Wirtualne formowanie obniża koszty w przetwórstwie elastomerów

Bild 1: Die Sigmasoft® Virtual Molding Technologie kann die Temperaturverteilung in einem Elastomerwerkzeug zuverlässig vorhersagen. / Rysunek 1: Technologia wirtualnego formowania Sigmasoft®, umożliwia przewidywanie rozkładu temperatury w pełnym narzędziu do gumy.

Bild 2: Unter Betrachtung der Scherung, des Druckbedarfs und des Anvernetzens, ermöglicht Sigmasoft® eine Optimierung des Angussvolumens in der Elastomerverarbeitung. Das Angussvolumen wurde um 47% reduziert. Links: ursprüngliches Konzept. Rechts: mit Sigmasoft® optimiertes Konzept. / Rysunek 2: Analiza prędkości tarcia, zapotrzebowania na ciśnienie i procesu sieciowania pozwala Sigmasoft® na optymalizację wielkości kanału w formowaniu elastomerów. Udało się zredukować objętość kanału o 47%. Po lewej: początkowy układ kanałów. Po prawej: zoptymalizowany układ kanałów.

Obraz 2: Analizując tarcie, zapotrzebowanie na ciśnienie i proces sczerpania, Sigmasoft® umożliwia optymalizację objętości kanału w przetwórstwie elastomerów. Objętość kanału została zmniejszona o 47%. Po lewej: pierwotny układ kanałów. Po prawej: zoptymalizowany układ kanałów. / Rysunek 2: dzięki analizie szybkości tarcia, zapotrzebowania na ciśnienie i procesu sczerpania, Sigmasoft® pozwala na optymalizację rozmiaru kanału w formowaniu gumy. Udało się zmniejszyć objętość kanału o 47%. Po lewej: początkowy układ kanałów. Po prawej: zoptymalizowany układ kanałów.

W narzędziu z 48-kawitacjami zastosowanie dostępnej technologii Virtual Molding od Sigmasoft® pozwoliło na zmniejszenie objętości kanału wtryskowego o 47% oraz skrócenie cyklu o 30 sekund.

Projektowanie narzędzi elastomerowych wiąże się do dziś z czasochłonnymi próbami. Aspekty takie jak koncepcja temperowania czy system kanałów wtryskowych, a także wybór materiałów, są zwykle ustalane na podstawie doświadczenia lub przypuszczeń, a parametry procesu są dopiero ustalane, gdy narzędzie jest już wyprodukowane. Często narzędzie wymaga obróbki końcowej, a proces jest daleki od optymalnego, co powoduje marnotrawstwo energii i materiałów.

Sigmasoft® zmienia to zasadniczo dzięki technologii Virtual Molding, ponieważ dokładnie odwzorowuje całe narzędzie przez wiele cykli, w tym wszystkie informacje o materiałach i komponentach narzędzia. Virtual Molding został opracowany w celu wsparcia projektowania elementów i narzędzi oraz rozwoju procesu, tak aby wszystkie iteracje odbywały się na komputerze, bez zużycia surowców, maszyn czy personelu. Przyczyna problemów produkcyjnych staje się przejrzysta, a potencjał poprawy jasny.

Firma Aspem Ferramentaria z Brazylii, dzięki pomocy Virtual Molding, zoptymalizowała narzędzie z 48-kawitacjami o wymiarach 700 x 550 mm² powierzchni roboczej. Celem było przeanalizowanie koncepcji temperowania i znalezienie możliwości oszczędności materiału.

Na początku skupiono się na zachowaniu termicznym narzędzia. Cała koncepcja narzędzia, z wszystkimi komponentami i elementami temperującymi, została wprowadzona do symulacji w Sigmasoft®, a tak jak w rzeczywistości, przez wiele cykli wirtualnie produkowano elementy.

Skuteczność koncepcji temperowania przedstawiono na rozkładzie temperatury na obrazku 1. Pokazuje on rozkład temperatury po 340 sekundach cyklu. Wyraźnie widać, że kawitacje w czterech narożnikach mają niższą średnią temperaturę niż pozostałe. Elementy wyprodukowane w środku narzędzia osiągnęły T90 w ciągu 310 sekund; w tym samym czasie elementy w narożnikach osiągnęły jedynie 75% stopnia sieciowania. Ostatecznie zdecydowano się wyeliminować te 4 kawitacje, aby uniknąć marnowania materiału. Dodatkowo, dzięki temu, cały cykl został skrócony z 340 do 310 sekund.

Drugim krokiem była próba dalszego zmniejszenia zużycia materiału. W tym przypadku użyto zimnego kanału i oszacowano możliwość zmniejszenia średnicy kanału wtryskowego. Przy zmniejszaniu kanału wtryskowego ważne jest, aby pamiętać, że mniejsza średnica zwiększa potrzebę ciśnienia i tarcie, co może prowadzić do degradacji materiału w kawitacji. Również sieciowanie odgrywa kluczową rolę, ponieważ większy stosunek powierzchni do objętości skraca czas potrzebny na reakcję.

Za pomocą Sigmasoft® w kilku iteracjach analizowano parametry krytycznego tarcia, sieciowania i ciśnienia, i ostatecznie osiągnięto projekt kanału wtryskowego z o 47% mniejszą ilością materiału. Objętość kanału wtryskowego zmniejszono z 159 cm³ do 75 cm³ (obrazek 2). Zużycie materiału zmniejszono o 89 g na cykl. Przy całkowitym cyklu trwającym 360 sekund, realizowanym przez 24 godziny, oraz kosztach materiału 4,95 EUR za kg, można zaoszczędzić rocznie 25 587 EUR.

„Doświadczenie pokazuje, że projekty i procesy można analizować z wyprzedzeniem. Gdy techniczne doświadczenie i symulacja współgrają, można osiągnąć trwałe korzyści”, wyjaśnia Luciana Steuwe, inżynierka Sigmasoft® w Brazylii, która prowadziła projekt. „Cały projekt, od analizy termicznej narzędzia po zmniejszenie objętości kanału wtryskowego i wybór liczby kawitacji, można było przeprowadzić w ciągu 4 dni.”