|
Прогнозирование заполняемости литьевого изделия методами компьютерного анализа
Барвинский И.А., Барвинская И.Е.
Июль 2003
Одной из основных задач компьютерного анализа литья термопластичных материалов является прогнозирование возможности заполнения изделия расплавом и предотвращение недолива. Графическое представление результатов анализа впрыска позволяет "увидеть" недолив на модели отливки. Однако наглядность такого представления обманчива. Отсутствие недолива на модели не является доказательством заполняемости реального изделия, если не учитываются условия проведения анализа и механизм образования недолива.
Можно выделить три механизма образования недолива (предполагаем, что объем впрыска машины и установленная доза впрыска достаточны; недолив, вызванный запиранием воздуха, здесь не рассматриваем):
· недостаточное давление;
· быстрое перестывание фронта расплава;
· перестывание расплава выше по течению.
Недостаточное давление - типичная причина недолива. При достижении давления впрыска, заданного на реальной литьевой машине или в условиях анализа, происходит переключение на режим управления давлением (подробнее см. здесь). Литьевая машина перестает поддерживать заданную скорость впрыска и начинает поддерживать давление (давление выдержки). При этом длину затекания расплава можно разделить на две части. Первая часть соответствует заполнению в режиме управления скоростью впрыска, вторая - заполнению в режиме управления давлением /1/. При постоянном давлении скорость впрыска падает, что приводит к снижению температуры фронта расплава и потери текучести.
Для прогнозирования недолива, вызванного нехваткой давления, необходимо выполнение ряда условий.
Во первых, надо иметь информацию о максимальном давлении на выходе из сопла литьевой машины. Такую информацию можно получить экспериментально.
Во-вторых, надо быть уверенным, что используемая модель течения расплава учитывает все более или менее значимые составляющие потерь давления. Например, для точечных впускных литников большое значение имеют входовые потери давления /2/, для учета которых в MPI/Flow необходимы специфические характеристики материала.
В-третьих, условие переключения на режим управления давлением должны соответствовать реальному режиму литья. Кроме того необходима информация об инжекционной характеристике машины /3/ - т.к. литьевая машина не может поддерживать высокую скорость впрыска при высоком давлении.
Эти условия на практике трудновыполнимы. Поэтому обычно используют другой подход: оценка заполняемости производится на основе сравнения потерь давления для модели изделия (или изделия с литником) с допустимыми потерями давления для заданной литьевой машины, с учетом информации о температуре расплава при впрыске. Ключевой момент в таком подходе - правильная оценка допустимых потерь давления.
По умолчанию в программах анализа впрыска в MPI 1.0 - MPI 3.1, а также в Part Adviser и Mold Adviser в качестве давления впрыска используется величина 100 МПа, в MPI 4.0 и MPI 4.1 - 180 МПа, Перед проведением анализа давление впрыска должно быть изменено в соответствиями с условиями задачи.
На рис. 1 показаны результаты расчетов длины затекания для диска при различном давлении впрыска:
Рис. 1. Динамика заполнения диска. Расчеты выполнены в MPI/Flow (версия MPI 4.1)
Изделие: диск толщиной 2 мм радиусом 330 мм (впуск в центр);
Материал: Lustran QE 1110 (АБС) фирмы Bayer;
Температура расплава: 240 оС;
Температура формы: 60 оС.
Скорость впрыска определялась автоматически и во всех расчетах была примерно одинакова.
Давление впрыска: 70 МПа
Заключение: недолив
Давление впрыска: 100 МПа
Заключение: недолив
Давление впрыска: 130 МПа
Заключение: изделие заполнено, недолива нет
Быстрое перестывание фронта расплава. Этот механизм образования недолива можно наблюдать при проявлении эффекта замедленного течения (см., например /4/), а также при литье тонкостенных изделий. В отличие от предыдущего механизма, когда недолив можно устранить повышением давления впрыска, в данном случае остывающий расплав быстро теряет текучесть. Поэтому недолив невозможно устранить при любом давлении, каким бы высоким оно не было.
Результаты расчета длины затекания при различном давлении впрыска для пластины с ребром представлены на рис. 2. Наблюдается эффект замедленного течения на тонком ребре, расположенном вблизи впуска. Изменение давления впрыска в данном случае не влияет на величину недолива.
Рис. 2. Динамика заполнения пластины с ребром. Расчеты выполнены в MPI/Flow (версия MPI 4.1)
Изделие: пластина 200х50 толщиной 2 мм с ребром толщиной 1 мм;
Материал: Lustran QE 1110 (АБС) фирмы Bayer;
Температура расплава: 240 оС;
Температура формы: 60 оС.
Скорость впрыска определялась автоматически и во всех расчетах была примерно одинакова.
Давление впрыска: 70 МПа
Заключение: недолив на ребре
Давление впрыска: 100 МПа
Заключение: недолив на ребре
Давление впрыска: 130 МПа
Заключение: недолив на ребре
Перестывание расплава выше по течению. Причиной недолива в данном случае может быть быстрое застывание впускного литника (самого тонкого места холодноканальной литниковой системы) или тонкой перемычки, отделяющей более толстую часть изделия от места впуска. На время охлаждения впускного литника большое влияние оказывают процесс теплопереноса в деталях пресс-формы, оформляющих область впуска. Часть факторов, влияющие на теплоперенос, учитываются в анализе впрыска в MPI/Flow (например, теплофизические характеристики материала пресс-формы и др.), другие факторы (конструкция системы охлаждения, технологический режим охлаждения и др.) можно учесть в анализе охлаждения пресс-формы MPI/Cool.
Большое значение при прогнозировании недолива имеет надежность используемых в анализе характеристик материала (в первую очередь реологических). При нестабильных реологических свойствах расчеты проводятся для материала с наименьшей текучестью.
НАВЕРХ
|
