Изготовление изделий из пластмассы и пластиковые изделия производство в России

Значительным шагом вперед по сравнению с упрощенным анализом при изготовление изделий из пластмассы с использова­нием метода конечных разностей стало появление методов анализа на основе твер­дотельной (монолитной) модели. Этот относительно новый подход запатентован (пластиковые изделия производство). Он позволяет непосредственно связать анализ с конструкторскими задачами. Здесь используется специальная техника проведения анализа литья под давлением на монолитной модели вместо представления геометрии изделия в виде средней ли­нии. Таким образом, процесс конструирования изделия из пластмассы совмещается с анализом ли­тья под давлением, что позволяет получить более эффективный расчетный продукт.

Твердотельное моделирование лежит в основе нескольких технологий быстрого прототипирования (например изготовление изделий из пластмассы, стереолитографии (Stereo Lithography Apparatus). Пластиковые изделия производство которых всегда начинается с изготовления компьютерного оригинал-макета изделия с по­мощью средств CAD. Далее трехмерная модель разбивается на поперечные сечения (слои) толщиной 0, 013-0, 51 мм. Построение сечений пластиковой детали с помощью специаль­ного оборудования (лазер, оптическая система, жидкий полимер) протекает слой за слоем снизу вверх, до тех пор пока не будет получен физический прототип (пластиковые изделия мелкосерийное производство).

Большинство С/Ш-систем с возможностями твердотельного моделирования экспортирует файлы в формате STL. Они описывают геометрию модели и состоят из совокупности треугольных «граней», представляющих собой элементы поверхно­сти. Однако, в отличие от правильной сетки конечных элементов, сетки стереолитографии часто состоят из неправильных треугольников с большим отношением сто­рон. Хотя эти искажения не имеют серьезных последствий для оборудования стереолитографии при производстве пластиковых изделий  (изготовление изделий из пластмассы), они могут стать источником серьезных проблем для большинства численных методов, используемых для анализа литья под давлением. По этой при­чине при проведении расчетов в коммерческих программных продуктах на основе твердотельного моделирования обычно используют алгоритмы оптимизации сетки, чтобы уменьшить соотношение сторон в треугольных гранях.

Окончательный вариант расчетов на основе твердотельного моделирования  при изготовление изделий из пластмассы для описания потока в процессе заполнения формующей полости использует модель Хеле-Шоу. Как и в других современных методах, здесь используется метод конеч­ных элементов/контрольных объемов. По вместо анализа по средней линии расчеты на основе твердотельной модели учитывают геометрию всех поверхностей. На осно­ве сетки из файла стереолптографии этот метод реализует систему парных и син­хронных уравнений для противостоящих геометрических поверхностей. Наиболее простым видом такой технологии может быть визуализация результата при рас­смотрении процесса литья простой плоской пластины. Трехмерное представление пластины будет иметь как верхнюю, так и нижнюю поверхности. Метод стереолито­графии, генерирующий монолитные модели, «стремится» составить пары из эле­ментов, которые находятся на верхней и на нижней поверхностях. На рис. 10. 10 (Пластиковые изделия производство) при­веден двухмерный слой изделия типичной геометрии с ребром жесткости, рассчи­танной на основе монолитной модели. При тщательном анализе нормалей элементов и прилегающих к друг другу элементов можно добиться синхронизации между верхней и нижней поверхностями каждого геометрического элемента.

Эти синхронизированные пары затем дополняются граничными условиями и уравнениями перемещения фронтов потоков. Как показано на рис. 10. 10 (Пластиковые изделия производство), составля­ют пары на плоских участках. Однако при рассмотрении скруглений, утолщений или других более сложных элементов синхронизация становится невозможной. По­этому при расчетах на основе твердотельной модели для таких элементов, не имею­щих четко определенной синхронизированной пары, используется ряд допущений при изготовление изделий из пластмассы. В этих случаях за толщину элемента часто принимается среднее значение прилегаю­щих элементов. Например, синхронизация пар узлов А -а и В-b в плоской части пластикового из­делия достаточно очевидна. Однако при рассмотрении таких узлов, как, например, узел G, не имеющих четко определенной синхронизированной пары, за толщину принимается среднее значение толщин прилегающих узлов.

В результате каждому элементу структуры присваивается конкретное значение толщины и синхронизированные пары используются для анализа литья под давле­нием. Конкретное значение толщины соответствует полной толщине щели между поверхностями. Таким образом, объем элементов сетки примерно равен удвоенному объему реальной геометрической формы. Поэтому расход при впрыске, используе­мый

Сечение С-С

Рис. 10. 10. Пластиковые изделия производство и синхронизация поверхностей на модели твердого тела при изготовление изделий из пластмассы

 в процессе анализа, приблизительно в 2 раза превышает расход для реальной геометрии. Парные узлы используются для синхронизации значений давления и по­ложения фронта потока. При проведении стандартного анализа впускной литник располагается на одной из поверхностей геометрической модели. Если узел, в кото­ром расположен впускной литник, принадлежит одной из синхронизированных пар, то в другой узел пары помещается дополнительный впускной литник. Далее при анализе используется модель Хеле-Шоу.

Результаты анализа на основе твердотельного моделирования могут включать объективные параметры — давление впрыска, время заполнения формующей полос­ти, расположение линий спая, а также значения температур. Кроме того, могут учи­тываться и такие субъективные факторы, как степень заполнения формующей по­лости, параметры выдержки под давлением, воздушные пузыри и воздушные ло­вушки, скорость охлаждения, а также качество поверхности готового изделия. Все эти величины получают в ходе расчетов. Дополнительной особенностью подобного анализа является возможность выработки рекомендаций но оптимальному располо­жению мест впуска. Новейшие достижения в производстве пластиковых изделий  заключаются в том, что численный анализ на основе твердотельных моделей был дополнен анализом коробления.

На рис. 10. 11 (Пластиковые изделия производство) приведены результаты эксперимента по анализу заполнения фор­мующей полости, проведенного с помощью программного обеспечения CAD. Прове­дено сравнение полного заполнения литьевой формы с двумя недоливами при изготовление изделий из пластмассы. На ри­сунке сверху вниз показаны: геометрия изделия с расположением впускного литни­ка в центральной части пластикового изделия (показан стрелкой) и результаты заполнения литьевой формы с недоливом. Сравнение показывает отличное согласование между результатами, полученными путем численного моделирования, и результатами, по­лученными в ходе реального эксперимента.

По сравнению с более совершенными современными методами, численные ме­тоды на основе монолитных моделей вносят ряд упрощений. Это сделано в целях ускорения процесса расчета, однако при этом снижается точность. Основным пре­имуществом расчетов на основе твердотельного моделирования является тесная ин­теграция, достигаемая между моделированием с помощью C/lD-систем и собственно

Рис. 10. 11. Оценка результатов моделирования при изготовление изделий из пластмассы (с разрешения Moldflow Corporation пластиковые изделия производство)

технологическим процессом. Таким образом, уже на стадии конструирования инже­неры и конструкторы получают цепную информацию о том, как геометрические осо­бенности изделия будут влиять на процесс изготовления реального пластикового изделия.