SolidWorks Plastics — анализ технологичности проектирования пресс-форм

SolidWorks Plastics входит в состав программного комплекса SolidWorks и предназначается для моделирования и оптимизации процесса литья деталей из пластмасс. SolidWorks Plastics обладает достаточным функционалом для быстрого и точного анализа проливаемости проектируемых деталей. В состав программы входят модули расчета параметров проливаемости и выдержки изготавливаемых отливок.

Подготовка данных для моделирования

Поверхностный метод использует наружные и внутренние грани детали для создания расчетной сетки. Преимущества поверхностного метода разбиения очевидны: упрощается стуктура сетки и сокращается время анализа пресс-формы. Недостатком же является меньшая точность расчета по сравнению с 3D-сеткой. Поэтому сфера применения поверхностного метода — это тонкостенные детали, в которых нет больших перепадов толщин стенок. Также поверхностный метод часто применяется при укрупненном анализе геометрии детали, когда необходимо предварительно оценить возможность ее изготовления методом литья под давлением.

Для более сложных деталей, а также для выполнения финальных расчетов применяется метод разбиения геометрии детали, использующий весь объем твердого тела при построении сетки конечных элементов. При гораздо больших затратах ресурсов компьютера, моделирование процесса заполнения пресс-формы с использованием этого метода дает максимально точные результаты. Разбиение геометрии детали при таком методе может происходить с использованием тетраэдров или гексаэдров в качестве элемента сетки.

Несмотря на то, что моделирование процесса заливки пресс-формы с использованием модели, полученной объемным методом, дает хорошие результаты, из-за большого числа элементов время самого моделирования может быть очень и очень существенным. Поэтому в SolidWorks Plastics существует третий, гибридный метод разбиения геометрии, включающий в себя преимущества обоих стандартных.

При гибридном методе разбиения внутренняя часть тела детали формируется из тетраэдров, а на поверхности строятся два слоя плоских элементов. Пример подобного разбиения представлен на рис. 1, где можно увидеть тетраэдры во внутренней полости детали и плоские элементы у ее поверхности.

Рис.1 Гибридный метод разбиения геометрии

После того как была построена расчетная сетка, для выполнения расчетов необходимо также задать тип используемого материала и станка. В стандартную поставку SolidWorks Plastics уже входит обширная база данных полимеров, в которой числится более пяти тысяч наименований пластмасс от различных производителей с самыми разными характеристиками. Если по какой-то причине проектировщик не сможет найти нужного материала, то он в любой момент без особых проблем может его добавить в базу данных. Назначение станка-термопластавтомата ведется аналогичным образом — выбором нужной модели из базы данных.

И, наконец, прежде чем выполнить расчет, необходимо определить граничные условия моделирования и указать места, где будет производиться впрыск расплавленного полимера. Граничные условия представлены широким набором параметров, большая часть из которых, по умолчанию, назначается автоматически по информации из баз данных станка и полимера. При этом если предложенные значения проектировщика не устраивают, он в любой момент, опираясь на свой опыт, может их изменить и, тем самым, очень гибко настроить систему расчетов.

Моделирование процесса

Естественно, время моделирования может варьироваться от минуты до нескольких суток, в зависимости от мощности компьютера, точности требуемых результатов и размеров детали. Для оптимизации загрузки компьютера, в SolidWorks Plastics есть функция расписания, позволяющая отложить расчеты на более удобное время, когда за компьютером никто не работает. Использовать ее можно, например, чтобы запустить расчет вечером, а на следующее утро, придя на работу, уже получить готовый результат.

Во время моделирования процесса пользователь может следить за текущим состоянием расчета как в графической области, где с помощью палитры цветов отображается положение фронта расплава, так и в сводной таблице, где отображаются текущие значения параметров. Таким образом, можно наблюдать, в правильном ли направлении протекает процесс и, при необходимости, остановить его.

После окончания расчетов пользователь получает доступ к набору параметров, позволяющих оценить технологичность изготовления детали. К таким параметрам расчета проливаемости относятся:

• разнообразные температурные поля внутри и на поверхности пресс-формы;
• распределение давления в отливке;
• зоны застывания;
• величина объемной усадки и т.д.

• время охлаждения;
• остаточное напряжение;
• местоположение утяжин и их величина и т.д.

Рис. 2 Схема мест воздушных карманов и линий холодного спая

Помимо прочего, в SolidWorks Plastics, для повышения наглядности получаемых результатов, встроен модуль генерации отчетов, сводящий все результаты моделирования в единый файл, содержащий в себе таблицы значений, графики, иллюстрации и рекомендации инженеру.

SolidWorks Plastics поставляется в двух конфигурациях: Professional и Premium. Первая обладает базовым функционалом и позволяет выполнять только расчеты проливаемости. Вторая же является более полной и, помимо того, что позволяет выполнять оба вида расчетов, т.е. проливаемость и выдержка, также имеет различные дополнительные функции, например балансировка литников, многоместные пресс-формы, двухкомпонентное литье и т.д.

А если нужно больше?

В таком случае следует обратиться к «родителю» SolidWorks Plastics, программному продукту SimpoeWorks. В SimpoeWorks, помимо базовых функций Plastics, входят также модули анализа затвердевания и коробления отливок, называющиеся SimpoeWorks MFG и TOOL соответственно.

Первый позволяет точно рассчитывать местоположение утяжин и величину коробления. При этом полученную деформированную модель можно сохранить в STL-файл и вставить, например, в основную сборку, чтобы оценить величину влияния коробления.

Модуль SimpoeWorks TOOL позволяет выполнять более детальный анализ охлаждения пресс-формы с уточненным расчетом всех соответствующих параметров. Помимо этого также появляется возможность моделировать охлаждающие каналы и определять их влияние на процесс отливки.

Заключение

Автор — Certified SolidWorks Professional (CSWP)