10. dubna 2019 13:06

SimulPlast s. r. o.: Hĺbková analýza formy pred jej výrobou

Firma SimulPlast s. r. o. výhradný zástupca firmy Coretech dodávateľ programu Moldex3D poskytuje už druhú dekádu služby optimalizácie plastových dielov. Počas tejto činnosti bolo úspešne optimalizovaných stovky výrobkov, foriem a podarilo sa predísť problémom. Téma používania CAE software pri vývoji plastového dielu s následnou optimalizáciou formy je už dlho diskutovaná odbornou verejnosťou. Častým dôvodom nevykonania analýzy dielu a formy je argument, že za túto činnosť je zodpovedný výrobca formy. V tomto článku sa budeme venovať analýze vtokovej sústavy.

Procedúra dopytu formy začína zaslaním hotového dizajnu dielu, s informáciami o plastovom materiály a požiadavkami na vzhľadové resp. funkčné časti dielu do nástrojárne. Trendom niektorých dodávateľov je veľmi rýchle zaslanie návrhu vyrobiteľnosti (DFM) s variantami pozície vtokov, overením odformovateľnosti (odformovacie uhly), pozície vyhadzovačov či ťahačov s maximálnym rešpektovaním dizajnu dielu navrhnutého zákazníkom. Nechýba ani pozícia studených spojov, ktorá rieši skôr vzhľadovú úlohu.

Čo však analýza výrobcu formy nerieši je pevnosť studených spojov, možné vzhľadové chyby, reálne deformácie a ich príčiny. Veľmi často v snahe získať zákazku, sú v simulácii použité nereálne parametre vstrekovania. Napr. naplnenie výlisku buď veľmi rýchlo za desatinu optimálneho času aby materiál zatiekol aj do najtenších stien alebo extrémne pomaly aby sa znížili tlaky, prípadne teplota taveniny je vysoko nad reálnou hodnotou, s cieľom znížiť uzatváraciu silu, zredukovať počet vtokov, a pod. Na základe takýchto podkladov vznikne forma, ktorá v praxi bude mať veľké množstvo problémov.

Jej odladenie trvá dlho, je nákladné, musia sa urobiť náročné úpravy a v najhoršom prípade je potrebné ju vyrobiť nanovo. Pritom by stačilo byť skutočne odborným partnerom svojmu zákazníkovi. Namiesto slepého rešpektovania požiadaviek zákazníka, je potrebné poukázať na nedostatky dizajnu dielu, resp. nepremyslené nároky, ktoré diel v konečnom dôsledku nepotrebuje resp. iné požiadavky (pozície a počet vtokov, rešpektovanie vlastnosti materiálu a pod.)

Príkladom je konštrukcia jednoduchého dielu, kde bolo porušených niekoľko zásad správneho dizajnu plastového výlisku, doplnená chybami konštrukcie formy. Najprv dizajnér dielu nedodržal základné pravidlá o hrúbke steny výlisku a dizajnér formy navrhol poddimenzované priemery vtokov s veľmi malým ústím vtoku a navyše s nesprávnou pozíciou na výlisku. Výsledkom je chybný výlisok s prepadlinami, porozitou a šmuhami. Po vyhodnotení situácie bola zákazníkovi odporúčaná zmena dizajnu. Napriek protestom o termíne začatia výroby (SOP o 2 týždne), po prezretí návrhov vyplývajúcich zo simulácie, koncový zákazník sám na ich základe upravil dizajn dielu a dal si ho opätovne preveriť.

Nové riešenie bolo bezchybné. Konečné náklady za opravu formy boli na úrovni 10% z ceny formy. V každom prípade menej ako prípadné reklamácie spôsobené praskajúcimi výliskami vplyvom porozity, resp. znehodnoteným vzhľadom výlisku.

Veľká lokálna hrúbka steny spôsobuje porozitu hotového výrobku.

Poddimenzovaný priemer vtokového kanálu neumožňuje pôsobenie dotlaku.

Ďalším veľmi častým problémom je voľba pozície horúcich dýz a ich časovanie pri kaskáde. Snaha po znížení prvotných nákladov pri výrobe formy vedie k maximálnej redukcii počtu dýz, čo vedie k vysokým plniacim tlakom spojenými s tvorbou tzv. lesklin povrchu, neumožňuje správne načasovanie otvárania kaskády – vytvárajú sa tlakové čiary na povrchu.

Keďže výmena horúceho systému je veľmi vysokým nákladom (rádovo desaťtisíce €), rieši sa to následne lakovaním (náklady na lakovanie), manuálnou úpravou povrchu výlisku (náklady na pracovníka) alebo v lepšom prípade dohodou so zákazníkom na nižšej kvalite vzhľadu povrchu (akceptácia menších prepadlín, viditeľnosť studených spojov a pod.), čo vedie k strate znaku kvalitného dodávateľa. Stanovením správneho počtu a rozmiestnenia dýz horúceho systému sa zjednoduší nastavenie vstrekovacích parametrov pri spustení štandardnej produkcie.

Stabilnejším riešením, ktoré je v súlade so súčasným trendom Industry 4.0, je použitie tlakových senzorov na časovanie otvárania ihiel horúcich vtokov. Takéto riešenie prináša reálne otváranie ihiel, zohľadňujúce výkyvy procesu výroby (kolísanie kvality taveniny, zmena šarže materiálu a pod.). Na jednoduchej lište dlhej 900 mm o hrúbke 2,2 mm, čo je dnes štandard pre interiérové diely, je ilustrovaný vplyv počtu a pozície dýz na vznik tlakovej čiary a nárast tlaku, ktorý môže vyvolávať vznik tzv. „lesklin“. Sledovaný bol vplyv momentu otvorenia trysky na profi l rýchlosti čela taveniny a potreba plniaceho tlaku. Pre 900 mm lištu je možné použiť 3 – 5 dýz. Všeobecný trend je použiť čo najmenej dýz kvôli šetreniu nákladov.

Poddimenzovaný priemer ústia vtoku spôsobuje degradáciu materiálu – povrchové šmuhy.

PREVERENÉ BOLI MODELY

• Model 1 – 3 dýzy s rovnomernou vzdialenosťou ¼ dĺžky dielu
• Model 2 – 3 dýzy so vzdialenosťou zohľadňujúcou neskoršie otváranie ihiel
• Model 3 – 5 dýz s optimalizovanou vzdialenosťou na tlak a otváranie ihiel

Zmena rýchlosti čela taveniny je viditeľná na modely č. 1 s rovnomernou rovnakou vzdialenosťou dýz. To sa prejavuje vznikom tlakovej čiary resp. odtieňu odlesku. Tlak je najvyrovnanejší pri modely číslo 2, vďaka optimalizácii otvárania ihiel. Neskoršie otváranie ihly zabraňuje prudkému nárastu rýchlosti taveniny a tým aj nežiaducemu javu. Podobne je to pri modely číslo 3 s piatimi dýzami.

Najmenší nárast tlaku a tým aj nebezpečenstvo vzniku „lesklín“ je pri modely s 5 dýzami.

Optimalizáciou počtu a pozície dýz horúceho vtokového systému a zohľadnením použitého materiálu je možné efektívne predchádzať nekvalite výrobkov a znížiť náklady spojené s dodatočnou úpravou výliskov, formy resp. straty zákazníka.

Použité modely.

Lesklina                                     Povrchová čiara                          Zmena lesku povrchu

Profil tlaku pre model 1 (červená) a model 2 (zelená), dlhšia dráha taveniny z 2. dýzy vyvoláva potrebu väčšieho tlaku.

Profil tlaku pre model 1 (červená) a model 3 (zelená), väčší počet dýz znižuje celkovú potrebu tlaku, účinnejšie pôsobia aj v dotlaku pri odstraňovaní prepadlín.

www.simulplast.com

Tato přednáška zazněla na konferenci FORMY a PLASTY, kterou pořádá firma JAN SVOBODA s. r. o.

Zveme Vás na 10. ročník konference FORMY a PLASTY 2019

www.jansvoboda.cz/Konference-FORMY-a-PLASTY-2019