Dziś Święto! Po kilku tygodniach postu – czyszczenia odpowietrzeń i wywożenia zlepów w końcu będę „odpalał” nową formę. Na dzisiejszej zmianie kolega zastąpi mnie we „wiszeniu na grzechotce” i wąchaniu dymu z podpalanych zapalniczką dolotów – ja będę „twórcą” nowego procesu. 😉
Narzędziownia już formę przygotowała, a pierwsza zmiana założyła na najnowszego Demaga. Ja też wczoraj, niczym “Żyd liczący pieniądze” z popularnego malowidła dokładnie analizowałem papiery, które przyszły wraz ze stalą z Państwa Środka – rysunki, wypraski z pierwszych prób i oczywiście raport z symulacji. Ta powerpointowa prezentacja po wydrukowaniu miałaby pewnie grubość „Cierpień młodego Wertera”, ale ze zdecydowanie radośniejszym przesłaniem. Kilka tabelek, animacji i masa obrazków (różniących się między sobą w zasadzie tylko kolorami) – to raczej jest wesoła historia z happy endem. Ostatni slajd z dwoma zdaniami po chińgielsku i dużym zielonym „OK” tylko utwierdził mnie w pozytywnym nastawieniu do pierwszych prób na maszynie.
Chwila prawdy – gdy kończę wpisywać parametry, podchodzi drugi ustawiacz (ten od brudnej roboty) ze smarem na łokciach i nieodzownym jabłkowym lizakiem w ustach.
- Od czego zaczynasz, Młody? – pyta nie wyjmując lizaka.
- Od parametrów z symulacji. Ktoś je przecież już wyliczył. – odpowiadam.
Zielony przycisk i poszło! Forma się zamyka, cylinder podjeżdża, wtrysk i… po kilku sekundach alarm i komunikat o przekroczonej maksymalnej wartości ciśnienia wtrysku. Otwieramy formę. Ja z uporem maniaka szukam błędu (spowodowanego najprawdopodobniej intensywnym zapachem „zielonego jabłuszka”) w przepisanych z raportu parametrach. Nie mogę znaleźć. Kolega po zajrzeniu w podział, wyciąga lizaka z ust i z udawaną ciekawością pyta.
- Czy w symulacji też podlało suwak?
Jak zapewne się domyślasz, drogi Czytelniku na jakiś czas ograniczyłem kontakt z tego typu „wynalazkami” jak symulacje wtryskiwania. Aż do czasu, gdy sam zacząłem je robić. Dziś po ponad 7 latach „symulowania” wiem czego wtedy zabrakło w tamtych obliczeniach.
Dobra Symulacja – 7 Składników
1. Dokładny model 3D wypraski
“Garbage in – garage out”
W myśl tej zasady nie należy oczekiwać cudów, gdy symuluje się zupełnie coś innego niż jest lub będzie w formie. Jest to dość oczywiste (a nawet bardzo), a mimo tego wciąż jeszcze często słyszę pytania typu „Czy nie mógłbym wziąć czegoś zbliżonego?”, „Jakiś podobny dekielek?”, „Tak tylko, żeby zobaczyć co wyjdzie.”. Zazwyczaj to, co wtedy wyjdzie nie ma sensu oglądać.
Drugą sprawą jest jakość danych wejściowych. Po kilku konwersjach z jednego formatu na drugi okrągłe kołki stają się kwadratowe, a małe otworki znikają. Oczywiście model wypraski przed nałożeniem siatki należy najpierw uprościć, ale tylko tyle ile trzeba i ani trochę więcej. Zazwyczaj usuwamy wszelkie oznaczenia – datownik, nr gniazda itp., ale jak chcemy sprawdzić czy jakieś cudaczne logo się w ogóle doleje to… Myślę, że wiesz już o co chodzi. 😉
2. Model formy wtryskowej
Większość ludzi oglądając wyniki symulacji jest w zasadzie zainteresowana tylko jednym – wypaczeniem. Nie da się jednak otrzymać realnych wyników wypaczenia bez uwzględnienia chłodzenia w formie. Bez kanałów chłodzących nasza analiza zakłada jednorodny rozkład temperatury na powierzchni gniazda. Nie trzeba chyba nikomu tłumaczyć, że jest to dość mało realna sytuacja.
Ciśnienie w gnieździe ma również znaczący wpływ na wypaczenie. Dlatego warto by uwzględnić wszelkie możliwe jego straty na drodze płynącego tworzywa. Ciężko to zrobić bez modelu kanałów doprowadzających, a czasami nawet bez modelu dyszy cylindra wtryskarki.
Co jednak zrobić gdy nie mamy takich danych do dyspozycji? Czasami projektu formy jeszcze po prostu nie ma. Moim zdaniem należy wtedy coś założyć. Lepiej mieć „jakiś” układ chłodzenia i „prawdopodobny” układ wlewowy niż nie mieć nic.
3. Rozsądne parametry procesu
Chyba wszystkie programy do symulacji wtryskiwania umożliwiają zastosowania domyślnych lub automatycznych parametrów procesu. Te wartości są zupełnie w porządku jeśli chce się mieć „domyślne” wyniki, ale dla konkretnego przypadku trzeba mieć konkretne wartości nastaw. W przypadku gdy nie wiemy jak takie parametry wyznaczyć (ale się dowiemy – tu na tym blogu), można zacząć od wartości domyślnych. Potem jednak zawsze trzeba dążyć do optimum i dostosować warunki przetwórstwa do naszego zadania symulacyjnego.
4. Symulant z odpowiednim doświadczeniem
Czyli ja – Doktor Pai-Hi-Wo, Mistrz Sztuk Tajemnych 😉 A na poważnie to każdy kto:
- Zna obsługę programu na tyle, żeby wiedzieć jakie są jego możliwości i ograniczenia. Innymi słowy wie co da się policzyć i jak.
- Ma wyrobioną odpowiednią ilość godzin pracy przy wtryskarce.
Z pierwszym punktem zazwyczaj nie ma większych problemów. Dostawcy oprogramowania organizują szkolenia, są coraz lepsze książki. Można nawet wyrobić sobie certyfikat, który jest dobrym potwierdzeniem znajomości programu. Gorzej jest w tym drugim przypadku. Bardzo często „symulanci” to byli konstruktorzy, specjaliści od CAD lub MESowcy. Oni zazwyczaj muszą się uczyć wtryskiwania już podczas użytkowania programu. Co zazwyczaj skutkuje takimi kwiatkami jak temperatura tworzywa rzędu 400°C dla PP lub ciśnieniem docisku o wartości 1200MPa. Moldex, jak papier – wszystko przyjmie.
5. Wystarczający czas na wykonanie analizy
Symulacje wtryskiwania, tak jak wszystkie analizy z rodziny numerycznej dynamiki płynów (CFD) wymagają bardzo dużo czasu na obliczenia, ale nie o to tutaj chodzi. Jeszcze więcej czasu potrzebuje człowiek na analizę tego, co już zostało policzone. Programy do symulacji generują nawet kilkadziesiąt różnych typów wyników. Problemem jest nie tyle obejrzenie wszystkich, ale zdecydowanie co trzeba obejrzeć i jak dokładnie. Dlatego też „seniorzy” w tej dziedzinie zajmują się właściwie tylko analizą wyników i wyciąganiem wniosków. Raport z symulacji otrzymany w kilka godzin po jej zleceniu nie świadczy dobrze o jej jakości.
6. Wiarygodne dane materiałowe
Wiele razy mówiono mi, że zawsze trzeba stosować w symulacjach materiał zgodny z rzeczywistością – ten zasypywany na maszynie. Życie jednak nauczyło mnie stosować się do innej reguły. Należy stosować tworzywo przede wszystkim wiarygodnie przebadane i jak najbardziej podobne do tego w leju maszyny. Oba kryteria można sprawdzić dla Moldexa tutaj (niestety nie jest to usługa darmowa).
Dlaczego właśnie tak? Poniżej jest porównanie wyniku symulacji ciśnienia w punkcie przełączenia na docisk dla 6 zestawów danych materiałowych. Wszystkie te dane otrzymano z badań jednej i tej samej próbki poliwęglanu. Dla każdego zestawu inne było miejsce i czas badania. Symulacje zostały przeprowadzone na tych samych danych – różniły się tylko wartości zmierzonych właściwości materiałowych.
7. Siatka – taka jak trzeba
Tutaj należy pamiętać o dwóch sprawach, o rodzaju i gęstości zastosowanej siatki elementów skończonych. Zazwyczaj programy do symulacji mają kilka rodzajów siatki i zwykle są one też uszeregowane od „najprostszej” do „najtrudniejszej” (ze względu na trudność obsługi, bądź czas obliczeń). Typy najprostsze najmniej potrafią, ale pracuje się z nimi najprzyjemniej. „Trudni goście” to komandosi – nadają się do każdej roboty, ale są drodzy. Dużo czasu zajmuje przygotowanie modelu, albo obliczenia, a czasami jedno i drugie. Trzeba zatem wiedzieć kiedy „zmienić poziom trudności” w naszych obliczeniach. To na szczęście zawsze powiedzą dostawcy oprogramowania. Wystarczy jedynie wiedzieć, żeby ich o to zapytać.
Drugim aspektem jest tzw. „wielkość oczka” naszej sieci, czyli jej gęstość. Tutaj sprawa jest prosta i trudna zarazem. Nasz model zdyskretyzowany (zasiatkowany) powinien odpowiednio odwzorowywać cechy geometryczne modelu 3D wypraski. Tylko tyle i aż tyle!
Są pewne zasady, którą tę „odpowiedniość odwzorowania” definiują. Software stara się ich przestrzegać (przynajmniej Moldex tak robi) przy generowaniu elementów, ale zawsze warto wynik tych jego starań sprawdzić. Niektóre z tych zasad są istotne tylko w ramach konkretnego rodzaju siatki, np. stosunek grubości warstw przyściennych do rdzeniowej w przypadku BLM w Moldex3D. Jest jednak kilka, które moim zdaniem mają charakter uniwersalny.
Pierwszą z nich jest ilość elementów powierzchniowych przypadających na cechę geometryczną modelu. Brzmi skomplikowanie, ale chodzi o to, żeby na średnicy każdego otworu, wysokości każdego kołka i głębokości każdego dołka na wyprasce były co najmniej 3 elementy – proste, prawda?
Jeśli jednak interesują nas jakieś szczególne miejsca na modelu to warto, właśnie w tych miejscach siatkę zagęścić. Jak? A na przykład tak.
Podsumowanie
Dobra pomidorowa każdemu smakuje. Dobra symulacja wtryskiwania każdemu (nieważne przy jakim etapie cyklu życia produktu pracuje) się przyda. Zarówno pomidorowa, jak i symulacja są tak dobre jak ich składniki. Tutaj jest przepis na dobrą symulację. W zamian podaj ten na pomidorówkę! 😉
