Wtryskarki: Wirtualne formowanie ułatwia decyzje przy produkcji narzędzi

Bild 1 – Symulacyjne porównanie deformacji rdzeni z węglika wolframu (po lewej) i ze stali nierdzewnej 1.4034 (po prawej) na końcu procesu wtrysku – przy stałych warunkach procesu rdzeń z materiału o niższym module E odkształca się trzykrotnie bardziej. / Rysunek 1 – Symulacyjne porównanie deformacji rdzeni wykonanych z węglika wolframu (po lewej) i ze stali nierdzewnej 420 (po prawej) na końcu procesu wypełniania formy – materiał o niższym module sprężystości odkształca się trzykrotnie bardziej przy stałych warunkach procesu.

Bild 2 – Darstellung des Schmelzedrucks in zwei Kavitäten mit Kernen aus Wolframcarbid (links), bzw. aus 1.4034 (rechts) – Der obere Bildausschnitt zeigt den Füllstand, bei dem sich das Ungleichgewicht des Schmelzeflusses zum ersten Mal zeigen lässt. Am Ende der Füllphase (im unteren Bildausschnitt) sieht man diese eindeutig. / Rysunek 2 – Demonstracja ciśnienia topnienia w dwóch komorach z rdzeniami wykonanymi z węglika wolframu (po lewej) oraz ze stali nierdzewnej 420 (po prawej) – Górna część pokazuje moment wypełniania, w którym po raz pierwszy można zaobserwować nierównowagę przepływu topnienia. Pod koniec fazy wypełniania (dolna część) zjawisko to jest wyraźnie widoczne.

Bild 2 – Darstellung des Schmelzedrucks in zwei Kavitäten mit Kernen aus Wolframcarbid (links) bzw. aus 1.4034 (rechts) – Der obere Bildausschnitt zeigt den Füllstand, bei dem sich das Ungleichgewicht des Schmelzeflusses zum ersten Mal zeigen lässt. Am Ende der Füllphase (im unteren Bildausschnitt) sieht man diese eindeutig. / Rysunek 2 – Przedstawienie ciśnienia topnienia w dwóch komorach z rdzeniami wykonanymi z węglika wolframu (po lewej) oraz ze stali nierdzewnej 420 (po prawej) – Górna część pokazuje moment wypełniania, w którym po raz pierwszy można zaobserwować nierównowagę przepływu topnienia. Pod koniec fazy wypełniania (dolna część) zjawisko to jest wyraźnie widoczne.

Za pomocą SIGMASOFT® oprócz przewidywania skurczu elementów z tworzyw sztucznych, symuluje się również przesunięcia elementów wkładkowych oraz odkształcenia części narzędzi, takich jak na przykład rdzenie, podczas procesu wtrysku. Bazując na niezrównoważonym przepływie stopionego tworzywa w komorze i właściwościach mechanicznych używanych materiałów, SIGMA symuluje odkształcenia rdzeni z dwóch różnych stalowych elementów narzędzia w porównaniu.

Jedną z najważniejszych decyzji, które codziennie muszą podejmować producenci narzędzi podczas planowania, jest wybór stali do konkretnej geometrii narzędzia, aby mogła zostać odpowiednio wcześnie zamówiona. Niezależnie od tego, czy chodzi o przewodność cieplną wkładki komory, średnicę elementów wyciągowych czy wytrzymałość mechaniczną rdzenia narzędzia, SIGMASOFT® Virtual Molding ułatwia podejmowanie decyzji.

W SIGMASOFT® wszystkie materiały narzędziowe, takie jak stal, izolacja itp., są symulowane z uwzględnieniem ich właściwości termicznych oraz mechanicznych. Na podstawie właściwości termicznych, takich jak przewodność cieplna i pojemność cieplna, symulacje procesu obejmują na przykład fazę nagrzewania i stabilizację narzędzia w trakcie kilku cykli z minimalnym nakładem pracy. Ponadto, SIGMASOFT® symuluje, oprócz przewidywania skurczu i odkształceń elementów z tworzywa sztucznego, również przesunięcia elementów wkładkowych oraz odkształcenia rdzenia. Obliczenia te opierają się na ewentualnych różnicach w przepływie stopionego tworzywa podczas wypełniania komory (niezrównoważone wypełnianie) oraz właściwościach mechanicznych używanych materiałów.

SIGMA Plastic Services Inc. (IL), amerykańska spółka córka SIGMA Engineering GmbH, we współpracy z dwoma lokalnymi firmami, CAVAFORM (FL) i Crafts Technology (IL), realizuje interesujący projekt dotyczący odkształceń rdzenia podczas użycia dwóch różnych materiałów. Chodzi o narzędzie 16-krotne do wtrysku rurki centrifugacyjnej. W tym narzędziu, dla wewnętrznego kształtowania rurki, zamontowano obok siebie osiem rdzeni z węglika wolframu i osiem z 1.4034 (tzw. stal szwedzka). Symulacyjne badania wypełniania komory pokazują niezrównoważony przepływ stopionego tworzywa w komorze, spowodowany niesymetryczną geometrią śruby w obszarze pokrywy rurki, co ujawnia się przy poziomie wypełnienia około 85% (zdjęcie 2). Z tego nierównowagi wynika siła, która powoduje odkształcenie rdzenia podczas procesu wypełniania. Ze względu na niższy moduł sprężystości 1.4034, rdzenie z tego materiału odkształcają się trzykrotnie bardziej w porównaniu do odkształceń rdzeni z węglika wolframu (zdjęcie 1). 

To jest studium przypadku jednego z niezliczonych szczegółów w narzędziu do wtrysku, które czasami nawet doświadczeni producenci narzędzi mogą przeoczyć. Dzięki przemyślanemu zastosowaniu SIGMASOFT® Virtual Molding uzyskuje się szczegółowy wgląd w proces wtrysku. Przypadki, takie jak przedstawiony przykład, można symulować z niewielkim nakładem pracy, opierając się wyłącznie na zjawiskach termofizycznych i mechanicznych, które są modelowane i zapisane w oprogramowaniu symulacyjnym. W ten sposób można wcześniej przeanalizować i ocenić zmiany w narzędziu, jeszcze zanim zamówi się jego standardowe elementy. Symulacja dostarcza mocnej podstawy do podejmowania decyzji i wspiera projektowanie narzędzi od samego początku.