Оптимизация места впрыска расплава в изделие "корпус капсулы" с применением компьютерного анализа в среде Moldflow

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Задание: Определить оптимальное место впрыска расплава в изделие.

Исходные данные:

1. Чертеж изделия «Корпус капсулы».

2. Материал - полипропилен марки 01030 ТУ 2211-015-00203521-99.

Исходя из анализа конструкции детали, можно сделать вывод, что впуск расплава возможен всего в два места:

- в нижний торец детали;

- в боковую поверхность изделия.

При проведении анализа принимались следующие допущения:

1. При проведении анализа использовались значения технологических параметров, рекомендуемые для данного материала, и влияние изменения данных параметров на качество получаемой отливки не рассматривались (однако, в среде Moldflow возможно задать значения технологических параметров отличающихся от рекомендуемых);

2. Охлаждение детали проводилось при идеальных условиях, температура матрицы и пуансона одинаковые;

3. Применение горячеканальных систем не рассматривалось.

Для проведения анализа была постороена 3D модель изделия «Корпус капсулы» с применением САПР Компас 3D v12. Все конструкционные особенности изделия соответствуют чертежу.

В базе данных MoldFlow нет материала заданного для анализа (база данных только по материалам зарубежных производителей), поэтому, для проведения анализа выбираем полипропилен марки Moplen EPH31RA производства Montell Europe, который имеет свойства, аналогичные заданному материалу.

На первом этапе проведем анализ впуска расплава в боковой торец изделия. Место впрыска расплава представлено на рис. 1.

Рис. 1. Конечно-элементная модель с подводом расплава в нижний торец изделия

При анализе модели с впуском в нижний торец (Рис. 1) видно, что расплав довольно устойчиво заполняет форму, но при таком впуске есть один большой недостаток: очень большая длина пути расплава от места впуска до самой дальней точки оформляющей полости (большие потери давления ТПА). Корме того, при таком расположении впуска увеличивается время впрыска расплава.

Рис. 2. Заполнение формующей полости расплавом

В то же время, при такой конструкции возникновение линии сварки потока расплава (рис. 3) около торца изделия, возможно с очень высокой вероятностью (отсутствие перемешивания материала, охлаждение фронта потока расплава), что приведет к ослаблению прочности изделия в этом месте. Так как данное изделие будет сопрягаться с другим (Крышка капсулы), то это не допустимо.

Рис. 3. Место вероятного возникновения линии сварки потока

Возникновение линии сварки потока можно предотвратить, изменяя технологические параметры, применяя более долгое и равномерное охлаждение. Значения заполнения объема формующей полости материалом и изменение усилия смыкания при отливке изделия на ТПА представлено на графиках:

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Рис. 4. Заполнение объема формующей полости расплавом и изменение усилия смыкания

Места возможного возникновения воздушных ловушек представлены на рис. 5.

Рис. 5. Места возможного возникновения воздушных ловушек

При проведении анализа расположение вентиляционных каналов не учитывалось, но при конструировании реальной пресс-формы необходимо уделить особое внимание вопросу отвода воздуха из формы, и разместить вентиляционные каналы там, где прогнозируется возможность появления воздушных ловушек, которые могут привести к таким дефектам изделия, как «Эффект Дизеля», «Дырка» и т.п.

Одним из параметров, который интересует любого конструктора изделий из пластмасс, является усадка. Значения усадки изделия представлены на рис. 6.

Рис. 6. Значение усадки по всему изделию

Из рисунка видно, что при данном расположении впуска усадка изделия довольно велика, и достигает почти 3 мм по оси Х.

Исходя из результатов анализа, можно сделать следующие выводы:

1. Подвод расплава по такой схеме не рационален, потому что:

- большая длина пути расплава от места впуска до самой отдаленной точки формующей полости;

- наблюдается высокое значение усадки;

- большая вероятность возникновения линии сварки потока расплава;

- увеличение времени цикла впрыска расплава и увеличение времени охлаждения изделия.

2. При таком подводе расплава пресс-форма будет иметь минимум три линии разъема, что приведет к конструированию более дорогой формы, а это в свою очередь, окажет большое влияние на себестоимость изделия.

Рассмотрим второй вариант подвода расплава - впуск в стенку изделия. Такой впуск сразу имеет несколько достоинств:

- не надо проектировать разветвленную литниковую систему, роль подвода расплава на себя берет только центральный литник (одногнездная форма);

- около торца изделия (сопрягаемая поверхность) не будет возникать линия сварки потока, что улучшит механические свойства изделия;

- в месте впуска наблюдаются напряжения, которые ослабляют поверхность, делая ее менее прочной, и перенос места впуска на боковую стенку благоприятно скажется на прочность торца изделия.

В зависимости от массы изделия и марки материал был проведен расчет центрального холодноканального литника. Его параметры: d1= 3.99 мм, d2= 7.2 мм, l= 72 мм. Местоположение литника - 117 см от нижнего торца изделия (определено с точки зрения конструкционной возможности изготовления формы). Конструкция литника и место впуска представлена на рис. 7.

Рис. 7. Конечно-элементная модель изделия «Корпус капсулы» с литником

При заполнении формующей полости наблюдается довольно устойчивое ее заполнение расплавом, но при условии идеального охлаждения мы можем заметить, что в части детали, противоположной от литника возможно возникновение линии сварки потоков. Однако линия сварки сместится от нижнего торца изделия на его боковую стенку. Анализируя цвет данных изолиний можно сделать вывод, что при оптимально подобранных значениях технологических параметров (температура расплава, скорость впрыска и т.п.), можно свести вероятность ее возникновения к нулю. Это будет сделать гораздо проще, чем при впуске расплава по схеме 1. Картина заполнения формующей полости расплавом представлена на рис. 8, а линия сварки потоков на рис. 9.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Рис. 8. Заполнение формующей полости расплавом

Рис. 9 Возникновение линии спая и место ее возникновения

Кроме того, в месте примыкания литника к изделию будут наблюдаться напряжения, которые тоже отрицательно влияют на свойства отливаемой детали. Убрать их можно используя горячеканальное сопло (недостаток - дороговизна, и поэтому применение горячеканальной формы в первую очередь принимается в зависимости от объема выпуска изделий). Ориентация макромолекул на поверхности и в полутолщине изделия представлена на рис. 10 и 11.

Рис. 10. Ориентация макромолекул на поверхности изделия

Рис. 11. Ориентация макромолекул в полутолщине изделия

Опираясь на Значения заполнения объема формующей полости материалом и изменение усилия смыкания при отливке изделия на ТПА представлено на рис. 12:

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Рис. 12. Заполнение объема формующей полости расплавом и изменение усилия смыкания

При проведении анализа не учитывались вентиляционные каналы, возможные места образования воздушных ловушек представлены на рис. 13.

Рис. 13. Возможные места возникновения воздушных ловушек в изделии

Одним из параметров, который интересует любого конструктора изделий из пластмасс, является усадка. Значение усадки представлено на рис. 14.

Рис. 14. Значение усадки по всему изделию

Исходя из значений усадки, можно заметить (цветовая схема), что значения усадки достигают значений до 2,3 мм.

Сравнительное значение усадок материала при обоих вариантах впуска представлено в табл. 1.

Таблица 1. Значение усадки изделия в зависимости от места впуска расплава

расплав воздушный торец сварка

Выводы:

1. Место подвода расплава по схеме 2 дает более устойчивое заполнение формы расплавом, реализован минимальный по длине путь расплава от впуска до самой отдаленной точки формующей полости.

2. При изменении технологических параметров процесса (температура расплава, температуры пуансона и матрицы, скорость впрыска и т.п.) вероятнее можно предотвратить возникновение линии сварки потоков, чем при впуске по схеме 2.

3. При подводе расплава по схеме 2 наблюдается меньшее значение усадки изделия, чем при реализации схемы 1.

4. При реализации подвода расплава по схеме 2 изделие будет иметь большую формостабильность, чем при реализации схемы 1.

5. С точки зрения механических свойств изделия, более рационально использовать подвод расплава по схеме 2.

Размещено на Allbest.ru