https://emake.gr/wp-content/uploads/Ελαττώματα-φινιρίσματος-επιφάνειας-καλουπιού.jpg
Η δημιουργία επιτυχημένων χυτευμένων πλαστικών εξαρτημάτων δεν είναι ποτέ εύκολη. Όταν ξεκινά το έργο σας, μεγάλο μέρος της εστίασης είναι σε μηχανικά και λειτουργικά κριτήρια. Θα λειτουργεί το εξάρτημα με τον τρόπο που έχει σχεδιαστεί; Θα εξυπηρετήσει τον προορισμό του; Αλλά ακόμα κι αν αναπτύξετε ένα μηχανικά υγιές και άψογα λειτουργικό εξάρτημα, ολόκληρο το πρόγραμμά σας μπορεί να σταματήσει εάν παρουσιαστεί κάποιο καλλυντικό πρόβλημα κατά τη διάρκεια της χύτευσης.
Σημάδια από νεροχύτη. Γραμμές συγκόλλησης. Ατεχνος. Κοκκινίζω. σημάδια από γρατσουνιές. Όλοι όσοι ασχολούνται με την ανάπτυξη χυτευμένων εξαρτημάτων θα πρέπει να γνωρίζουν πολύ καλά αυτήν τη λίστα (και είναι μια πολύ μεγάλη λίστα). Η αναπόφευκτη αλήθεια είναι ότι οι καλλυντικοί παράγοντες επηρεάζουν σημαντικά την αντιληπτή ποιότητα ενός εξαρτήματος, είτε επηρεάζουν τη λειτουργικότητά του είτε όχι. Επίσης, πολλά χυτευμένα εξαρτήματα εξυπηρετούν μόνο έναν αισθητικό σκοπό, καθιστώντας τα καλλυντικά ελαττώματα ακόμη μεγαλύτερο πρόβλημα. Και στις δύο περιπτώσεις, η θεμελιώδης πρόκληση είναι ότι ο επιπολασμός και η σοβαρότητα των καλλυντικών ελαττωμάτων είναι δύσκολο να εκτιμηθούν χρησιμοποιώντας μόνο τη διαίσθηση και την εμπειρία.
Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε μερικές από αυτές τις προκλήσεις, θα εξερευνήσουμε προσεγγίσεις για την πρόληψή τους και θα δείξουμε πώς ένας συνδυασμός καλών πρακτικών σχεδιασμού και τεχνολογίας προσομοίωσης, όπως το Autodesk Moldflow, μπορεί να βοηθήσει τους μηχανικούς να αντιμετωπίσουν πιο αποτελεσματικά τα καλλυντικά ελαττώματα.
Διευκρίνιση των προκλήσεων
Ένας από τους λόγους για τους οποίους το φινίρισμα της επιφάνειας είναι τόσο προβληματικό είναι απλώς ο αριθμός των σχετικών αποφάσεων. Η μήτρα των επιλογών σε σχέση με τη γεωμετρία, τα υλικά, τις διεργασίες, τον σχεδιασμό του καλουπιού και τις υφές του καλουπιού —και τον τρόπο με τον οποίο οι συνέπειες κάθε επιλογής επηρεάζουν άλλες αποφάσεις— καθιστά δύσκολη την οπτικοποίηση των καλλυντικών ελαττωμάτων μέχρι να δείτε το χυτευμένο μέρος.
Ανάλογα με τον ρόλο σας, μπορεί να μην έχετε πάντα τον έλεγχο αυτών των αποφάσεων. Για παράδειγμα, μπορεί να διαπιστώσετε ότι ο πιο απλός τρόπος για να λύσετε ένα ζήτημα καλλυντικών θα ήταν να χρησιμοποιήσετε διαφορετικό χρώμα υλικού, υφή καλουπιού ή τύπο διαδικασίας, αλλά αυτή η επιλογή μπορεί να μην είναι διαθέσιμη λόγω των περιορισμών της επωνυμίας, του προϋπολογισμού του έργου ή του χρονοδιαγράμματος.
Μια τρίτη πρόκληση είναι η φύση των καλλυντικών ελαττωμάτων. Είναι κυρίως οπτικά φαινόμενα που είναι δύσκολο να ποσοτικοποιηθούν και δύσκολο να προσομοιωθούν. Οι υφές και τα χρώματα της επιφάνειας δεν είναι εύκολο να χαρακτηριστούν με δεδομένα με τον ίδιο τρόπο όπως οι συνθήκες πλήρωσης καλουπιού (όπως η θερμοκρασία του μπροστινού μέρους ροής, η διάτμηση ή η ταχύτητα). Τα ελαττώματα μπορεί να ελαχιστοποιηθούν ή να μεγαλοποιηθούν ανάλογα με την ένταση φωτισμού, την κατεύθυνση, το φάσμα της πηγής, τον χρόνο θέασης, τη γωνία και την απόσταση.
Για παράδειγμα, ένα υπόλευκο χρώμα θα καλύψει τα ελαττώματα καλύτερα από το γκρι ή (ακόμα χειρότερα) το μαύρο. Τα συγκεκριμένα φινιρίσματα επιφανειών μπορούν να ενισχύσουν ή να μειώσουν την ορατότητα των επιφανειακών ελαττωμάτων. Η φύση ενός ελαττώματος, όπως το βάθος ή το πλάτος του σημάδια του νεροχύτη, μπορεί επίσης να αυξήσει τις πιθανότητες οπτικής ανίχνευσης. Το χρώμα των αντικειμένων γύρω από το μέρος επηρεάζει και αυτό το εφέ. Ως αποτέλεσμα, ακόμη και οι πιο εξελιγμένες προσομοιώσεις ενδέχεται να μην είναι σε θέση να αναπαραστήσουν πλήρως την οπτική εμπειρία του τελικού χρήστη.
Εικόνα 1: Η απόδοση υψηλής ποιότητας μαζί με την προσομοίωση επιτρέπει στους μηχανικούς μια καλύτερη αξιολόγηση των καλλυντικών επιδράσεων των επιλογών υλικού, εργαλείων και διαδικασιών.
Τα καλά νέα είναι ότι σημειώνουμε πρόοδο. Ορισμένες πρόσφατες τάσεις ωθούν το φάκελο της οπτικοποίησης, όπως:
- Εξαγωγή παραμορφωμένης γεωμετρίας ως αρχείο CAD (.sat ή .step) για ευκολότερη σύγκριση με το αρχικό μοντέλο
- Εξαγωγή προβλέψεων βάθους νεροχύτη από εργαλεία προσομοίωσης σε εργαλεία οπτικοποίησης (VRED ή 3Ds Max)
- Υψηλής ποιότητας απόδοση για να ταιριάζει περισσότερο με την πραγματικότητα όσον αφορά το χρώμα, την υφή και τον φωτισμό (βλ. εικόνα 1)
Εν τω μεταξύ, οι κατασκευαστές προχωρούν με νέες τεχνικές για την καταπολέμηση των καλλυντικών ελαττωμάτων, όπως πιο εξελιγμένο θερμικό έλεγχο του καλουπιού, τεχνολογίες τρισδιάστατης υφής, χύτευση με έγχυση υγρού καουτσούκ σιλικόνης (LSR) και ενσωμάτωση εξαρτημάτων, όπως τεχνικές πολλαπλής λήψης.
Ωστόσο, οι μηχανικοί θα χρειάζονται πάντα αξιόπιστους τρόπους για τον εντοπισμό και τη διαχείριση του κινδύνου καλλυντικών ζητημάτων. Εδώ μπαίνει η προσομοίωση.
Εξέταση τεσσάρων βασικών μεταβλητών
Για να ξεπεράσουν τις προκλήσεις που θέτουν τα καλλυντικά ελαττώματα, οι μηχανικοί έχουν τέσσερις κύριες μεταβλητές να εξερευνήσουν. Ανάλογα με το σενάριο, η προσομοίωση μπορεί να βοηθήσει τους μηχανικούς να εξετάσουν τρόπους μετριασμού των κινδύνων στη φάση του σχεδιασμού ή να επιταχύνουν τη διαδικασία αντιμετώπισης προβλημάτων εάν εμφανιστούν ελαττώματα σε ένα πρωτότυπο.
1. Τύπος διαδικασίας
Κάθε φορά που έχετε τη δυνατότητα να εξερευνήσετε διαδικασίες, θα αλλάξει η προσέγγισή σας στην αξιολόγηση της αισθητικής. Για παράδειγμα, το άνοιγμα από χοντρό έως λεπτό είναι μια αξιόπιστη, συμβατική προσέγγιση. Αλλά η είσοδος σε μια μεγάλη, παχιά περιοχή μπορεί να προκαλέσει εκτόξευση ανάλογα με τον τύπο της πύλης (άμεση πτώση, τούνελ, γλωττίδα ή στυλ γύρου). Η κατασκευή του ίδιου εξαρτήματος με τεχνολογίες υποβοήθησης αερίου, νομισμάτων ή δύο βολών θα μπορούσε να εξαλείψει αυτήν την παραμόρφωση.
Εικόνα 2: Η προσομοίωση μπορεί να προβλέψει την επίδραση των επιλογών της διαδικασίας, όπως η επαγωγική θέρμανση και η ταχεία χύτευση θερμότητας/ψύξης («variotherm») σε επιφάνειες πλαστικών εξαρτημάτων.
Ένας άλλος τρόπος για να γίνει αυτό είναι να αντικαταστήσετε τη φάση συσκευασίας και συγκράτησης με μικροκυτταρική ανάπτυξη αφρού, οπότε είναι ιδανικό να εισχωρήσετε σε λεπτές περιοχές για να ελέγξετε και να περιορίσετε τη διέγερση φυσαλίδων. Φυσικά, οι μηχανικοί θα μπορούσαν επίσης να διαφοροποιήσουν τη θερμοκρασία του καλουπιού για να δημιουργήσουν μια πολύ πλούσια σε ρητίνη επιφάνεια που βελτιώνει την ποιότητα του φινιρίσματος. Ένα παράδειγμα αυτού θα ήταν η χρήση ταχείας θέρμανσης και ψύξης ή επαγωγικής θέρμανσης (βλ. σχήμα 2). Σε κάθε περίπτωση, πολλές από αυτές τις επιλογές διαδικασίας μπορούν να προσομοιωθούν, δημιουργώντας ευκαιρίες για να δούμε ποια είναι η καταλληλότερη για τη διασφάλιση του επιθυμητού επιπέδου ποιότητας φινιρίσματος επιφάνειας.
2. Επιλογή υλικού
Δεν δημιουργούνται όλα τα υλικά εξίσου σε σχέση με τα καλλυντικά. Η προσομοίωση σάς επιτρέπει να εξερευνήσετε πώς οι επιλογές υλικών επηρεάζουν τη διεργασία και τα ελαττώματα. Η κατανόηση των ιδιοτήτων διαφορετικών υλικών μπορεί να δώσει σε έναν πλαστικό μηχανικό ενδείξεις σχετικά με το πώς να σχεδιάσει τις πύλες για να αποφύγει ένα ελάττωμα όπως το ρουζ της πύλης, για παράδειγμα. Τα υλικά πλήρωσης, όπως ίνες ή μεταλλικές νιφάδες, μπορούν επίσης να έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην εμφάνιση του προϊόντος και η προσομοίωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να το αντιμετωπίσετε.
Ένας άλλος τομέας όπου η προσομοίωση μπορεί να είναι επωφελής είναι η μελέτη των γραμμών συγκόλλησης. Είναι σύνηθες για τους μηχανικούς πλαστικών να εξετάζουν τη γωνία του μετώπου τήγματος καθώς και τη θερμοκρασία και την πίεση για να εντοπίσουν περιοχές όπου τα μέτωπα τήγματος χωρίζονται από ένα εμπόδιο (γεωμετρία του εξαρτήματος ή πολλές πύλες) και στη συνέχεια να ανασυνδυάσουν. Αυτή η δυναμική επηρεάζει τόσο την αντοχή του εξαρτήματος όσο και τα καλλυντικά του. Με την προσομοίωση, μπορείτε να δοκιμάσετε τις επιλογές που έχετε στη διάθεσή σας και να αφήσετε το λογισμικό να επαναληφθεί για να σας βοηθήσει να επιλέξετε το καλύτερο υλικό, τις τοποθεσίες πύλης και τη γεωμετρία νωρίτερα.
3. Γεωμετρία μερών
Η προσομοίωση υπερέχει στην κλασική προσέγγιση DFM, δίνοντας στους μηχανικούς έναν αξιόπιστο τρόπο να εξετάσουν τον αντίκτυπο της διακύμανσης του πάχους, όπως αναλογίες νεύρου προς επιφάνεια, αναλογίες παχύ προς λεπτό και φαινόμενα ροής. Ένας γρήγορος έλεγχος ρευμάτων και υποκοπής μπορεί επίσης να είναι χρήσιμος κατά την αξιολόγηση του κόστους του καλουπιού, της δυνατότητας κατασκευής, του βάθους της υφής και της πιθανότητας παραμόρφωσης εκτίναξης (όπως σημάδια από γρατσουνιές).
Η ποιότητα ροής και το πάχος πάνε χέρι-χέρι. Ο βασικός κανόνας για ισορροπημένο γέμισμα είναι η ομοιομορφία, η οποία είναι σημαντική και για τα καλλυντικά. Τα φαινόμενα δισταγμού ροής είναι συχνά ορατά και εξαρτώνται πολύ από το πάχος. Μια προσομοίωση χύτευσης με έγχυση μπορεί να βοηθήσει γρήγορα στον εντοπισμό προβλημάτων χρησιμοποιώντας διαγράμματα περιγράμματος για τον εντοπισμό ελαττωμάτων που σχετίζονται με τη ροή, καθώς και με τη χρήση της ταχύτητας μετώπου ροής, της διατμητικής τάσης στον τοίχο, της θερμοκρασίας στο μέτωπο ροής και άλλων αποτελεσμάτων. Το λογισμικό προσομοίωσης χύτευσης με έγχυση μπορεί επίσης να διασφαλίσει ότι ένα καλούπι γεμίζει εύκολα και ομοιόμορφα χωρίς σημαντικές διακυμάνσεις θερμοκρασίας και επίσης σας βοηθά να προβλέψετε τα αποτελέσματα εκτόξευσης, τις θέσεις της γραμμής συγκόλλησης και τις παγίδες αέρα.
4. Σχέδιο καλουπιού
Ο σχεδιασμός καλουπιών είναι ένας εκτεταμένος τομέας για εξερεύνηση, ιδιαίτερα ο σχεδιασμός της πύλης και το ρουζ. Οι μεταβάσεις της περιοχής πύλης και του πάχους έχουν μεγάλη σημασία για τα καλλυντικά και ο ρυθμός διάτμησης είναι ένα βασικό αποτέλεσμα στο οποίο πρέπει να εστιάσουμε. Η προσομοίωση προσφέρει έναν αποδεδειγμένο τρόπο για να δούμε εάν, για παράδειγμα, η αλλαγή μιας κυκλικής πύλης σε σχήμα πιο ορθογώνιας διατομής μπορεί να μειώσει τους ρυθμούς διάτμησης. Η προσομοίωση διευκολύνει επίσης την εύρεση των καλύτερων θέσεων πύλης και του ιδανικού ρυθμού ροής και, στη συνέχεια, το μέγεθος των πυλών ώστε να ελαχιστοποιηθεί ο ρυθμός διάτμησης (βλ. σχήμα 3).
Εικόνα 3: Η προσομοίωση διευκολύνει την εύρεση των καλύτερων θέσεων πύλης και του ιδανικού ρυθμού ροής και, στη συνέχεια, το μέγεθος των πυλών ώστε να ελαχιστοποιηθεί η διάτμηση, η οποία μπορεί να επηρεάσει την εμφάνιση της επιφάνειας.
Επιπλέον, η προσομοίωση μπορεί να βοηθήσει τους μηχανικούς να αναζητήσουν νέους τρόπους αποφυγής επιφανειακών ελαττωμάτων, όπως η ταχεία θέρμανση και η γρήγορη ψύξη. Οι προσομοιώσεις μπορούν να δείξουν μια παροδική ή δυναμική θερμική ανάλυση του καλουπιού και της διεπαφής του πλαστικού και του χάλυβα εργαλείων. Η επαγωγική θέρμανση είναι μια άλλη προσέγγιση που μπορεί να μοντελοποιηθεί για τη βελτιστοποίηση της κατανομής της θερμοκρασίας χωρίς να επηρεάζεται ο χρόνος κύκλου.
Μια άλλη επιλογή που πρέπει να κάνουν οι μηχανικοί είναι ο τύπος του συστήματος δρομέα και της πύλης (κρύα πύλη, θερμή άκρη ή πύλη βαλβίδας). Η προσομοίωση μπορεί να καταγράψει τους μηχανισμούς του ανοίγματος και του κλεισίματος, όπως η ταχύτητα ανοίγματος του πείρου της βαλβίδας, καθώς και να δημιουργήσει ένα λεπτομερές προφίλ μπροστινής ροής. Αυτό το προφίλ προσδιορίζει πιθανούς δισταγμούς που μπορεί να αλλάξουν την ταχύτητα της πρόσοψης ροής και τις ιδιότητες τήξης του υλικού, οι οποίες έχουν σημαντική επίδραση στο αποτύπωμα της υφής και του φινιρίσματος της επιφάνειας.
Μελέτη περίπτωσης
Μια γρήγορη μελέτη περίπτωσης ενός πραγματικού εξαρτήματος μπορεί να δείξει πώς όλη αυτή η πολυπλοκότητα συνδυάζεται για να επηρεάσει την καλλυντική ποιότητα του εξαρτήματος—και πώς η προσομοίωση μπορεί να βοηθήσει στην εξεύρεση λύσης.
Σε αυτή την περίπτωση το τμήμα ήταν ένα ελαστομερές καλουπωμένο με διαδικασία δύο βολών. Ήταν καλλυντικά προκλητικό λόγω της διασποράς της χρωστικής. Ωστόσο, οι αρχικές διαδρομές ήταν τέλειες. Στη συνέχεια, το πρόγραμμα άλλαξε τόσο το υλικό όσο και τη χρωστική, δημιουργώντας ένα ελάττωμα στο κάτω μέρος του εξαρτήματος (βλ. εικόνα 4).
Εικόνα 4: Ιστορικό περίπτωσης: Η υπερκαλουποποίηση δύο βολών με TPE ήταν επιτυχής έως ότου το πρόγραμμα άλλαξε το υλικό και τη χρωστική ουσία, δημιουργώντας ένα ελάττωμα στο κάτω μέρος του εξαρτήματος.
Η επικάλυψη διάφορων αναλύσεων - συμπεριλαμβανομένων των γραμμών διαδρομής, της προόδου του μετώπου ροής και του ενιαίου περιγράμματος - στο λογισμικό προσομοίωσης βοήθησε τους μηχανικούς να οπτικοποιήσουν την ταχύτητα ροής και να αναγνωρίσουν τον δισταγμό κοντά στο χείλος που προκαλούσε τη διακύμανση της μπροστινής ταχύτητας ροής (βλ. εικόνα 5).
Αυτή η μελέτη περίπτωσης υπογραμμίζει πώς οι αποφάσεις που λαμβάνουμε ως μηχανικοί μπορούν να έχουν απρόβλεπτες επιπτώσεις στην ποιότητα του φινιρίσματος της επιφάνειας. Σε αυτή την περίπτωση, ο δισταγμός ήταν παρών και στις δύο περιπτώσεις. Όμως το ένα υλικό το συγκάλυπτε, ενώ το άλλο υλικό το υπερέβαλλε.
Ο όγκος του εξαρτήματος σε αυτή την περίπτωση ήταν πολύ μικρός, γεγονός που καθιστούσε δύσκολο τον έλεγχο της διαδικασίας χύτευσης. Κάποιες αλλαγές στη διαδικασία μετρίασαν το ελάττωμα σε κάποιο βαθμό, αλλά η υποκείμενη αιτία του δισταγμού ήταν η γεωμετρία ενός μέρους - συγκεκριμένα μια διακύμανση πάχους που είχε ως αποτέλεσμα τον δισταγμό και το επακόλουθο αποτέλεσμα της πίστας. Μόλις εντοπιστεί η βασική αιτία ενός προβλήματος, γίνεται γρήγορα προφανές τι πρέπει να κάνετε στη συνέχεια.
Εικόνα 5: Η προσομοίωση βοήθησε τους μηχανικούς να οπτικοποιήσουν την ταχύτητα ροής και να εντοπίσουν τον δισταγμό στο μέτωπο της ροής κοντά στο χείλος που προκαλούσε το οπτικό ελάττωμα.
Περίληψη
Όλοι οι μηχανικοί πλαστικών αντιμετωπίζουν παρόμοιες προκλήσεις όσον αφορά τη βελτιστοποίηση της ποιότητας του φινιρίσματος της επιφάνειας, αλλά υπάρχει μια τεράστια γκάμα διαθέσιμων επιλογών για την επίλυση προβλημάτων προτού γίνουν πολύ ακριβά για να επιδιορθωθούν. Ωστόσο, οι ανταλλαγές δεν είναι πάντα εύκολο να ποσοτικοποιηθούν. Το να κρίνουμε τι είναι αποδεκτό είναι συχνά υποκειμενικό και εξαρτάται από την εφαρμογή.
Οι υποκείμενες αιτίες των ελαττωμάτων του φινιρίσματος της επιφάνειας, ωστόσο, δεν είναι υποκειμενικές. Η προσομοίωση παρέχει ένα ευρύ φάσμα αναλυτικών εργαλείων που μπορούν να χρησιμοποιήσουν οι μηχανικοί για να τα εξετάσουν και να κατανοήσουν πώς οι επιλογές στη διαδικασία, το υλικό, τη γεωμετρία και τον σχεδιασμό του καλουπιού μπορεί να αλλάξουν την εμφάνιση του τελικού προϊόντος.
Η τεχνολογία προσομοίωσης Autodesk Moldflow μπορεί να προσφέρει γρήγορα πληροφορίες, επιτρέποντας στους μηχανικούς να εξετάσουν περισσότερες επιλογές μέσα σε ένα σφιχτό χρονοδιάγραμμα και να φτάσουν νωρίτερα σε μια ικανοποιητική απάντηση.
https://emake.gr/%ce%b5%ce%bb%ce%b1%cf%84%cf%84%cf%8e%ce%bc%ce%b1%cf%84%ce%b1-%cf%86%ce%b9%ce%bd%ce%b9%cf%81%ce%af%cf%83%ce%bc%ce%b1%cf%84%ce%bf%cf%82-%ce%b5%cf%80%ce%b9%cf%86%ce%ac%ce%bd%ce%b5%ce%b9%ce%b1%cf%82/
0 Σχόλια