¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

20 декабр€ 2013

SolidWorks Plastics Ч анализ технологичности проектировани€ пресс-форм

јндрей Ўишин

¬еро€тно, ни дл€ кого не секрет, что современном мире детали, изготовленные из полимерных материалов, нашли себе место практически в каждом изделии, используемом нами ежедневно, будь то корпус мобильного телефона, компьютерна€ мышь или офисные принадлежности. Ѕолее трети от общего объема подобных деталей изготавливаетс€ методом лить€ под давлением в формы на термопластавтоматах — специальных машинах, подающих расплав полимера под большим давлением в пресс-форму. Ќаиболее важным этапом в данном технологическом процессе €вл€етс€ отработка отливок на технологичность — анализ качества и возможности заполнени€ пресс-формы, поиск и устранение линий холодного спа€, доработка исходной модели дл€ устранени€ возможных ут€жин. “радиционный метод анализа (который в современном мире практически всегда означает «устаревший» и «неэффективный») подразумевает изготовление последовательности деталей-прототипов с последующим устранением ошибок. Ќаверное, все соглас€тс€, что сегодн€ подобные задачи должны максимально полно решатьс€ еще на этапе проектировани€ модели с использованием расчетных модулей. ѕрограммный комплекс SolidWorks уже давно зарекомендовал себ€, как эффективный инструмент дл€ решени€ инженерных задач в самых различных област€х машиностроени€. ¬ этой статье мы рассмотрим, какое решение предлагает нам SolidWorks в области проектировани€ пресс-форм деталей из полимерных материалов.

SolidWorks Plastics входит в состав программного комплекса SolidWorks и предназначаетс€ дл€ моделировани€ и оптимизации процесса лить€ деталей из пластмасс. SolidWorks Plastics обладает достаточным функционалом дл€ быстрого и точного анализа проливаемости проектируемых деталей. ¬ состав программы вход€т модули расчета параметров проливаемости и выдержки изготавливаемых отливок.

ѕодготовка данных дл€ моделировани€

 ак и в любой системе инженерных расчетов, в SolidWorks Plastics, дл€ выполнени€ моделировани€, проектировщик должен задать р€д исходных параметров и определить граничные услови€ моделировани€. ƒл€ работы программы проектировщику необходима трехмерна€ модель детали. “ак как программный комплекс SolidWorks позвол€ет работать с самыми различными форматами трехмерной геометрии, дл€ выполнени€ расчетов можно совершенно спокойно использовать геометрию, импортированную из других CAD систем. ћоделирование процесса лить€ происходит с использованием метода конечных элементов — основного математического инструмента практически всех систем инженерных расчетов. ѕоэтому первой задачей, встающей перед инженером, €вл€етс€ создание сетки конечных элементов из исходной модели детали. ƒл€ этого SolidWorks Plastics позвол€ет использовать два метода разбиени€ геометрии: поверхностный и объемный.  аждый из методов по-своему полезен и используетс€ в своем, конкретном случае. ѕоэтому распространенное мнение, что «3D всегда лучше», неверно.

ѕоверхностный метод использует наружные и внутренние грани детали дл€ создани€ расчетной сетки. ѕреимущества поверхностного метода разбиени€ очевидны: упрощаетс€ стуктура сетки и сокращаетс€ врем€ анализа пресс-формы. Ќедостатком же €вл€етс€ меньша€ точность расчета по сравнению с 3D-сеткой. ѕоэтому сфера применени€ поверхностного метода — это тонкостенные детали, в которых нет больших перепадов толщин стенок. “акже поверхностный метод часто примен€етс€ при укрупненном анализе геометрии детали, когда необходимо предварительно оценить возможность ее изготовлени€ методом лить€ под давлением.

ƒл€ более сложных деталей, а также дл€ выполнени€ финальных расчетов примен€етс€ метод разбиени€ геометрии детали, использующий весь объем твердого тела при построении сетки конечных элементов. ѕри гораздо больших затратах ресурсов компьютера, моделирование процесса заполнени€ пресс-формы с использованием этого метода дает максимально точные результаты. –азбиение геометрии детали при таком методе может происходить с использованием тетраэдров или гексаэдров в качестве элемента сетки.

Ќесмотр€ на то, что моделирование процесса заливки пресс-формы с использованием модели, полученной объемным методом, дает хорошие результаты, из-за большого числа элементов врем€ самого моделировани€ может быть очень и очень существенным. ѕоэтому в SolidWorks Plastics существует третий, гибридный метод разбиени€ геометрии, включающий в себ€ преимущества обоих стандартных.

ѕри гибридном методе разбиени€ внутренн€€ часть тела детали формируетс€ из тетраэдров, а на поверхности стро€тс€ два сло€ плоских элементов. ѕример подобного разбиени€ представлен на рис. 1, где можно увидеть тетраэдры во внутренней полости детали и плоские элементы у ее поверхности.

SolidWorks Plastics разбиение геометрии

–ис.1 √ибридный метод разбиени€ геометрии

»спользование гибридного метода дает р€д существенных преимуществ дл€ инженера. ¬о-первых, резко сокращаетс€ число элементов в сетке. Ќапример, если при использовании только лишь объемного метода сеть элементов состо€ла из 1 миллиона элементов, то с гибридным методом их число сократилось до 300 000. ¬следствие меньшего числа элементов сети сокращаетс€ и врем€ расчета. ¬о-вторых, гибридный метод позвол€ет более точно рассчитывать температуру внешних и внутренних стенок пресс-формы, а следовательно и фазы состо€ни€ материала на момент конца цикла заполнени€ полости полимером.

ѕосле того как была построена расчетна€ сетка, дл€ выполнени€ расчетов необходимо также задать тип используемого материала и станка. ¬ стандартную поставку SolidWorks Plastics уже входит обширна€ база данных полимеров, в которой числитс€ более п€ти тыс€ч наименований пластмасс от различных производителей с самыми разными характеристиками. ≈сли по какой-то причине проектировщик не сможет найти нужного материала, то он в любой момент без особых проблем может его добавить в базу данных. Ќазначение станка-термопластавтомата ведетс€ аналогичным образом — выбором нужной модели из базы данных.

», наконец, прежде чем выполнить расчет, необходимо определить граничные услови€ моделировани€ и указать места, где будет производитьс€ впрыск расплавленного полимера. √раничные услови€ представлены широким набором параметров, больша€ часть из которых, по умолчанию, назначаетс€ автоматически по информации из баз данных станка и полимера. ѕри этом если предложенные значени€ проектировщика не устраивают, он в любой момент, опира€сь на свой опыт, может их изменить и, тем самым, очень гибко настроить систему расчетов.

ћоделирование процесса

ѕосле того, как инженер задал исходные параметры, а также определил граничные услови€ дл€ выполнени€ расчетов, можно запустить процесс моделировани€ заполнени€ пресс-формы расплавленным полимером. SolidWorks Plastics позвол€ет выполн€ть два вида расчетов: расчет параметров проливаемости материала и моделирование процесса выдержки пресс-формы под давлением. –асчеты можно запускать как по очереди (дл€ экономии времени и дл€ предварительных анализов), так и одновременно, дл€ получени€ сразу всех результатов.

≈стественно, врем€ моделировани€ может варьироватьс€ от минуты до нескольких суток, в зависимости от мощности компьютера, точности требуемых результатов и размеров детали. ƒл€ оптимизации загрузки компьютера, в SolidWorks Plastics есть функци€ расписани€, позвол€юща€ отложить расчеты на более удобное врем€, когда за компьютером никто не работает. »спользовать ее можно, например, чтобы запустить расчет вечером, а на следующее утро, прид€ на работу, уже получить готовый результат.

¬о врем€ моделировани€ процесса пользователь может следить за текущим состо€нием расчета как в графической области, где с помощью палитры цветов отображаетс€ положение фронта расплава, так и в сводной таблице, где отображаютс€ текущие значени€ параметров. “аким образом, можно наблюдать, в правильном ли направлении протекает процесс и, при необходимости, остановить его.

ѕосле окончани€ расчетов пользователь получает доступ к набору параметров, позвол€ющих оценить технологичность изготовлени€ детали.   таким параметрам расчета проливаемости относ€тс€:

  • разнообразные температурные пол€ внутри и на поверхности пресс-формы;
  • распределение давлени€ в отливке;
  • зоны застывани€;
  • величина объемной усадки и т.д.
ѕри моделировании фазы выдержки пресс-формы под давлением проектировщик, помимо вышеописанных параметров, получает в свое распор€жение следующие данные:
  • врем€ охлаждени€;
  • остаточное напр€жение;
  • местоположение ут€жин и их величина и т.д.
»нтерфейс SolidWorks Plastics весьма информативен, и значени€ многих параметров можно посмотреть в любой точке модели. ѕомимо стандартного набора параметров SolidWorks Plastics позвол€ет отслеживать места, где возможно по€вление воздушных карманов, а также места холодного спа€. Ќа рис. 2 показана рассчитанна€ модель с указанием подобных проблемных мест.  расными конусами указаны места впрыска полимера.
SolidWorks Plastics —хема мест спа€

–ис. 2 —хема мест воздушных карманов и линий холодного спа€

ќдним из самых мощных инструментов SolidWorks Plastics €вл€етс€ Results Adviser — экспертна€ система, котора€ анализирует полученные значени€ и дает рекомендации по повышению технологичности процесса. ѕри этом помощник довольно подробно описывает способы устранени€ той или иной проблемы, тем самым молодой проектировщик, еще не обладающий накопленным опытом в своей области знаний, может следовать рекомендаци€м помощника и принимать соответствующие решени€.

ѕомимо прочего, в SolidWorks Plastics, дл€ повышени€ нагл€дности получаемых результатов, встроен модуль генерации отчетов, свод€щий все результаты моделировани€ в единый файл, содержащий в себе таблицы значений, графики, иллюстрации и рекомендации инженеру.

SolidWorks Plastics поставл€етс€ в двух конфигураци€х: Professional и Premium. ѕерва€ обладает базовым функционалом и позвол€ет выполн€ть только расчеты проливаемости. ¬тора€ же €вл€етс€ более полной и, помимо того, что позвол€ет выполн€ть оба вида расчетов, т.е. проливаемость и выдержка, также имеет различные дополнительные функции, например балансировка литников, многоместные пресс-формы, двухкомпонентное литье и т.д.

ј если нужно больше?

»з всего вышеописанного можно сделать вывод, что функционал SolidWorks Plastics позвол€ет достаточно полно описать процесс отливки деталей из пластмасс и рассчитать его технологичность. ќднако на практике иногда встречаютс€ случаи, когда необходимо провести более подробный и углубленный анализ пресс-формы.

¬ таком случае следует обратитьс€ к «родителю» SolidWorks Plastics, программному продукту SimpoeWorks. ¬ SimpoeWorks, помимо базовых функций Plastics, вход€т также модули анализа затвердевани€ и короблени€ отливок, называющиес€ SimpoeWorks MFG и TOOL соответственно.

ѕервый позвол€ет точно рассчитывать местоположение ут€жин и величину короблени€. ѕри этом полученную деформированную модель можно сохранить в STL-файл и вставить, например, в основную сборку, чтобы оценить величину вли€ни€ короблени€.

ћодуль SimpoeWorks TOOL позвол€ет выполн€ть более детальный анализ охлаждени€ пресс-формы с уточненным расчетом всех соответствующих параметров. ѕомимо этого также по€вл€етс€ возможность моделировать охлаждающие каналы и определ€ть их вли€ние на процесс отливки.

«аключение

  сожалению, объем статьи не позвол€ет подробно рассказать о всех особенност€х работы и полезных функци€х, которые SolidWorks Plastics предоставл€ет своим пользовател€м. ƒанна€ стать€ дает только общую методику работы в этом модуле. ≈сли же вас интересуют подробности, вы можете обратитьс€ к техническим специалистам компании SolidWorks Russia, которые с радостью ответ€т на имеющиес€ у вас вопросы.


јвтор — Certified SolidWorks Professional (CSWP)


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора:  то определ€ет развитие отрасли —јѕ–: пользователь или вендор?
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

ARCHICAD играет ведущую роль в проектировании — ћэри ћоскарелло √утьеррес (Mary Moscarello Gutierrez) (19 феврал€ 2020)
isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2020 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.