W poprzedniej część zakończyliśmy budowę geometrii wyrobu, zgodnie z uwarunkowaniami technologiczności konstrukcji. Na tym etapie zalecane jest przeprowadzenie wstępnej symulacji wtrysku, pokazującej przebieg wypełniania gniazda jak i powstawanie np. linii łączenia czy pułapek powietrznych. Dodatkowo, wspomagając się analizą, możemy „odchudzić” naszą wypraskę, co nie jest bez znaczenia z perspektywy kosztów (mniejsza ilość zużytego tworzywa, krótszy czas cyklu), pamiętając jednocześnie o zachowaniu jej właściwości mechanicznych.
Adam Kałamarz
Zanim jednak wyeksportujemy nasz model do programu symulacyjnego Autodesk Moldflow Adviser, musimy wprowadzić zmiany związane z geometrią. Usuniemy małe zaokrąglenia (mniejsze od nominalnej grubości ścianki), które nie mają wielkiego wpływu na wyniki analizy, znacznie wydłużają jej czas i utrudniają poprawę geometrii po eksporcie.
Przechodzimy więc do opcji filtrów drzewa (Rys. 1) i zaznaczamy opcję Suppressed Object (Rys. 2), dzięki temu wygaszone cechy nadal będą widoczne. Zaznaczamy zaokrąglenia oznaczone jako Round 3, Round 5 i wygaszamy je, poprzez polecenie Suppressed (Rys. 3).
Edytujemy cechę Trajectory Rib i odznaczamy nadane wcześniej wyokrąglenie przy podstawie żeber (Rys. 4). Pozostaje jeszcze do usunięcia wewnętrzna część zaokrąglenia Round 2 występująca pomiędzy powierzchnią czołową a bocznymi ściankami modelu. Ponieważ wykonaliśmy je przed użyciem polecenia Shell (bryła cienkościenna), wygaszenie ww. cechy spowodowałoby usunięcie zaokrąglenia po obydwu stronach ściany. Dlatego zmienimy kolejność wykonywanych operacji i przesuniemy Round 2 pod cechę Shell 1 (Rys. 5),
przez co zaokrąglenie będzie wykonane po nadaniu cienkościenności i będzie dotyczyło tylko zewnętrznych krawędzi.
Z uwagi na to że, model posiadał pełną historię, bardzo szybko mogliśmy wprowadzić niezbędne zmiany. W przypadku gdy byłaby to geometria importowana do Creo (Pro/E) z innego systemu CAD, wszystkie zaokrąglenia usuwalibyśmy poprzez polecenie Remove, dostępne z menu Edit (Rys. 6).
Kolejnym krokiem będzie wstawienie nowego układu współrzędnych, z osią Z ustawioną w kierunku otwierania formy, i ustalenia go jako układu bazowego przy eksporcie naszej geometrii. Dzięki temu, po wczytaniu do Moldflow, model już na wstępie będzie odpowiednio spozycjonowany, co ma znacznie np. przy budowie układów chłodzenia za pomocą Wizarda. Z menu Insert/Model Datum wybieramy polecenie Coordinate System (Rys. 7) i bazując na płaszczyznach Top, Front, Right ustawiamy nasz układ, dodatkowo zmieniając jego kierunek w zakładce Orientation (Rys. 8). Tak przygotowaną geometrię importujemy np. jako plik STL, STEP lub IGS, poprzez polecenie File/Save a Copy, pamiętając o wskazaniu układu bazowego (Rys. 9).
Jako wstępne parametry analizy wypełnienia zakładamy m.in.:
- Materiał wtryskiwany: PA6+25GF
- Temperatura stopu: 235 °C
- Temperatura formy: 70 °C
- Ciśnienie wtrysku: 100 MPa
Z uwagi na zróżnicowanie skurczu wzdłużnego i poprzecznego w zastosowanym materiale, punkt wtrysku został umieszczony na krótszej ścianie wyrobu, tak aby płynięcie i orientacja włókna nastąpiła wzdłuż dłuższego boku wypraski. Po przeprowadzonej analizie otrzymaliśmy m.in. następujące wyniki:
Fill Time – czas wypełnienia (Rys. 10);
Temperature at flow front – temperatura na czole strugi (Rys. 11);
Air Traps – zamknięcia powietrza (Rys. 12);
Weld lines – linie łączenia (Rys. 13);
Confidence of fill – pewność wypełnienia (Rys. 14);
Quality prediction – przewidywalna jakość (Rys. 15);
Preassure at end of fill – ciśnienie na końcu fazy wypełniania (Rys. 16).
Wstępnie możemy stwierdzić, że wypełnienie gniazda przebiega równomiernie – brak wyraźnych zawahań strugi, niewielkie różnice pomiędzy skrajnymi wartościami temperatury czoła potwierdzają stabilność procesu. Założona wartość ciśnienia, w stosunku do obliczonej, jest wystarczająca do pokonania oporów przepływu w gnieździe. Dodatkowo otrzymaliśmy informacje na temat pułapek powietrznych i linii łączenia. Jednak analiza została przeprowadzona tylko dla jednego gniazda, nie uwzględniając układu wtryskowego i fazy docisku, czyli nie mamy informacji na temat przebiegu skurczu w wyprasce i jego wpływu na deformacje. Dlatego też po zaprojektowaniu ww. układu, jak i układu chłodzenia, powtórnie powinniśmy przeprowadzić analizę w celu zweryfikowania powyższych wyników.
Przechodzimy do wydzielenia części formujących, bazując na geometrii, którą ukończyliśmy w części drugiej artykułu (Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie, styczeń/luty 2011).
Ponieważ korzystamy z oprogramowania w wersji Foundation XE, przypisanie skurczu jaki i modelowanie powierzchni podziału wykonamy w obrębie pliku Part. Większość użytkowników Creo (Pro/E) w ww. wersji przypisuje skurcz poprzez polecenie Scale Model, dostępne z menu Edit.
Jednak podstawową wadą tego polecenia jest jego brak w drzewie, a co za tym idzie niemożność późniejszej edycji. My przypiszemy skurcz za pomocą opcji Transform (która należy do grupy cech odpowiedzialnych za deformacje), dostępnej z menu Insert/Warp (Rys. 17). Przechodzimy do zakładki References i jako Geometry wybieramy model uchwytu, dodatkowo zaznaczając układ, w stosunku do którego nastąpi skalowanie (Rys. 18). Klikamy ikonę Transform, wybieramy Center w opcjach Scale (Rys. 19) i przechodzimy do zakładki Options. Klikając na narożnik powstałej klatki aktywujemy zakładkę Options i uzyskujemy możliwość skalowania bryły w osiach X, Y, Z. Przypisujemy wartość skurczu równą 0,5 %. (Rys. 20) i zatwierdzając klawiszem Enter, kończymy polecenie. Od tego momentu opcja skurczu będzie uwzględniona w drzewie pod postacią cechy Warp. W przypadku naszego detalu przyjęliśmy pewne uproszczenie nie rozdzielając skurczu wzdłużnego i poprzecznego, zaznaczyć jednak należy, że za pomocą Warp’a mamy również i taką możliwość.
Kolejnym etapem będzie wydzielenie części formujących. Na wstępie utworzymy kilka warstw pomocniczych, dzięki którym łatwiej będzie nam operować powstałymi powierzchniami.
Z menu View wybieramy Layers i poleceniem New Layer tworzymy trzy warstwy o nazwie: Matryca, Stempel, Bryła (Rys. 21), przypisując tej ostatniej utworzoną geometrię (Rys. 22). Wybieramy jedną ze ścian modelu i klikając prawym klawiszem myszy w jego obrębie zaznaczamy opcję Solid Surfaces (Rys. 23), a następnie z menu Edit wybieramy kolejno Copy i Paste. Skopiowaliśmy „skorupę” opisującą nasz model, możemy teraz zmienić jej kolor, korzystając z palety Appearance Gallery. Od tej chwili będziemy bazować na skopiowanym zespole powierzchni (Quilt). Warstwę Bryła wygaszamy za pomocą polecenia Hide. Kolejnym krokiem będzie rozdzielenie „skorupy” na dwie grupy powierzchni, które posłużą do przycięcia matrycy i stempla. Z menu Edit wybieramy polecenie Trim (Rys. 24) i jako płaszczyznę tnącą wskazujemy Top. Dodatkowo zaznaczymy ikonę odpowiedzialną za cięcie powierzchni za sprawą konturu utworzonego w kierunku wektora prostopadłego do płaszczyzny cięcia, zwracając uwagę na zwroty strzałek (Rys. 25). Po tak przeprowadzonej operacji dostajemy dwie oddzielne powierzchnie podziału. Zarówno w jednej, jaki i drugiej musimy zaślepić otwór powstały w miejscu zamykania matrycy ze stemplem(Rys. 26, 27).
Z menu Edit wybieramy polecenie Fill i na krawędzi ww. powierzchni w locie tworzymy płaszczyznę równoległą do Top, szkicujemy powierzchnię zaślepiającą otwór (Rys. 28). Powielamy ją poprzez polecenia Copy i Paste i zszywamy z górną częścią, za pomocą opcji Merge, dostępnej w menu Edit (Rys. 29);
zszycie powtarzamy dla dolnej powierzchni podziału. Ostatnim zabiegiem w module Part będzie utworzenie powierzchni określającej główny podział w formie, pomiędzy matrycą a stemplem, i połączenie jej z obydwoma wcześniej utworzonymi zespołami powierzchni.
Wykonujemy to analogicznie do ww. operacji, poczynając od polecenia Fill, z tym, że płaszczyznę, na której naszkicujemy zarys, tworzymy na wysokości podziału, pomiędzy jednym a drugim zespołem
(Rys. 30,31). Tak utworzone nowe powierzchnie podziału (Rys. 32) przypisujemy do warstw – Matryca, Stempel.
Zakładamy nowy plik Part (matryca) i szkicujemy na płaszczyźnie Front prostokąt o wymiarach wg. rysunku (Rys. 33), wyciągając symetrycznie na wysokość 100 mm. W identyczny sposób tworzymy stempel.
Kolejnym nowo utworzonym plikiem będzie złożenie (tworzenie złożeń zostanie szerzej omówione w kolejnych częściach naszego cyklu), w którym dotniemy matrycę i stempel do kształtu formującego. Zakładamy nowy plik Assembly np. o nazwie Podziały
(Rys. 34) i wstawiamy – za pomocą polecenia Assemble (Rys. 35), dostępnego z menu Insert/Component – bryłę uchwytu, wybierając domyślny układ współrzędnych jako bazę (Rys. 36). Te same czynności powtarzamy dla plików matryca i stempel. W drzewie podzespołów złożenia zaznaczamy stempel i rozwijamy podręczne menu, zaznaczając polecenie Activate.
Dzięki temu mamy możliwość modelowania w pliku Part z poziomu złożenia. Kopiujemy dolną powierzchnię przypisaną do warstwy Stempel (Rys. 37). Powtarzamy te czynności dla podzespołu matryca, z tym że kopiowaną powierzchnią będzie ta, z warstwy o tej samej nazwie. W plikach matryca i stempel, zaznaczamy skopiowane powierzchnie i przycinamy bryły za pomocą polecenia Solidify, z włączoną opcją usunięcia materiału.
Otrzymaliśmy wstępną bryłę matrycy i stempla (Rys. 38, 39).
Tak jak zaznaczyliśmy w pierwszej części naszego spotkania, Creo (Pro/E) posiada zaawansowane moduły znacznie przyspieszające wykonywanie np. wkładów formujących (matryce, stemple, suwaki), budowę układów chłodzenia, układów wtryskowych wraz z szeregiem narzędzi do ich analiz. Dodatkowo, możemy przeprowadzić wstępną analizę wtrysku bezpośrednio z poziomu Creo. Dlatego przy budowie bardziej skomplikowanych form wtryskowych nieodzowne staje się zastosowanie ww. modułów.
W kolejnych częściach naszego cyklu artykułów dopracujemy wkładki formujące i rozpoczniemy budowę formy wtryskowej.
Adam Kałamarz
Biuro Konstrukcyjne MOLDesign
artykuł pochodzi z wydania 3 (42) marzec 2011