Jonatan (dla przyjaciół Jasiek), syn Eugeniusza i Minewry oblany zimnym potem obserwuje postępujący pasek postępu instalacji. Wie, że to już koniec.
Koniec jego wędrówki, którą zaczął od wnikliwych studiów pradawnych zwojów Henryka Zawistowskiego i Szymona Zięby. Z nich, a także na tajnym sabacie mędrców Plastinventu dowiedział się o istnieniu SWORD (Symulacji Wtryskiwania o Rozszerzonym Działaniu). Wkrótce potem, zebrawszy drużynę śmiałków udał się w nieznane na poszukiwania tego mitycznego artefaktu.
Zbyszko Ustawiacz poległ jako pierwszy upojony mocnymi trunkami przez Targowe Krasnoludy z Kieleckich Wzgórz. Konstruktorka Karolina dała się uwieźć przez handlowca o elfiej urodzie. Rychu Narzędziowiec utonął w głębinach Morza Formalności, wciągnięty przez Księgowe Syreny, a Technolog Tadek nie zdołał uciec z jaskini Ogra Prezesa. Tylko Jasiek dotarł do Wyroczni IT i pozyskał tajne hasło admina, a teraz niczym legendarny król Artur wyciągnie ze skały Ekskalibur – Miecz Światła. Podobnie jak bóg piorunów Thor, tak i on dzięki swojemu młotkowi stanie się równy bogom z amerykańskich konferencji. Będzie jak Chuck Norris, któremu wszystkie niewiadome w zadaniu same się ujawniają. Wzrokiem Supermana zajrzy do środka formy wtryskowej i pozna kolor majtek wszystkich operatorek na hali…
Niezła bajka, prawda? 😉
Sporo ludzi jednak w nią wierzy. Sądzą, że wystarczy mieć program do symulacji wtryskiwania, żeby działy się cuda. Z drugiej strony inni w ogóle w „cuda” nie wierzą. Ufają tylko danym prosto z maszyny i pilnikowi narzędziowca, a przecież w każdej legendzie jest trochę prawdy.
Czym jest symulacja wtryskiwania?
Rozbudowanym kalkulatorem
Wyobraźmy sobie, że stoimy przed zadaniem wyznaczenia wartości spadku ciśnienia (wzdłuż zielonych strzałek) w kanale wlewowym dla formy 8-krotnej w układzie H. Takiej jak na schemacie poniżej.
Znając kilka wzorów i wykres lepkości w funkcji szybkości ścinania dla zastosowanego tworzywa, możemy taki spadek ciśnienia policzyć na kartce papieru.
Jak widać nasze rachunki prawie w zupełności pokrywają się z wynikiem symulacji.
To po co nam ta cała symulacja? Ktoś mógłby zapytać. Ja bym takiemu „ktosiowi” odpowiedział, że do tego samego do czego jest potrzebny AutoCAD, albo nawet zwykły kalkulator. Czyli przede wszystkim, żeby robić nasze rachunki szybciej, ale też dokładniej i bezbłędnie. Pomijam już fakt, że z metod numerycznych dużo przyjemniej się korzysta przed ekranem Moldex3D niż pochylony nad zeszytem (w każdym bądź razie dla mnie).
Symulacja wtryskiwania jest rozbudowanym „kalkulatorem”, który przyspiesza – a czasami wręcz umożliwia wykonanie niezbędnych obliczeń podczas projektowania wypraski i formy wtryskowej.
Okularami rozszerzającymi rzeczywistość
Doświadczony konstruktor, zgodnie ze wszystkimi zasadami prawidłowego projektowania części z tworzyw sztucznych, modeluje wypraskę. Symulacja wtryskiwania pokazuje nieakceptowalną wartość ponad 3mm wypaczenia. Pokazuje też przyczynę takiego stanu rzeczy – obszar w detalu o zwiększonej wartości skurczu.
Część została zaprojektowana zgodnie ze „złotą regułą” stałej grubości ścianki, więc co teraz? W tym przypadku reguły są po to, żeby je łamać i otrzymać redukcję wartości wypaczenia. Po zmianie grubości ściany z 2mm na 1mm w wybranym miejscu, odkształcenie części spadło z 3mm do 1,8mm.
Jednak czy wiedzielibyśmy czy i którą zasadę zależy złamać bez analizy numerycznej?
Symulacja jest naszymi „okularami”, bez których nie widzimy dość ostro wszystkiego co się dzieje podczas procesu wtryskiwania.
Cyfrowym bliźniakiem wtryskarki
Nasza wtryskownia jest częścią skomplikowanego łańcucha dostaw w przemyśle samochodowym. Jak to w automotive bywa, część po latach analiz i spotkań trafia do produkcji seryjnej i… się nie montuje z pozostałymi elementami. 😉
Problemem jest jak zwykle nadmierne wypaczenie (wymiar A na rysunku powyżej). W pierwszej kolejności wykonujemy symulację i oceniamy jej dokładność w tym aspekcie. Jak widać wyszło całkiem nieźle (z lewej strony wynik symulacji – wypaczenie w kierunku Y; z prawej strony pomiar skanerem 3D).
Skoro już wiemy, że dość dokładnie symulujemy rzeczywistość, możemy przejść do wirtualnych prób na maszynie. Do tego wykorzystujemy moduł Moldex3D Expert i oprogramowanie do optymalizacji parametrów wtryskiwania STASA QC. Na rysunku poniżej widzimy porównanie wyników naszej wirtualnej optymalizacji ze średnią z pomiarów wymiaru A po wdrożeniu optimum w procesie.
Udało się osiągnąć taki wynik bez rzeczywistych prób na wtryskarce. Dlatego w tym przykładzie symulacja wtryskiwania jest cyfrowym bliźniakiem procesu produkcyjnego, na którym możemy eksperymentować nie ruszając się zza biurka, nie produkując braków i nie generując przestojów maszyn.
Precyzyjnym narzędziem pomiarowym
Pozostajemy w przemyśle samochodowym. Tym razem naszym zadaniem jest zamiana istniejącego już elementu aluminiowego jego lżejszym odpowiednikiem ze wzmocnionego włóknem tworzywa polimerowego. Jak się nietrudno domyślić w tym przypadku zamiana oznacza zaprojektowania części zupełnie do nowa.
Po analizie topologicznej i zbudowaniu nowego modelu geometrycznego w CAD, przyszła kolej na symulacje wtryskiwania. Jej podstawowym zadaniem było wyznaczenie optymalnych parametrów pod względem orientacji włókien szklanych w gotowym wyrobie. Ta orientacja ma duży wpływ na właściwości wytrzymałościowe wypraski. W tym celu zastosowano również moduł Moldex3D Expert, który oprócz wskazania optymalnych wartości czasu wtryskiwania i temperatury formy, uznał wariant z trzema przewężkami tunelowymi za najlepszy (ten w zielonej ramce). Do konkursu stanęły też bezpośredni wtrysk z dyszy GK i przewężka szczelinowa.
Na rysunku poniżej widać porównanie „zwycięzcy” i „przegrańca” pod kątem rozkładu orientacji włókien. Tutaj jeszcze różnic trudno się dopatrzeć, ale gdy porównujemy rozkład wartości modułu Younga w wyprasce, widzimy dlaczego prawy przypadek jest lepszy od lewego.
Teraz możemy zmapować orientację włókien przy pomocy pakietu DigiMAT na model do obliczeń wytrzymałościowych i sprawdzić czy udało nam się zastąpić metal tworzywem.
Jak zmierzylibyśmy rozkład modułu Younga w wyprasce bez symulacji?
Tutaj symulacja wtryskiwania jest precyzyjnym narzędziem pomiarowym, które jest w stanie zmierzyć „niemierzalne” cechy produktu.
Podsumowanie
- Symulacja wtryskiwania nie jest panaceum na wszystkie bolączki przetwórcy – ma swoje ograniczenia.
- Nie jest jednak zupełnie bezużyteczna.
- Bez niej:
- Wracamy do epoki „desek kreślarskich” i ręcznych obliczeń.
- Nie widzimy wszystkich problemów powstałych podczas procesu wtryskiwania, a tym bardziej ich przyczyn.
- Jesteśmy skazani na kosztowne próby i eksperymenty – musimy „operować na żywym sercu”.
- Nie jesteśmy w stanie zmierzyć wartości wszystkich interesujących nas parametrów produktu.
- Tego typu obliczenia zawsze są obarczone błędem, którego wielkość zależy od:
- dokładności modelu matematycznego użytego w programie,
- danych wejściowych (materiał, proces, geometria),
- umiejętności obsługującego program.
Teraz już wiesz czym jest, a przynajmniej czym może być symulacja wtryskiwania. Tutaj przeczytasz jak ją prawidłowo wykonać.
