под косым углом, в этом случае будут образованы не
сварные, а соединительные швы;
- увеличить температуру расплава, скорость или давление
впрыска, давление упаковки – это позволит фронтам потоков расплава
смешаться друг с другом более эффективно;
- разместить отверстие в области сварного шва – это позволит
удалить воздушные ловушки, которые еще больше ослабят область
линии шва.
Условия обработки помогают определить качество сварных
или соединительных швов. Прочность сварного шва зависит от
температуры, при которой он формируется и давления расплава,
86
создаваемого в этой области до тех пор, пока деталь не застынет.
Обычно «хороший» сварной шов образуется, если температура
расплава на линии сварного шва не более чем на 20 °С ниже
температуры впрыска.
Результат сварные и соединительные швы «Weld and meld
lines» генерируется в конце анализа заполнения и показывает, где
могут образоваться сварные и соединительные швы в изделии.
Сварные и соединительные швы являются ослабленными областями и
видимыми дефектами, и возникают, когда два или более потоков
расплава встречаются в процессе заполнении формы. Соединительные
швы, как правило, образуются встречей параллельных потоков
расплава, в то время как линии сварки образуются потоками,
встречающимися при больших углах, часто в лоб. Соединительные
швы, как правило, менее ослаблены, чем сварные швы. Качество этих
швов зависит от типа полимерного материала, типа и количества
наполнителей, давления и температуры в областях их образования.
Сварные или соединительные швы в пластмассовых деталях
могут вести к структурным проблемам и/или внешним дефектам
(видимые канавки, различия в глянце, понижение прочности,
изменения цвета и др.). Разница между сварным и соединительным
швами определяется углом, при котором встречаются фронты потоков
расплава.
На приведенном примере (рис. 2.72), встречающиеся фронты
потоков расплава обозначены черными стрелками. Если угол
больше 135° – шов будет объединяющий. Если угол меньше 135° –
будет сформирован сварной шов.
Рис. 2.72. Соединение потоков под разным углом
87
В случае сварных швов тонкие застывшие слои на передней
части каждого потока расплава встречаются, плавятся, а затем застывают
снова уже с остальной частью полимера. Ориентация полимера в
сварном шве, следовательно, устанавливается перпендикулярно потоку.
Такое резкое различие в молекулярной ориентации в сварном шве
вызывает значительное снижение прочности в этой области изделия.
Соединительные швы имеют место, когда два фронта потока
расплава сливаются под косым углом. Ориентация макромолекул
полимера в этом случае является более однородной, по сравнению с
ориентацией после образования сварного шва. Следующий рис. 2.73
показывает такой вариант встречи потоков расплава.
Рис. 2.73. Образование соединительного шва
Красные стрелки показывают направление течения полимера.
Белые линии показывают ориентацию макромолекул полимера после
образования соединительных швов. Такие швы, как правило, обладают
более высокой прочностью и менее заметны чем сварные швы.
Примечание. Термин «сварной шов» часто используется для
обозначения как сварного шва, так и соединительно шва.
Сварные и соединительные швы на полимерной детали часто
вызывают структурные проблемы и ухудшают ее внешний вид. Могут
образовываться линии, бороздки, изменяться цвет. Поэтому
образования сварных и соединительных швов, по возможности
следует избегать. Обычно они появляются, когда потоки расплава в
полости не сбалансированы.
Если не удается удалить сварные/соединительные швы, их
надо стараться расположить в наименее чувствительной области
изделия. Нужно избегать образования эти швов в областях, которые
88
должны быть наиболее прочными или иметь хороший внешний вид.
Это может быть сделано путем изменения точки впрыска полимера
или изменением толщины стенок, чтобы изменить время заполнения.
При этом фронты потоков расплава могут встретиться в другом месте
и, следовательно, сварные/соединительные швы сместятся.
Улучшение качества сварных/соединительных швов возможно
вследствие увеличения температуры расплава и формы. Повышение
температуры стенки формы на 10 °С увеличивает время охлаждения
на 20 % и может привести также к изменению размеров. Применение
вышеуказанной рекомендации для устранения видимых канавок
соединительного шва в различных изделиях может улучшить их
качество без дополнительных затрат.
Улучшение качества сварных/соединительных швов возможно
также при увеличении скорости движения шнека и оптимизации
конструкции литниковой системы за счет уменьшения размеров
литников, поддержания такую скорость потока, которая позволяет
использовать нагревание вследствие сдвига для повышения
температуры расплава во фронте потока расплава.
2.34 Усадка
2.24.1 Объемная усадка (Volumetric shrinkage)
Под объемной усадкой понимают уменьшение объема отливки
в результате охлаждения. Когда расплав материала охлаждается, то
его объем уменьшается за счет сближения молекулярных цепочек. Для
частично кристаллического материала усадка более выражена из-за
процесса кристаллизации, при котором молекулярные цепочки располагаются с очень высокой плотностью, большей, чем в аморфных.
Усадка подразделяется следующим образом:
- усадка за счет переработки (изменение размеров спустя
нормированное время после литья (например, по DIN 16901 время
составляет 16 ч);
- дополнительная усадка (изменение размеров за период
времени от 16 ч и по истечении длительного отрезка времени);
- общая усадка (усадка за счет переработки плюс
дополнительная усадка).
Результат анализа отображает объемную усадку для каждой
области – в процентах от первоначального объема (рис. 2.74).
89
Рис. 2.74. Объемная усадка отливки
Результат «Объемная усадка» является промежуточным результатом, то есть возможна его анимация по времени от момента окончания заполнения до момента извлечения из формы (масштаб объемной усадки по умолчанию определяется из минимального и максимального значений усадки во всем диапазоне результатов). Кроме этого результата, имеется результат для объемной усадки при извлечении
(Volumetric shrinkage) – наиболее интересный для анализа объемной
усадки.
Для однозначной интерпретации результатов рекомендуется
отключить опцию Nodal average. Для этого щелкнуть правой кнопкой
мыши на этом результате (Volumetric shrinkage), в контекстном меню
выбрать Properties (Свойства), в появившемся меню выбрать закладку
Optional Settings и отключить опцию Nodal average.
Объемная усадка (%) в момент времени t рассчитывается по
формуле:
Объемная усадка(t) = Плотность(t) / Плотность(T
окруж. среды,pатм
) ∙ 100,
где Плотность(t) – локальная плотность в текущий момент времени t;
Плотность (T
окруж. среды
, p
) – плотность в момент окончательного
атм
охлаждения до температуры окружающей среды (по умолчанию
T
окруж. среды
= 25 °C).
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]