Короткие жизненные циклы продукта и высокие требования требуют эффективных методов разработки продукта. В дополнение к новым стратегиям управления процессами, моделирование предлагает значительный потенциал для экономии ресурсов на ранних этапах разработки продукта и инструмента. В этой статье подтверждается моделирование технологии впрыска воды, сравниваются два метода технологии впрыска жидкости (FIT) и показывается пример применения из практики.
Картинная галерея
Картинная галерея с 7 картинками
Что такое техника впрыска жидкости?
Технология впрыска жидкости представляет собой признанный специальный процесс литья под давлением для производства сложных высококачественных пластиковых полых тел [1] с функциональной полостью, такой как. B. Охлаждающая вода или масляные линии (линии для сред). FIT также используется для уменьшения скопления массы на плоских отлитых деталях с ребрами или на отлитых деталях с толстостенными участками. Эти накопления массы приводят к усадке и деформации или следам утечки, а также к увеличению продолжительности цикла из-за более высокого оставшегося времени охлаждения. Исключение накопления массы приводит к сокращению времени процесса при уменьшении массы и, таким образом, дает преимущество в применениях с облегченной конструкцией, таких как автомобильная промышленность.
Сравнение технологии закачки газа и технологии закачки воды
Технология впрыска газа (GIT) и технология впрыска воды (WIT) - это методы технологии впрыска жидкости, в которых в качестве жидкости используется газ (GIT) или вода (WIT). Жидкости имеют определенные преимущества и недостатки. Благодаря свойствам материала воды, WIT имеет лучшую эффективность охлаждения, чем GIT [2], и, следовательно, обеспечивает большую экономию. Однако WIT ограничен, когда дело доходит до выбора пластика. Вода может способствовать образованию дефектов или оказывать негативное влияние на свойства некоторых пластиков. Используемые пластмассы должны затем быть в основном оптимизированы путем модификаций с добавками, что влияет на экономику.
Остаточная толщина стенки как качественная характеристика
Остаточная толщина стенки (RWD) полого тела и его распределение оказывают непосредственное влияние на свойства текучести среды и стабильность компонента [3]. Таким образом, оставшаяся толщина стенки представляет собой один из наиболее важных критериев качества для полых тел. Оставшаяся толщина стенки определяется, с одной стороны, специфическими для жидкости переменными процесса, такими как, для. B. технологическая жидкость, напор, время выдержки и время задержки, а с другой стороны, параметры процесса литья под давлением такие. Б. влияет на инструмент и температуру расплава и т. Д. Кроме того, вязкость пластичного соединения [4] и геометрия компонента также влияют на оставшуюся толщину стенок.
В Институте переработки пластмасс (IKV) при RWTH Aachen University изучается качество моделирования для технологии впрыска воды с учетом остаточной толщины стенок. Это делается с помощью пакета моделирования от Moldex 3D от Core-Tech System Co., Ltd., Тайвань. Moldex 3D - это программное обеспечение для моделирования литья под давлением, которое может моделировать технологию впрыска газа и воды.
Валидация симуляции
Для проверки симуляции используются компоненты с линиями носителя и функциональными элементами, которые изготавливаются с использованием процесса вторичной полости (рис. 1). В этом варианте способа полость полностью заполнена пластичным составом. Впрыскиваемая вода затем вытесняет пластиковое ядро пластической массы во вторичную полость, образуя тем самым полость. Правило 3-сигма используется для сравнения смоделированной остаточной толщины стенок и эмпирически определенных данных. Поэтому моделирование считается достаточно точным, если результаты моделирования находятся в диапазоне, в три раза превышающем стандартное отклонение измеренных компонентов. Компоненты разрезаются в трех точках измерения (MP), а очистка измеряется в четырех точках измерения (MS) на основе открытого поперечного сечения (рис. 1). Зазор представляет собой соотношение между поперечным сечением свободного потока и площадью поперечного сечения полости.
Структура симуляции с виртуальными точками измерения
В программе моделирования это записывается путем размещения виртуальных измерительных узлов в соответствующих точках. В действительности, MP 1 подвержен очень большим колебаниям из-за турбулентного и неразвитого потока и, следовательно, не учитывается при оценке. Это может быть оправдано воздействием на инжектор. Таким образом, выбирается MP 2, поскольку поток воды полностью формируется в этом положении, так что проблем при запуске нет. МР 2 также расположен в прямом сечении, так что можно исследовать симметричную форму полости. МР 3 расположен в середине отклонения 90 ° для проверки оставшейся толщины стенки при изменении условий потока. Внутри прогибы предлагают более энергетически выгодный путь тока,так что формирование полости смещается внутрь кривизны.
Почему полость движется?
Чтобы исследовать это явление, эксцентриситет (E) определяется на основе оставшейся толщины стенки. Эксцентриситет полости представляет собой расстояние между центром полости и центром полости. Зазор (A) также оценивается. Всего анализируются четыре контрольные точки, в результате чего изменяется один из параметров процесса: температура воды (TW), уровень давления (pW) или время выдержки (tH). Параметры процесса для фазы впрыска пластической массы остаются неизменными для каждой контрольной точки, как в реальных испытаниях. Результаты остальных толщин стенок, эксцентриситета и очистки показаны на рисунке 2. Параметры жидкости для контрольной точки (рис. 2): TW = 25 ° C, pW = 20 МПа, tH = 5 с и время задержки tV = 6,5 с. Все результаты моделирования оставшейся толщины стенки,Эксцентриситет и зазор для этой точки процесса явно находятся в диапазоне 3 сигма и поэтому считаются достаточно точными.
Сравнение эффективности моделирования охлаждения WIT и GIT
После того, как результаты использовались, чтобы показать, что моделирование достигло достаточно точных результатов, эффективность охлаждения WIT по сравнению с GIT была численно исследована, и это было сравнено с результатами практических исследований. Исследуемый компонент снова является линией носителя и имеет прогибы приблизительно до 150 °, а также расширение поперечного сечения. В отличие от предыдущего компонента, он изготовлен с использованием процесса инфляции. В этом способе полость частично заполняется пластиковым расплавом в фазе заполнения и формируется в жидкой фазе посредством впрыска жидкости. Вторичная полость устраняется в этом процессе.
Температурная кривая и примерный эскиз геометрии показаны на рисунке 3. Температура демонтажа 90 ° C выбрана в качестве эталонной температуры для сравнения эффективности охлаждения. Симуляция WIT уже достигает этой температуры через 33 с, для этого GIT требуется 138 с. Это соответствует разнице охлаждения в 76%, что означает, что WIT позволяет значительно сократить время цикла. Эта величина совпадает со значением 70%, которое было определено на основании практических исследований [3].
СОВЕТ ПО СЕМИНАРУ На семинаре «Методы проектирования по стоимости» докладчик рассказывает об эффективном использовании и сочетании наиболее важных методов DTC, основываясь на своем многолетнем опыте работы в качестве менеджера по затратам и бизнес-консультанта.
Следующая информация
Технология впрыска воды на практическом примере Thermomix
Компания Vorwerk & Co. KG, Вупперталь, известна производством очень качественной и инновационной бытовой техники, такой как. B. многофункциональный кухонный комбайн Thermomix (рис. 4). Ручка-термос Thermomix имеет относительно большое поперечное сечение в области ручки и поэтому идеально подходит для использования с технологией впрыска жидкости. Именно по причинам, уже объясненным выше, о лучшей эффективности охлаждения (более короткое время цикла) и уменьшении усадки и деформации (здесь, в области рукоятки) и, как следствие, более высокой экономической эффективности, компания Vorwerk решила использовать технологию впрыска воды.
Как используется технология впрыска воды
Инструмент был разработан в сотрудничестве с компанией Hofmann - вашим инициатором, Lichtenfels. Пресс-форма с одной полостью (рис. 5) содержит осевой инжектор на стороне эжектора (AS), стороне компонента, обращенной к корпусу, и пространстве вторичной полости. Сторона форсунки (DS) состоит из двух скользящих элементов, которые перемещаются друг от друга или навстречу друг другу, когда инструмент открывается и закрывается посредством поступательного движения (движение V) и, таким образом, представляют сторону рукоятки рукоятки кастрюли. Благодаря подрезанию в области ручки, эта конструкция позволяет изготавливать ручку Thermomix.
Кроме того, поверхность ручки была структурирована, чтобы предложить покупателям более приятное ощущение. Две стороны инструмента также закалены по-разному: сторона эжектора 35 ° C и сторона сопла 65 ° C, чтобы противодействовать общей деформации. В качестве варианта метода WIT был выбран метод вторичной полости, так как при использовании метода надувания из-за различий в геометрии поперечного сечения или структуры заполнения невозможно создать полость в области наибольшего поперечного сечения. Кроме того, метка потока, скорее всего, возникнет в точке частичной инфляции с использованием метода инфляции.
Изготовление ручек
Используемый материал (тип: SCHULAMID 6 GF 30 HI WIT от A. Schulman Europe GmbH, Kerpen) состоит из PA 6 и 30% стекловолокна и был разработан для общего использования в WIT. Ручки Thermofix изготавливаются на нескольких гидравлических литьевых машинах (тип: Victory 180 от Engel Austria GmbH, Швертберг, Австрия). Время цикла на компонент составляет около 52 с. Компонент, включая холодный бегунок и вторичную полость, затем удаляется из инструмента с помощью линейной системы обработки.
На промежуточной станции холодный бегунок и вторичная полость автоматически отделяются от литой детали. В то же время отверстие для впуска воды (положение инжектора) закрыто пластиковым шариком, чтобы предотвратить попадание воды в повседневное использование, например. Б. чтобы избежать полоскания. Затем компонент помещается на беговую дорожку с помощью манипулятора и, наконец, сохраняется до окончательной сборки. Это создает 1,2 миллиона ручек от Thermomix каждый год.
СОВЕТ ПО СЕМИНАРУ Семинар «Систематический выбор материалов» рассказывает о взаимосвязи между производством материала, структурой материала и полученными свойствами материала. Цель состоит в том, чтобы представить целостное представление о процессе выбора материала, начиная с создания профиля потребности, предварительного отбора до точного выбора и оценки риска.
Следующая информация
Моделирование ручки горшка Thermomix
На этапе разработки инструмента Хофманном моделирование использовалось в качестве помощи на ранней стадии проектирования инструмента, чтобы заранее выполнить различные системы литников, варианты каналов охлаждения, варианты процесса и т. Д. Эта процедура сэкономила дорогостоящие и длительные шаги итерации на реальных инструментах. Моделирование проводилось при поддержке Simpatec GmbH, Aachen, партнера по решениям для промышленности пластмасс в области литья под давлением, моделирования термоформования и выдувного формования и дистрибьютора программного обеспечения Moldex 3D.
В имитационной модели доступны холодный бегунок, вся система контроля температуры, положение впуска воды, вторичная полость, полость сформованной детали и пресс-форма (рис. 6). Все компоненты были автоматически соединены трехмерно с элементами тетраэдра, в результате чего полость формованной детали состоит из сетки пограничного слоя (BLM). BLM состоит из пяти призменных слоев на краю литой детали и внутри элементов тетраэдра. Эти пять слоев позволяют в области стены (области наибольших градиентов) возникать физические величины, такие как. Б. скорость сдвига или температуру для записи более точно или лучше разрешить. Моделирование также помогло сузить окно процесса. Это позволило сэкономить дорогостоящие машинные и материальные затраты.
Дополнительная информация по библиографии
Вестфаль, Ф.: плавный дизайн продукта. Kunststoffe 103 (2013) 9, с. 57-60
[2] Michaeli, W.; Брансуик, А.; Пфанншмидт, О.: Знаешь как! Вопросы и ответы о технологии впрыска воды (WIT). Kunststoffe 92 (2002) 9, pp. 94-98
[3] Юнтген, Т.: Инжекторная технология и исследования процессов в технологии закачки газа и воды. Диссертация, RWTH Aachen 2004, ISBN: 978-3-86130-488-3
[4] Michaeli, W.: Исследования влияния свойств материала на формирование полости в технологии впрыска воды (WIT), Институт переработки пластмасс, RWTH Aachen, окончательный отчет по исследовательскому проекту IGF № 15003 N, 2009
[5] Дорнебуш, Х.: Исследование метода для моделирования образования пустот в технологии закачки воды путем изменения термических и реологических свойств жидкости. Бакалавриат, RWTH Aachen 2014, научный руководитель: М. Теуниссен
[6] Theunissen, M.: Азотно-водяной туман как альтернативная технологическая жидкость для технологии впрыска жидкости. Диссертация, RWTH Aachen 2016, ISBN: 978-3-95886-148-0
Симуляция заменяет дорогие итерационные циклы
Реальность в отношении оставшейся толщины стенки отображается в очень хорошем приближении путем моделирования технологии впрыска воды с помощью Moldex 3D. Моделирование не только дает возможность представить процесс литья под давлением, но и сравнить два варианта процесса друг с другом, чтобы заранее принять решение о более эффективном процессе. Используя в качестве примера ручку Thermomix, моделирование позволило сэкономить дорогостоящие и длительные циклы итерации на реальных инструментах, а также дорогостоящее машинное время для ограничения окна процесса.
* Кристоф Хинсе и Нуно Рибейро Симойес, SimpaTec GmbH, * Дипл.-инж. Стефан Хофманн, Изготовление инструментов Siegfried Hofmann GmbH, * Доктор Инж. Матиас Теуниссен и профессор, доктор технических наук Кристиан Хопманн, Институт переработки пластмасс (IKV).