WEBINAR DAL VIVO

Migliorare l'accuratezza della simulazione di stampaggio con la caratterizzazione della macchina

Mercoledì, Novembre 11, 2020 10:00 AM

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Cyber-Physical System (CPS) è una tecnologia chiave nel sistema Industria 4.0.

Il concetto CPS nello stampaggio a iniezione identifica l'integrazione di macchine di simulazione di stampaggio e iniezione.

Tuttavia, c'è ancora un divario tra la teoria e i comportamenti effettivi della macchina a causa di molti fattori come l'ingegneria meccanica, il materiale e le prestazioni del controller.

Moldex3D integra condizioni reali del processo per tenere conto, in modo più accurato, delle informazioni cruciali provenienti dal mondo fisico, anche considerando la risposta dinamica della macchina di stampaggio a iniezione, garantendo che le condizioni di elaborazione ottimizzate ottenute dalle simulazioni possano essere applicate direttamente in ambiente di produzione.

Per raggiungere questo obiettivo, Moldex3D mette a disposizione un applicativo per rilevare le curve reali della macchina di stampaggio in fase di produzione, e attraverso la caratterizzazione della macchina di stampaggio (Machine Characterization) ottenere un file data sempre più accurato per una simulazione ottimizzata in Machine Mode Analysis.

Cosa imparerai in questo webinar:

• ·        Comprendere le lacune tra la simulazione e la produzione nel mondo reale
• ·         Come acquisire la risposta della macchina nel mondo reale
• ·         Come importare i dati reali della macchina di stampaggio a iniezione in simulazioni virtuali
• ·         Come massimizzare il valore dell'unità di dati reali e simulazioni virtuali

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https://www.moldex3d.com/en/events/webinar/webinar-enhancing-molding-simulation-accuracy-with-machine-characterization-cet/

circuiti conformati

 

Usare l'analisi 3D CFD per ottenere un progetto ottimizzato per un sistema di raffreddamento di tipo conformato

Oggi ci sono ancora persone che giudicano con scetticismo l’utilizzo di sistemi di raffreddamento conformati (CCS Conformal Cooling Systems), questo a cause delle difficoltà ad analizzare e simulare correttamente il circuito e le sue prestazioni.
La simulazione è un ottimo strumento di validazione, ma questo non è tutto.
È uno strumento potente, ma i risultati si basano ancora sull'input proveniente dagli utenti.
Naturalmente, ci sono strumenti e moduli di ottimizzazione all'interno del software, ma se applicati male quello che si ottenere non è valido: "garbage in garbage out".
Due analisti che eseguono una simulazione di iniezione plastica possono arrivare risultati totalmente diversi se gli input sono diversi o incompleti.
Per un raffreddamento conformato, in particolare, ipotesi errate e la mancanza o incompletezza di fattori importanti, come la capacità di raggiungere la portata necessaria per garantire un flusso turbolento, può comportare un risultato negativo.

Simulazione e Analisi

Un sistema di raffreddamento conformato può aiutare a ridurre al minimo il tempo di ciclo e raggiungere le tolleranze dimensionali richieste dal progetto. Tuttavia, funzionerà come pure la simulazione, se il progettista è in grado di mantenere la portata necessaria attraverso il circuito di raffreddamento conformato.
Un designer che esegue una simulazione del dissipatore di calore (canale di raffreddamento definito solo come fonte di dissipazione di calore), su progetti complessi, non sarà in grado di raccontare la storia completa di ciò che può accadere nello stampo.
Diamo un'occhiata ad alcuni risultati in Fig. 1, che provengono da un'analisi computazionale della fluidodinamica (CFD) che mostra il numero di Reynolds a una portata di circa 2,0 gpm.

Fig. 1 Risultati di un'analisi computazionale della fluidodinamica (CFD) che mostra il numero di Reynolds a una portata di circa 2,0 gpm.
Alcune regioni mostrano un numero di Reynolds superiore a 4200, che indica un flusso turbolento mentre altre regioni mostrano un numero di Reynolds inferiore a 4200, che indica che il flusso in determinate regioni potrebbe non essere necessariamente turbolento, ovvero lavorare in regime laminato.
Questa variazione condizionerà l'efficienza di raffreddamento in tutto il circuito. La velocità ha una correlazione diretta con il numero di Reynolds, quindi se un progettista identifica le regioni a flusso basso / assente può ottimizzare il design del canale di raffreddamento.
La simulazione può anche visualizzare risultati di velocità che indicano regioni a flusso basso / assente (regime laminare) che svolgono meno lavoro e aree potenzialmente stagnanti (turbolenza eccessiva). Si deve tener presente che i fluidi seguono il percorso di minor resistenza, quindi invece di percorrere percorsi casuali e fluire attorno a tutti i fori, il liquido di raffreddamento tenderà a fluire direttamente dal lato di ingresso al lato di uscita.
I progettisti possono utilizzare tali dati per ottimizzare il design in modo da ridurre al minimo le regioni a flusso basso / assente (mostrate in blu scuro tra i fori Fig. 1).
Ad esempio, i progettisti possono provare a compensare i fori per deviare l'acqua attraverso le regioni con un numero di Reynolds basso, che indica regioni a flusso basso / assente.
Nonostante un designer abbia compensato i fori, può rimanere un percorso di minor resistenza.
Tuttavia, la compensazione dei fori può comunque aiutare a ridurre al minimo le regioni a flusso basso / basso, massimizzando il flusso turbolento con una portata valida e raggiungibile.
La domanda ora è "Quanto differiranno i risultati di un'analisi del dissipatore di calore da questi?" Non molto dal punto di vista del calcolo del raffreddamento e in base all'input della portata.
Tuttavia, l'analisi del dissipatore di calore insieme all'analisi dei CFD possono determinare l'efficacia e l'entità del cambiamento.
Anche considerare il dissipatore di calore da solo non funziona bene per l'analisi del canale di raffreddamento conformato, poiché il raffreddamento conformato consiste tipicamente in circuiti di piccolo diametro con lunghezze di flusso lunghe che seguono la geometria delle parti (vedere Fig. 2 e 3). Il diametro, o lo spessore ridotto del design, e i circuiti di lunghezza del flusso maggiore richiedono pressioni più elevate per realizzare una portata sufficiente attraverso il circuito.

Fig. 2 La pressione del refrigerante deriva dallo stesso modello alla stessa portata di 2,0 gpm.

Fig. 3 Un confronto tra i risultati della caduta di pressione tra i metodi di simulazione dell'elemento Beam e 3D mesh.
I risultati della caduta di pressione indicano la pressione di testa necessaria per spingere la portata indicata attraverso i circuiti di raffreddamento.

Requisiti di pressione
Se il numero di Reynolds e la velocità dipendono dalla portata, identificare la pressione richiesta per raggiungere una determinata portata è essenziale per il raggiungimento della portata richiesta, sempre che il tutto sia realistico.
La Fig. 2 mostra i risultati della pressione del refrigerante stesso modello e stessa portata di 2,0 gpm.
Un progettista deve comprendere i requisiti di pressione e la portata minima per ottenere un flusso di corretta turbolenza nel progetto in cui intende avere un buon trasferimento di calore, poiché i fluidi seguono il percorso di minor resistenza.
La Fig. 1 indica che i flussi d'acqua nelle aree in cui il numero di Reynolds è compreso tra 4.000 e 10.000+ e che il flusso turbolento (Re #> 4200) è probabilmente presente nella maggior parte delle regioni.
Tuttavia, per raggiungere questi valori è necessaria una pressione elevata per ottenere un flusso di 2,0 gpm attraverso i circuiti.
I termoregolatori oggi sul mercato possono generare fino a circa 100 PSI, ma 65 PSI potrebbero non essere realizzabili se i fluidi “preferiscono” il percorso di minor resistenza o aree con circuiti meno resistenti come piastre del collettore e piastre del nucleo e della cavità.
Se la portata scende al di sotto di 2,0 gpm, il numero di Reynolds diminuirà, producendo potenzialmente un flusso laminare attraverso il circuito, in altre parole il circuito non è efficiente.
Inoltre, un progettista che semplicemente aumenta la portata al collettore non comporterà una distribuzione lineare del fluido attraverso tutti i circuiti.
I risultati simulati e i risultati effettivi possono differire se un progettista non collega i circuiti di raffreddamento conformati al proprio termoregolatore o se non usano i limitatori di flusso per deviare l'acqua su linee e percorsi specifici.
Se il progettista non riesce a raggiungere la portata necessaria per mantenere il flusso turbolento attraverso un circuito di raffreddamento conformato, può perforare i circuiti convenzionali e ottenere risultati equivalenti o migliori.

E’ una questione di mesh?
Il progettista può ottenere analisi più accurate e affidabili dei progetti di raffreddamento conformi con un'analisi CFD di livello.
Tuttavia, non tutti i sistemi CFD sono uguali.
In un software di simulazione dei processi di iniezione della plastica, i due principali metodi di meshatura per i canali di raffreddamento sono: elementi trave (Beam) ed elementi True 3D .
Gli elementi beam possono determinare il numero di Reynolds, l'aumento / la diminuzione della temperatura in tutto lo stampo e la distribuzione del flusso, ma non sono così accurati come gli elementi mesh True 3D quando prevedono la caduta di pressione. Gli elementi beam hanno anche difficoltà a catturare le geometrie complesse e richiedono la modellazione come volume relativo.
Tuttavia, gli elementi beam producono tempi di simulazione più rapidi rispetto a ad un sistema di meshatura True 3D.
La Fig. 3 confronta i risultati della caduta di pressione tra i metodi di simulazione con elementi beam e il caso di una mesh True 3D.
I risultati della caduta di pressione indicano la pressione di testa necessaria per spingere alla portata indicata attraverso i circuiti di raffreddamento.
Sebbene il rapporto tra i requisiti di pressione da un circuito all'altro sia simile, la simulazione con elementi beam indica una pressione del 25-50% in meno richiesta per i circuiti complessi e la tendenza ad esacerbare la pressione con un complesso design di raffreddamento conforme.
I risultati della caduta di pressione da soli possono portare a considerazioni sbagliate e a dimensionare in modo non corretto il sistema di termoregolazione, con il risultato di ottenere un flusso insufficiente attraverso circuiti più stretti.
Ad esempio, circuiti di raffreddamento conformati che creano un progetto bello ma inefficace.

Come dimostrarlo
Per determinare se gli elementi mesh True 3D catturano una previsione di caduta di pressione più precisa rispetto agli elementi beam, Kevin Klotz di MGS Mfg. Group ha condotto un test per convalidare le previsioni di pressione (vedere Fig. 4).

Fig. 4 MGS Mfg. Group ha utilizzato questa apparecchiatura di prova per convalidare le indicazioni di pressione: (1) un inserto conformato raffreddato DMLS, (2) un insieme di gorgogliatori stampati in 3D, (3-4) tubi trasparenti con lunghezza e diametri diversi, manometri e flussometri collegati a una pompa di trasferimento dell'acqua e il serbatoio dell'acqua.
L'apparato è stato modellato in CREO e tarato per confrontarsi con la simulazione.
Lo stesso modello è stato inviato al Dr. Jeet Sengupta della Hoerbiger Corporation of America per eseguire un'analisi CFD tramite ANSYS CFX e Moldex3D per simulare utilizzando la mesh true 3D di strato limite (ambiente di meshatura BLM Boundary Layer Mesh). ”
Entrambi gli strumenti software utilizzano i valori di portata registrati in ciascun circuito e il valore di portata combinato di 6,5 gpm come input dalla pompa per registrare le pressioni nelle posizioni di ingresso, uscita e manometro.
La Fig. 5 mostra i risultati dell'analisi CFD e 3D BLM.
Usando quest'ultimo, il progettista ha modellato i tubi di entrata e di uscita direttamente invece che curvi, poiché il software richiede che gli ingressi e le uscite della sorgente di fluido siano perpendicolari alla faccia dello stampo.


Fig. 5 Risultati di un'analisi CFD e 3D BLM per la mesh del modello.
Usando quest'ultimo, il progettista ha modellato i tubi di ingresso e uscita in modo dritto anziché curvo, poiché il software richiede che gli ingressi e le uscite della fonte di fluido siano perpendicolari alla faccia dello stampo.
I risultati di pressione di entrambi gli strumenti software sono molto vicini ai valori registrati dall'apparato fisico.
La tabella 1 confronta i valori registrati con le pressioni simulate.
Ad esempio, la differenza più grande dall'analisi CFD ai valori registrati è di circa 5,0 psi e 2,5 psi utilizzando la mesh BLM.
Entrambi i risultati hanno una precisione accettabile per lo scopo previsto, considerando la tolleranza nella lettura del manometro e le misurazioni della portata da un misuratore di portata in linea.


Lezioni imparate
Il raffreddamento conforme può funzionare come previsto se è progettato correttamente, il che richiede una simulazione approfondita utilizzando l'analisi CFD per comprendere le caratteristiche del flusso del fluido. Ad esempio, se un inserto stampato in 3D si dirama in due o più canali, la determinazione del ramo preferito può avere un grande impatto sull'efficacia del design di raffreddamento conforme.
Se un progettista esegue solo un'analisi del dissipatore di calore, non acquisirà la differenza né predirà la pressione richiesta per ottenere una portata per flusso turbolento per progetti di raffreddamento complessi come il raffreddamento conforme. Tuttavia, un designer può acquisire con precisione le caratteristiche del flusso di fluido utilizzando elementi mesh 3D. Gli elementi mesh 3D catturano le caratteristiche del flusso di fluido, come il cambiamento di momento, per previsioni accurate della pressione.
(*) Copyright MoldMaking Technology 2019. Reprinted with permission from Gardner Business Media.
 
Jay Vang
Customer Success Engineer presso Moldex3d Northern America, Inc.
Con una laurea in ingegneria meccanica presso l'Università del Wisconsin-Milwaukee, Jay Vang ha maturato una grande esperienza nella progettazione, sviluppo, produzione e utilizzo di strumenti CAE tra cui Moldex3D, ProE / Creo, Solidworks e Sigmasoft. In qualità Customer Success Engineer presso Moldex3D, Jay aiuta i clienti a utilizzare software di simulazione per garantire risultati realistici e affidabili.
Per ulteriori informazioni info@moldex3d.it

Planarità

 

Strumento di analisi della planarità Moldex3D per una valutazione rapida relativa alla deformazione del prodotto

Scritto da Jenny Wei, ingegnere del team di supporto tecnico, Moldex3D
 

Nel processo di produzione di prodotti ad alta precisione, il requisito di planarità di alcune superfici specifiche è importante. Gli utenti devono sapere se la planarità della superficie è inferiore alla tolleranza richiesta nella fase iniziale di progettazione tramite strumenti CAE. 

Moldex3D Studio 2020 fornisce uno strumento di misurazione della planarità, facile e conveniente, per consentire agli utenti di misurare la planarità di superfici specifiche dopo l'analisi della deformazione (Warpage).

Inoltre, questo risultato di misurazione può essere parte dei risultati della simulazione relativamente alla deformazione e una varietà di funzioni di post-elaborazione di Studio per osservare meglio la planarità di diverse superfici dopo la deformazione.

Passaggio 1: inizia

Termina la simulazione Warpage o apri un progetto con un risultato di spostamento totale. 

Fare clic su Spostamento totale (Total displacement) del risultato di deformazione (Warpage) nella struttura ad albero del progetto.

Passaggio 2: specificare la superficie per misurare la planarità

Fare clic su Flatness (Planarità) nella scheda Risultati per avviare lo strumento della procedura guidata e specificare il Nome della misurazione. Selezionare la mesh si superficie sul modello per definire automaticamente la superficie misurata. Fare clic su Seleziona per riassegnare l'obiettivo di misurazione. 

Fare clic su Salva se si desidera aggiungere un'altra misurazione o fare clic su Salva e chiudi per terminare.

 

Nota: gli utenti possono fare clic su Impostazioni accanto a Seleziona per controllare la diffusione della selezione.

Passaggio 3: visualizzare la misurazione della planarità

Gli utenti possono fare clic sul nome della planarità dalle misurazioni sull'albero del modello per visualizzare i risultati della misurazione della planarità insieme alla sua superficie di riferimento nella finestra di visualizzazione. 

(Passerà la visualizzazione dei risultati a Spostamento totale (Total Displacement) e verrà chiusa quando vengono selezionati altri risultati.)

Nota: nella misurazione della planarità, viene calcolato solo lo spostamento verticale rispetto alla posizione sulla superficie.

Passaggio 4: collaborazione con altre funzionalità

Compensazione deformazione / stampo: applicare la funzione Deformazione nella scheda Risultato quando si visualizza il risultato Planarità.
La misurazione della planarità verrà scalata quando viene regolata la scala di deformazione, così sarà per la visualizzazione della compensazione.

Confronta: se sono presenti più analisi simulate con la stessa mesh (MFE), la misurazione della planarità può essere condivisa e confrontata tra queste analisi.

https://www.moldex3d.it/it/moldex3d-planarita-flatness-.aspx

 

 

Webinar: Esitazioni di flusso, mancati riempimenti e segni di stress nello stampaggio a iniezione

Mercoledì 28 ottobre 2020, ore 10:00

Stampate scarse, mancati riempimenti, esitazioni e segni di stress; tanti modi per indicare lo “stesso” problema: il pezzo non si riempie correttamente

La stampata scarsa si verifica quando il flusso si congela prima che la cavità dello stampo sia stata completamente riempita e si traduce in una parte incompleta. 
Diverse cause possono indurre una stampata scarsa, come una restrizione nel fluire del flusso, ventilazione inadeguata, percorsi di flusso complessi, bassa temperatura di fusione e / o stampo, e anche l'esitazione potrebbe portare ad una stampata scarsa (Short Shot).

L'esitazione nello stampaggio a iniezione è un difetto che avviene a causa di un significativo rallentamento del flusso del materiale fuso; questo spesso si verifica nelle nervature e nelle sezioni sottili della parte che hanno grandi differenze di spessore nella parete. 
Quando lo spessore della parte varia repentinamente, potrebbe anche apparire un segno di tensione (Shear Stress) a causa della velocità di raffreddamento non uniforme tra l'area sottile e l'altra area più spessa. 
Sia l'esitazione che il segno di tensione possono ridurre la qualità della parte a causa delle variazioni nell'aspetto della superficie.

Moldex3D non solo aiuta a prevedere la posizione e l’entità dei difetti, ma consente anche al progettista di analizzare, trovare la causa principale e fare tentativi e modifiche senza preoccuparsi, rimanendo in ambiente virtuale, dell'incerto aumento dei costi. 

Scopri come Moldex3D potrebbe risolvere stampate scarse, esitazioni di flusso e segni di stress per evitare che si presentino nella realtà!

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https://www.moldex3d.com/en/events/webinar/webinar-overcoming-molding-hesitation-through-simulation-cet/

PLM_IOT

 

MOLDEX3D - Molding Innovation - 

Dal PLM all'IoT (Internet Of Things)

Internet of Things intende una “rete” di sistemi/oggetti fisici connessi tra di loro, oppure oggetti che incorporano (embedded) elettronica + software = sensori attivi/passivi che mantengono inter-connettività con altri dispositivi e, in ragione delle loro capacità di modificazione (Morphing), possono adattarsi alla situazione e correggerla interagendo dinamicamente tra loro. 

Da Industry 2.0 (telai, ferrovie, industria pesante), a Industry 3.0 (automazione/ elettronica/ controlli) a Industry 4.0 (Interconnettività globale e dinamica di sistema).

Questi sistemi possono scambiare dati tra loro e con un tutore più o meno complesso (da un Iphone/SmartPhone a un sistema di controllo e ad una vera e propria centrale assistenza).

Il nostro modo di inter-agire viene rivoluzionato, gli strumenti che utilizziamo ogni giorno, la nostra casa, in nostro modo di muoverci, l’utilizzo stesso degli oggetti e degli strumenti, ovunque noi siamo.

In totale sicurezza e protezione, in quanto ogni oggetto è identificabile e riconoscibile solo dal nostro sistema, in perfetta integrazione ed interazione. 

La stima è che nel 2025 saranno disponibili ben 500 milioni di sistemi/oggetti IOT. 

Sensori multicomponenti, attivi e passivi, saranno iniettati e stampati direttamente nel prodotto finale

Quando ci chiamerete, noi saremo pronti!   ... anzi, lo siamo già da adesso.

quickflow

 

Come accelerare l'iterazione per l’identificazione del posizionamento dei gates del 95%

Il problema della linea di saldatura è legato ad un difetto superficiale comune dei prodotti in plastica. Non è solo un problema estetico ma può anche influenzare le proprietà strutturali meccaniche.

Limitare linee di saldatura, spostarle o eliminarle, può essere una questione importante, se non fondamentale.

Oltre alla progettazione delle parti, la progettazione della posizione del punto, o dei punti, di iniezione è un altro fattore importante delle linee di saldatura.

Prendi i prodotti automobilistici come esempio; sono grandi parti a guscio sottile con un grande rapporto L / t, e la progettazione e il posizionamento dei gates determinano principalmente la qualità del prodotto risultante.

Per simulare il processo di stampaggio di questa parte automobilistica, gli utenti tradizionalmente devono impostare le posizioni dei gate in base alla loro esperienza nella fase di pre-elaborazione e quindi eseguire l'analisi del riempimento.

Il tempo di calcolo può essere superiore a 3 ore perché la quantità di elementi mesh è considerevolmente grande per parti di grandi dimensioni.

Al termine dell'analisi, gli utenti devono verificare se le posizioni della linea di saldatura sono accettabili.

In caso contrario, devono ripetere il processo come accennato, il che può essere molto estenuante e perdere tempo.

Nella frenesia di oggi, il tempo speso nelle fasi di progettazione del prodotto sta diventando sempre più importante. È necessario uno strumento di simulazione CAE veloce, preciso e robusto.

Per soddisfare queste esigenze, Moldex3D ha fatto molti passi avanti nell'ultima versione. Innanzitutto, il flusso di lavoro è stato migliorato introducendo la funzionalità L / t nella fase di pre-elaborazione.

Moldex3D Studio offre anche un'interfaccia intuitiva, che consente agli utenti di valutare rapidamente diversi progetti di gate sui risultati L / t e quindi di produrre la mesh.

In secondo luogo, Moldex3D Quick Flow Analysis può eseguire analisi di riempimento ad alta velocità per consentire agli utenti di visualizzare i risultati relativamente alle linee di saldatura.

La combinazione del nuovo flusso di lavoro L / t nell'analisi Studio+Quick Flow sopra menzionata può migliorare notevolmente l'efficienza dei progetti di posizione dei gates.

La figura seguente è un caso di un pannello anteriore automobilistico.

Gli utenti possono osservare specifiche aree di valore L / t in Moldex3D, che fornisce intervalli L / t appropriati di diversi tipi di polimeri in modo che gli utenti possano decidere il design corretto dei gates in riferimento al tipo di materiale che si pensa d’andare ad utilizzare.

Come mostrato nella figura seguente, Quick Flow Analysis è in grado di convalidare gli effetti di diversi progetti di gates per le linee di saldatura in brevissimo tempo.

In base ai criteri del punto di iniezione, Quick Flow Analysis può anche simulare il modo in cui le diverse impostazioni delle valvole influenzano le linee di saldatura.

Il calcolo del tempo cruciale come indicato di seguito. Tra le due opzioni di analisi del flusso, l'analisi del flusso regolare costa 2,6 ore, mentre l'analisi rapida del flusso impiega solo 10 minuti con un tempo di calcolo ridotto del 95%.

 Tempo CPU trascorso: Flusso regolare: 9397 sec (2,6 ore) – QuickFlow: 574 sec

Pertanto, possiamo vedere che il flusso di lavoro L / t di Studio e l'analisi QuickFlow in Moldex3D possono entrambi portare vantaggi significativi ai componenti in plastica con un'ampia superficie fornendo soluzioni di simulazione efficienti per abbreviare il tempo di iterazione del gate da ore a minuti.

Fibre piatte

 

Ultimi progressi nella simulazione dello stampaggio a iniezione con riempimento di fibre piatte

I compositi termoplastici rinforzati con fibre (FRT) sono stati ampiamente utilizzati nell'industria automobilistica per migliorare le proprietà meccaniche e ridurre la deformazione da deformazione.

Le fibre vengono solitamente lavorate sotto forma di barre con forme a sezione trasversale rotonda. Le fibre piatte sono state recentemente sviluppate da Nitto Boseki (NITTOBO) Co., Ltd. in Giappone [1], un'azienda con sede a Tokyo specializzata in prodotti tessili e in fibra di vetro.

Fondamentalmente, la forma della sezione trasversale di una fibra piatta è vicina a un rettangolo.

Per calcolare il rapporto di planarità (FR), dividere la lunghezza per la larghezza (Fig. 1).

Fig.1 Fibre ordinarie e fibre piatte.

Il brevetto e il report pubblicati da Nitto Boseki (NITTOBO) [1] indicavano che lo spostamento di deformazione di una lastra termoplastica riempita di fibre piatte (larghezza = 7µm, lunghezza = 28µm, FR = 4) è stato ridotto dell'80% rispetto alle fibre ordinarie [2].

Tuttavia, pochissime ricerche si sono concentrate sulle fibre piatte e la tecnologia non era disponibile per simulare e convalidare le fibre piatte.

Per risolvere questo problema, l'ultima versione di Moldex3D, software di simulazione dello stampaggio di materie plastiche, ha sviluppato nuove funzionalità per prevedere e convalidare le parti stampate a iniezione con fibre piatte.

Ciò può aiutare i progettisti e gli ingegneri a ottenere migliori proprietà meccaniche e una migliore stabilità dimensionale.

Confronteremo due risultati di spostamento e di deformazione tra fibre rotonde e fibre piatte (50% in peso di fibra di vetro / compositi PP) nel caso seguente. Per la fibra tonda, la lunghezza della fibra LF è 0,3 mm, il diametro della fibra è 15 µm e il rapporto di aspetto è 20. Per la fibra piatta, la lunghezza della fibra LF è 0,5 mm, il rapporto piatto FR = 4, la lunghezza minore Lmin = 7µm e la lunghezza maggiore Lmax = 28µm.

La Fig. 2 mostra che le fibre piatte possono ridurre efficacemente lo spostamento Y del 60%.

Inoltre, la Fig. 3 indica che lo spostamento in direzione Y (la direzione dello spessore della parte) lungo la lunghezza di flusso dell'asse X per la fibra piatta è ovviamente più piccolo della fibra rotonda con una percentuale di miglioramento di circa il 60%.

I risultati dell'analisi delle fibre con Moldex3D hanno dimostrato che le fibre piatte possono fornire una migliore stabilità dimensionale rispetto alle fibre rotonde. Si prevede che l'utilizzo di fibre piatte in varie applicazioni continuerà a crescere [3].

Fig. 2 Confronto dei risultati di deformazione delle fibre rotonde (superiore) e delle fibre piatte (inferiore).

Fig. 3 Confronto dello spostamento sull'asse Y di fibre tonde e fibre piatte.

Fonte di riferimento:

[1] Nitto Boseki (NITTOBO) Co., Ltd. in Giappone https://www.nittobo.co.jp/business/glassfiber/frtp/hisff.htm

[2] Fibra di vetro piatta sviluppata per il rinforzo di resine termoplastiche https://www.plasticstoday.com/materials/flat-glass-fiber-developed-reinforcement-thermoplastic-resins/96856545057602

[3] La nuova fibra di vetro "piatta" migliora i compositi TP stampati a iniezione https://www.ptonline.com/articles/novel-flat-fiberglass-enhances-injection-molded-tp-composites

曾 煥 錩 Iver

Dr. Huan-Chang (Ivor) Tseng

Program Manager presso la divisione R&D di CoreTech System (Moldex3D)

Ivor Tseng ha conseguito il dottorato presso la National Chiao Tung University, Taiwan. È specializzato in reologia polimerica, lavorazione di materiali compositi polimerici e simulazione molecolare. Il suo nuovissimo modello teorico, "Metodo e supporti leggibili da computer per determinare l'orientamento delle fibre in un fluido", ha ricevuto un brevetto degli Stati Uniti. Il suo articolo intitolato "An Objective Tensor to Predict Anisotropic Fiber Orientation in Concentrated Suspensions", è stato pubblicato anche dal Journal of Rheology®, una delle più importanti pubblicazioni leader in Rheological Fundamentals of Polymer Processing.

Tong Yang Group

 

Un metodo per migliorare la qualità della superficie delle cornici dei fendinebbia per autoveicoli

A cura di Sam Hsieh, Manager presso il team di supporto tecnico, Moldex3D

Profilo del cliente

Cliente: TONG YANG GROUP

Paese: Taiwan

Settore: Automotive

Soluzione: Moldex3D Advanced Package

TONG YANG GROUP è stato fondato nel 1952. Oggi conta un totale di 25 stabilimenti di produzione e 9.307 dipendenti in tutto il mondo. I loro prodotti principali sono plastica, lamiera, gruppi di ventole di raffreddamento, sviluppo di utensili e prodotti per la verniciatura e la missione aziendale è fornire la migliore qualità di parti sia in ambiente automobilistico sia consumer.

Premessa

Gli ingegneri di Tong Yang sono stati incaricati di risolvere i difetti estetici in una parte stampata a iniezione di un fendinebbia in plastica (Fig. 1, 2).

Poiché si tratta di un componente esterno per autoveicoli, le linee di saldatura dovrebbero essere evitate ove possibile.  Inoltre, le linee di saldatura non dovrebbero apparire nemmeno sulla superficie del componente di bloccaggio.

Gli ingegneri di Tong Yang hanno utilizzato Moldex3D per capire in che modo i layout delle guide possano influenzare la posizione e l'angolo delle linee di saldatura.

Inoltre, Moldex3D ha assistito Tong Yang nell'ottimizzazione dello spessore delle pareti per risolvere le trappole d'aria, affrontando con successo i problemi estetici nella parte del fendinebbia.

Fig. 1 La parte del fendinebbia in questo caso

Fig. 2 Il colore blu indica le aree dell'aspetto visibile

Sfide

• ·         Evitare che si formino linee di saldatura nelle aree dell'aspetto visibile
• ·         Trovare un design rivisto efficace per risolvere il problema della trappola d'aria

Soluzioni

Moldex3D ha permesso agli ingegneri di Tony Yang di analizzare varie posizioni dei punti di iniezione per ottimizzare i modelli di riempimento ed evitare linee di saldatura sulla superficie del pezzo. Inoltre, sulla base dei risultati dell'analisi del flusso di Moldex3D, gli ingegneri di Tong Yang sono stati in grado di rilevare la trappola d'aria nel lato del nucleo e apportare le modifiche necessarie al progetto, inclusa la regolazione dello spessore della parete, per risolvere le trappole d'aria e migliorare le posizioni della linea di saldatura.

Benefici

• ·         Difetti superficiali risolti, inclusi trappole d'aria e linee di saldatura
• ·         Evitate costose rilavorazioni dello stampo
• ·         Processo decisionale di progettazione accelerato

Argomento di studio

Lo sviluppo di questa parte del fendinebbia è stato suddiviso due fasi: prove di progettazione e stampo.

Le simulazioni Moldex3D vengono eseguite in entrambe le fasi di sviluppo per scopi diversi.

Durante la fase di progettazione prima di realizzare lo stampo, lo scopo principale era quello di verificare il progetto del sistema di alimentazione e prevedere i potenziali difetti estetici.

La verifica del progetto del gate considerava 3 tipi  diversi da simulare che combinavano diverse quantità di gates, posizione e layout del runner.

Il criterio decisionale di progettazione riguardava l’entità dei difetti estetici provocati  dalla linea di saldatura e dalle trappole d'aria (potenziali bruciature).

Il progetto che rivelava la minima difettosità è stato utilizzato per ulteriori lavori di ottimizzazione della parte estetica. Dopo che lo stampo è stato realizzato e la prima prova dello stampo è stata eseguita, i risultati della simulazione sono stati convalidati con la parte stampata effettiva. Inoltre, i difetti osservati dalla prova di stampo sono stati analizzati per cercare la causa principale e le soluzioni più efficaci (Fig. 3).

Fig. 3 Scopo principale nelle diverse fasi di sviluppo

La verifica del progetto del sistema di alimentazione è stata la prima attività a cui è stata indirizzata la simulazione con Moldex3D. Come mostrato in Fig. 4, il Tipo A ha un unico gate situato nella parte centrale inferiore della parte. Il numero di gates nel tipo di progetto B è lo stesso del tipo A, ma la posizione del gate è in basso a destra della parte.

L'ultimo progetto di tipo C ha due gates situate sui lati sinistro e destro. Dopo aver completato tutte le analisi dei progetti, le linee di saldatura e le trappole d'aria che si sono verificate sulle aree dell'aspetto visibile sono state analizzate per il processo decisionale finale di progettazione del sistema di alimentazione.

Fig. 4 Requisiti di qualità dell'aspetto e tre tipi di design del cancello

Secondo la tabella di confronto linea di saldatura/ trappola d'aria, dai risultati dell'analisi in Fig. 5, il Tipo B ha i difetti minimi, quindi è stato utilizzato per ulteriori lavori di ottimizzazione dei difetti estetici.

Fig. 5 Confronto delle previsioni tra 3 tipi di design del cancello

L'angolo di saldatura è uno degli indici comunemente utilizzati per confrontare e giudicare la qualità della linea di saldatura. L'angolo di saldatura nel design dello spessore della parte originale è di circa 120 gradi. Dopo l'ottimizzazione del progetto dello spessore della parte come mostrato in Fig. 6, l'angolo di saldatura è stato aumentato da 120 a 140 gradi, il che significa che la linea di saldatura è più corta e meno visibile.

Fig.6 L'ottimizzazione dello spessore della parte per migliorare la qualità della linea di saldatura

Dopo che lo stampo è stato realizzato e la prima prova dello stampo è stata eseguita, i risultati della simulazione sono stati convalidati con una parte stampata. Come mostrato nelle immagini di confronto alle diverse percentuali di riempimento (Fig. 7), il risultato della simulazione era coerente con la parte effettiva.

Fig.7 Confronto dei modelli di riempimento

Tuttavia, è stata osservata una trappola d'aria sulla superficie della parte nella prima prova di stampo.

La trappola d'aria si verifica in un'area visibile sul lato della cavità dello stampo dove non è consentito realizzare alcuna fessura di ventilazione.

Il fronte di fusione mostra lo stesso motivo di riempimento dove la regione d'angolo scorre più velocemente delle regioni circostanti.

La causa principale è la caratteristica geometrica del raccordo: lo spessore della parte diventa più spesso (3,5 mm) rispetto allo spessore principale (2,5 mm), quindi la regione più spessa scorre più velocemente poiché ha una resistenza inferiore.

La soluzione che prevede lo spessore della parte core-out nella regione di 3,5 mm è sta analizzata e verificata con la simulazione Moldex3D (Fig. 8).

In base al risultato con il modello core-out (Fig. 9), si verificano due linee di saldatura aggiuntive.

Tuttavia, le due linee di saldatura aggiuntive si trovano in regioni invisibili, in zona “non” estetica e quindi è accettabile.

 

 

Fig. 8 Analisi e soluzione dei difetti

Fig. 9 Schema di riempimento del modello core-out

Il nuovo design del core-out è stato utilizzato per modificare lo stampo.

I problemi della trappola d'aria e della linea di saldatura vengono nuovamente verificati dopo la prova dello stampo e il risultato è coerente con i risultati della simulazione precedente. La trappola d'aria può essere eliminata eseguendo il core-out dello spessore della parte e le linee di saldatura aggiuntive sono accettabili poiché si trovano in regioni non visibili (Fig. 10).

 

Fig. 10 Implementazione e convalida della soluzione

Risultati

La simulazione con Moldex3D è stata utilizzata fin dall’inizio del progetto e continuata durante le successive verifiche (sistema di alimentazione, punti di iniezione, ecc) e nell'analisi dei difetti dopo la prova dello stampo.

I risultati della previsione della progettazione del punto di iniezione finale sono costantemente riferiti a campioni effettivi di breve durata dopo la prima prova dello stampo.

Tuttavia, lo spessore irregolare della parte causa un problema di intrappolamento d'aria.

L’utilizzo del venting non è possibile in questo caso poiché la posizione della trappola d'aria è sulla superficie estetica.

 La simulazione Moldex3D è stata nuovamente utilizzata per analizzare il difetto e convalidare la soluzione core-out nello spessore della parte per evitare costose rilavorazioni dello stampo.

Infine, Moldex3D ha assistito Tong Yang nell'ottimizzazione dello spessore delle pareti per risolvere le trappole d'aria, risolvendo con successo problemi estetici in questa parte del fendinebbia.

Flow Fiber Coupled

 

Un nuovo modello di accoppiamento flusso-fibra per simulare il flusso anisotropo per termoplastici rinforzati con fibre

Dr. Huan-Chang (Ivor) Tseng, responsabile del programma di ricerca e sviluppo presso CoreTech System (Moldex3D)

I compositi termoplastici rinforzati con fibre (FRT) sono disponibili in commercio per ridurre il peso del veicolo e migliorare l'efficienza del carburante nei settori automobilistico e aerospaziale.

Possono essere elaborati con metodi rapidi e altamente automatizzati come lo stampaggio a compressione e lo stampaggio a iniezione.  Le fibre e la resina vengono trasportate nella cavità dello stampo.

I flussi anisotropi dei fusi fibro-rinforzati dipendono in modo significativo dagli stati di orientamento delle fibre. Per parti termoplastiche in fibra di vetro stampati a compressione (GMT), è importante che il flusso anisotropo indotto dall'orientamento della fibra si trovi in ​​un disco circolare schiacciato e deformato in una forma ellittica (Fig. 1) [1]. Tipicamente, il fronte fuso stampato ad iniezione di una resina pura è liscio e la forma continua viene mantenuta nella propagazione della superficie libera (Fig. 2) [2].

È noto che si verificano alcune situazioni con modelli di riempimento peculiari e irregolari per fusioni rinforzate con fibre corte / lunghe ad alte concentrazioni di fibre: la superficie libera avanza più velocemente lungo le pareti laterali della cavità.

Fig. 1 Un disco circolare viene schiacciato e deformato lungo la direzione 1-assiale in una forma ellittica per la carica 1-assiale unidirezionale [1].

Fig. 2 Schema del comportamento di riempimento dello stampo per (A) resina pura; (B) FRT [2].

Nella cooperazione di ricerca Purdue-Moldex3D, la viscosità isotropica (IISO) sviluppata dal Dr. Favaloro e dal Prof. Pipes (Composites Manufacturing and Simulation Center, Purdue University negli Stati Uniti) è stata implementata nel software di simulazione Moldex3D.

È importante convalidare una simulazione del flusso anisotropo per lo stampaggio a iniezione e lo stampaggio a compressione in Moldex3D. Più recentemente, è significativo che i dettagli del modello IISO siano stati divulgati nei brevetti statunitensi [3, 4] e pubblicati nelle riviste scientifiche [5, 6].

Nella simulazione di Moldex3D, il sistema di stampaggio a compressione in cui la distribuzione dell'orientamento iniziale della carica è unidirezionale X-assiale (Fig. 3). Il materiale di interesse era polipropilene fuso (200 ° C) riempito con fibre di vetro lunghe al 25 percento in volume (rapporto di aspetto, L / D = 360). Il fronte di fusione finale è un'ovvia ellisse dalla carica del cerchio originale (Fig. 4). Inoltre, il fronte di fusione simulato mostra principalmente una superficie libera che avanza più velocemente lungo le pareti laterali nelle simulazioni di stampaggio a iniezione per il 50% in peso di fibra di vetro corta (rapporto di aspetto, L / D = 20) - Rinforzato Poliammide66 (Fig.5).

Fig. 3 La simulazione dello stampaggio a compressione Moldex3D.

Fig. 4 Il fronte di fusione finale per la carica unidirezionale X-assiale [5].

Fig. 5 Il fronte di fusione simulato del flusso anisotropo nello stampaggio a iniezione [6].

La simulazione di un simile flusso anisotropico indotto dall'orientamento della fibra è stata , da sempre, una sfida per il software CFD all'avanguardia.

Pertanto, la capacità della viscosità IISO è fondamentale per dominare il flusso anisotropo.

Nell'attuale versione Moldex3D, la nuova funzione di accoppiamento delle fibre, in modo robusto e affidabile, è ampiamente disponibile per le industrie dei processi di stampaggio a iniezione e compressione di compositi in fibra.

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