ТЕХНИЧЕСКИУНИВЕРСИТЕТ– СОФИЯМАШИННО– ТЕХНОЛОГИЧЕНФАКУЛТЕТ

Катедра:“Технологиянамашиностроенетоиметалорежещимашини”

МАГ.ИНЖ.БОРИСЛАВГЕОРГИЕВРОМАНОВ

ПРОЕКТИРАНЕНАСЛОЖНИПЛАСТМАСОВИЕЛЕМЕНТИ,БАЗИРАНОНАМОДЕЛИРАНЕИИЗСЛЕДВАНЕ

НАПРОЦЕСАНАЗАПЪЛВАНЕЧРЕЗВИРТУАЛЕНПРОТОТИП

А В ТОР ЕФЕРАТ НАДИСЕРТАЦИЯЗАПОЛУЧАВАНЕНАОБРАЗОВАТЕЛНАТАИНАУЧНА

СТЕПЕН

“ДОКТОР”

Професионалнонаправление:

5.1“Машинноинженерство“

Научна

специалност:02.21.06 „Автоматизация на инженерния трудисистемизаавтоматизиранопроектиране“

Научeн

ръководител:проф.д‐ринж.ГеоргиДимитровТодоров

СОФИЯ,2015

2

Дисертационния труд е обсъден и насочен за защита от катедра “Технология намашиностроенето и металорежещи машини”, МТФ при ТУ–София на заседание накатедренсъвет,състоялсена26.11.2015г.

Докторантът работи като инженер в лаборатория „CAD/CAM/CAE в Индустрията”

приМТФ,ТУ–София,къдетоеразработенидисертационниятруд.Изследваниятаотдисертационниятрудсаизвършенивсъщаталаборатория,както

ивСПАРКИЕЛТОСАД,гр.Ловеч.Номерацията на формулите, фигурите, таблиците и цитираната литература в

авторефератасъответстватнатезивдисертацията.Дисертационният труд е в общ обем от 144 страници от които 141 страници

основен текст, съдържащ 134 фигури, 18 таблици и списък на използваните 101литературниизточниции3страницив1приложение.

Публичнатазащитанадисертационниятрудщесесъстоина01.04.2016г.от17.30ч.

взала2140наТУ–Софияназаседаниенанаучножуривсъстав:

проф.д.т.н.инж.ГеоргиТодоровПопов Председател,рецензентпроф.д‐ринж.ГеоргиДимитровТодоров Наученсекретар

(Наученръководител)проф.дтнд‐ринж.ЕвтимВенецЗахариев Член,рецензентпроф.д‐рИдилияАлександроваБачкова Члендоц.д‐ринж.ПетърДобревДобрев ЧленМатериалите по защитата са на разположение на интересуващите се в

канцелариятанаМашинно‐технологичнияфакултетнаТУ–София,кабинет3230.Автор:БОРИСЛАВГЕОРГИЕВРОМАНОВЗаглавие: ПРОЕКТИРАНЕ НА СЛОЖНИ ПЛАСТМАСОВИ ЕЛЕМЕНТИ, БАЗИРАНО НА

МОДЕЛИРАНЕ И ИЗСЛЕДВАНЕ НА ПРОЦЕСА НА ЗАПЪЛВАНЕ ЧРЕЗ ВИРТУАЛЕНПРОТОТИП

Тираж:50бр.ПечатнабазанаТУ‐София

3

I. ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА НА РАБОТАТА

АКТУАЛНОСТ НА ПРОБЛЕМА Презпоследнотодесетилетиеизползванетонаизделияотпластмасасеувеличавас

изключително бързи темпове, при непрекъснат натиск на пазара за по‐качествениизделиянапо‐нискицени.Всичкотовапредопределявсепо‐широкотоприложениенаметоди и средства за оптимизиране на процеса, от проектирането на детайлите исъздаването на инструментална екипировка до определянето и поддържането напараметрите на технологичните процеси. В резулатат на това адекватността напроектиранетона сложниелементиотпластмасаеизключителноактуаленпроблем,особено в светлинатана все по‐активнотоизползванена компютърните технологии,катомощносредствозаускоряваненапроцесанаразвитиеиособенокатоинструментзамоделиранеиизследваненаформатанаизделието,чрезметодитенавиртуалнотопрототипиране,впрякасвързаностспроизводственататехнологияивъзможноститезаподобряваненакачествотоинамаляваненаразходите.НАУЧНА НОВОСТ

В работата е разработена методика при концепиране и формооизграждане напластмасовидетайливсредатана3Dмоделиер.Предложенеподходиметодологиянавътрешна организация на проектанския процес за най‐ранно интегриране насимулациятанапроцесаназапълванепришприцванезаизгражданенагеометриятанадетайли от пластмаса. Предложени са и два интегрални критерия за оценяване нарешенияпривариантноизграждане: сигурностназапълванетоивремезазапълванепри оценка на вероятността от поява на дефекти. За улесняване на проектантите саизведени обобщени правила, като чрез следването им се намира бързо началнотоположение на точката на инжектиране за определени характерни детайли иоребряване. За бърза оценка при концепиране на геометрията и определяне наточкатанаинжектиране в етапанапроектиране е предложенаинтегралнаоценъчнатаблица,чрезаналогиястипопредставителниформи,притехнологичнаверификациянатопологиятаиструктурата(конфигурация,стени,ребраимястонаинжектиране)надетайла.ПРАКТИЧЕСКА ПРИЛОЖИМОСТ

Систематизирни са основните видове дефекти от практиката при запълване нашприцформите,възможнитепричинизатяхнотовъзникванеисапосоченифакторите,имащи влияние върху тези дефекти, като възможен начин за въздействие припрактическипроблемисналичиетоим.Потвърденоечрезсимулацииипоопитенпът,челокациятанаточкатанаинжектиранееотмноговажнозначениезазапълванетоитрябва да се определи още при изграждане на детайла. С помощта на пример отпрактикатанаСПАРКИЕЛТОСАДевалидиранпредложениятподходиметодологиязаизползваненавиртуалнитепрототипизаоптимизиранеструктуратанашприцванитеизделияощеветапанапроектиранетоим.Чрезпримеротавтомобилнатаиндустрияедоказано,чесимулациитедаватмноготочниоценкиотноснодеформациитевдетайлаи са приложими при оптимизацията на дизайна както на детайла така и наинструмента.РЕАЛИЗИРАНЕ НА РАБОТАТА

Изследванията по дисертацията са извършени в лаборатория “CAD/CAM/CAE виндустрията”къмМТФнаТУ‐София,частотизследваниятасаосъщественивСПАРКИЕЛТОСАДиJohnsonControl,Франция.РезултатитеотизследваниятасавнедрениисеползватприразвитиетонановипродуктинаСПАРКИЕЛТОСАД.ОДОБРЯВАНЕ НА РАБОТАТА

Дисертационната работа е докладвана частично и цялостно пред катедра“Технологиянамашиностроенетоиметалорежещимашини”,МТФ,ТУСофияипредФСнаМТФпридокладваненадокторантскипроектнаНИС.ПУБЛИКУВАНЕ НА РЕЗУЛТАТИТЕ

Същественитерезултатинадисертациятасадокладванинаследнитеконференцииисеминари: COMA‐04 Internationa Conference on Competitve Manufacturing, University of

Stellenbosch,SouthAfrica,04‐06.02.2004; 26‐таМеждународнанаучнаконференцияМТФ,Созопол,2010г.;

4

Научна конференция по теоретична и приложна механика „Дни намеханиката”,Варна‘14г.;

Международнанаучнаконференция“70годиниМТФ”,Созопол,2015;Частотизследванияиполученитерезултатисаиздаденив6публикации.

II. КРАТКО ИЗЛОЖЕНИЕ НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД

1. ГЛАВАПЪРВА:СЪВРЕМЕННОСЪСТОЯНИЕНАПРОБЛЕМА

Пластмаситенавлизатмасововбитаимашиностроенето.Теуспешноконкуриратив много случаи са изместили конвенционалните материали. Процесът наформооизграждане при пластмасите се характеризира с висока производителност,високо ниво на автоматизация и точност на размерите, висока ефективност,изразяваща се в малки енергийни разходи за получаване, добри експлоатационнисвойства.Технологиятанапластмаситеимаследнитеключовипредимства: възможност за получаване на детайли със сложна геометрия с една

производствена операция (шприцване), като част от автоматизиранпроизводственпроцес;

получаването на детайли с отлични точностни характеристики, които не сенуждаятотпоследващаобработка;

отличнаповторяемостнаполученитеизделия; възможностзапроизводствонаголемисерии.1.1. Класификациянапластмасите

Пластмасите са твърди еластични полимерни материали с модул на линейнадеформацияотпорядъкана103МРа.Пофизико‐механичнитесисвойстваседелятнадвеосновнигрупи–еластичниитвърди.

За разлика от металите, имащикристален строеж, пластмасите сехарактеризират със смесен аморфно‐кристаленстроеж.Основанатезиматериалиса полимери, чийто строеж е отмакромолекули, образуващи линейни,разклонени и мрежовидни вериги съссъздадени в процеса на полимеризацияустойчиви връзки помежду им. Световнотопотребеление на пластмаси надминава 300милионатоназа2014година.

За производството и преработката напластмасите се изразходва 5.3 пъти по‐малко енергия, отколкото за същотоколичество алуминий, за стоманеналамаринатозифакторе3.4,азастъкло‐2.5.

1.2. ТехнологиянашприцванетоишприцваниизделияТехнологията за формоване във формообразуващи инструменти под високо

налягане, която е придобила гражданственост като „шприцване“ на изделия отпластмасииманай‐голямозначениезаиндустрията.Шприцванетоепроцес,прикойтополимерния термопластичен материал, предварително приведен във втечненосъстояние, се подава в затворения обем на формообразуващия инструмент(шприцформа) под голямо налягане и с голяма скорост. След запълване на обемаматериалътсеохлажда,втвърдявасеиследотваряненаинструментасеизважда.1.3. Цикълнаработапришприцване

Времето от затваряне, шприцване, охлаждане и изваждане на готовия детайл сенарича цикъл на изработване. Цикълът се състои от етапи по време на процеса,протичащи при различно налягане и усилие на затваряне. За изработването накачественапродукцияеважнотовавремедабъдевъзможнопо‐малко.НаляганетоповременаотделнитеетапиеразличноиепоказанонаФиг.1.2.Процесътнашприцванее много кратък, обикновено между 2 секунди и 2 минути, и се състои от следнитеетапи:

Фиг.1.1Структуранапластмасите,(CoreTechSystemCo.,Ltd.)

5

Затваряне; Инжектиране ‐ суровината,обикновено под формата награнули, се подава в барабана застопяванеиинжекция;

Етап задържане на налягането –превключва се на налягане назадържане за определено време закомпенсиране на свиването наматериала;

Охлаждане ‐ пластмасата сеохлажда, втвърдява и получава вжеланатаформа;

Oтваряне‐отварясеформатаслед катосееохладилдетайлът;

Изтласкване‐детайлътможедабъдеизваденотформатачрезизтласкващасистема,коятоеприкрепенакъмзаднатачастнаподвижнатаплоча;

Затваряне‐затваряненаформатаиподготовказановадозастопилка.Общотовременацикълможедасеизчислявавъзоснова:tЦИКЪЛ=tЗАТВАРЯНЕ+tОХЛАЖДАНЕ+

tИНЖЕКТИРАНЕ.1.3.1. ТочканазапълванеКонструиранетонапластмасовиизделия,изработваничрезшприцване,изисквада

се вземе под внимание мястото на подаване на стопилката във формата или таканаречената „точка на запълване“. При избора на мястото трябва да се имат предвидконфигурацията,размеритеинатоварванетонаизделието.1.4. Възможностизамоделираненапроцесаназапълване

Времето за развитие на новитеизделия непрекъснато се скъсява, аизискваниятакъмдизайнаикъмкачествотонаизделиятаотпластмасанарастваиставаключов фактор за успех на пазара.Предвиждането и отстраняването напотенциалнидефектиотзапълванетоощеветапа на проектиране на пластмасовитекорпуснидетайли, когато е възможнода сеправятпроменисепревръщавъвваженетапот този процес. Симулирането назапълването на шприцформа за сложенкорпусен детайл в етапа на проектиранетому е задача, даваща възможност да сенамери едно добро решение наконструкциятамучрезмаксималновзаимноадаптиранеспрямопроцесанашприцванепри запазване на всички налагани от останалите възли и елементи ограничения.Пробитепометодпроба‐грешкавсепо‐честосазаместеничрезвиртуалнасимулациянареалнияпроизводственпроцес. С помощтанаCAE (ComputerAidedEngineering) серешаватразличниинженернизадачи,позволявасе,да сеанализиратзапълванетонаформата, затварянето и охлаждане, както и анализ за деформациите по време наизбутването на изделието, с цел оптимизиране на процеса. Така целият подход припроектиранесепроменя.

Съществуват много икономически, технически и качествени причини, порадикоито е жизнено важно да се извършва симулация на процеса. Предприятия,провеждащиредовносимулациинапроцесанаформооизграждане,твърдятче: Постигатмежду10и30%съкращаваненацикъланашприцване; Намаляватброянапроменитевизработенатаекипировкас30%; Ограничаватброянапровежданитетестовес40%.

1.5. МетодизасимулацияимоделиОсновно се ползват два метода за пресмятане – МГЕ (Метод на граничните

елементи)иМКЕ(Методнакрайнитеелементи).Тозиметодпозволявадасемоделира

Фиг.1.2ЗависимостНалягане–Времевпроцесаназапълване

Фиг.1.18.ПодходприпроектиранеспомощтанаCAEсепроменя

6

численоповедениетонасложнисистеми.Първиятсеползваотсравнителнопо–дълговреме,тъйкатосенуждаеотпо‐малъкресурсзапресмятане.1.6. Методииформатизатрансфернагеометрията

Конвертирането на графичнаинформациямеждуразличниCADиCAE продукти е основен проблем.Системите за моделиране назапълването в различните етапи напроектиране на изделията и натехнологичната екипировкаизискват конвертиране на 3DмоделитеотCADсредатакъмCAEзаосъществяване на симулациите.Неутралните формати законвертиране са универсални,позволяватобменмеждуголямбройсистеми. Неутралните файловиформатине са така ефективникатодиректните транслатори. При тях всъщност става двойно преобразуване. Детайли,конвертираничрезтезиформати,обикновеносевъвеждатвCADсредатакато„мъртвотяло” и без своята индивидуална отличителна информация. Най‐популярнитенеутралниформатиса:STEP,IGES,SAT,JTинай–използваниятприсимулацииSTL.1.6.1. Видовестандартизаобменна3Dмоделите.НеутралниформатиОще от началото на използване на компютърните технологии е започнало и

разработванетонаметодиисредствазакомуникациямеждуотделнитепакети.Сред най‐значимите и масово прилагани стандарти за геометричен обмен е IGES,

претърпял пет модификации и дал началото на създаването на други, също такауспешниреализациикатофренскиястандартSETигерманскитеVDA‐FSиVDA‐IS.1.6.2. STL – формат за представяне и обмен на данни за повърхнинназатворенагеометрияSTL файловете се генерират чрез разделяне на 3D CAD модела на отделни части.

Повърхнинитена3Dмоделитесеапроксимиратсфасетнитриъгълници.Освен STL формата възможно е използването на

споменатите по‐напред формати за конвертиране наданни.Използванетоимепо‐рядкопоразличнипричини.При тях 3D CAD модела непосредствено се “нарязва” нанапречни сечения и директно се използват контурите насечениятанаактуалнатагеометрия.

Същественинедостатъцисанедостатъчнататочностнаспоменатите контури и липсата на информация засъстояниетомеждудвесъседнисечения.

МногочестоприизползваненаформатразличенотSTLсеналагапоправяненапроблемипривмъкнатагеометриянададениядетайл.Всекиотделенслучайизисквапрегледиотсраняваненагрешкитеакосаустановенитакива.

1.7. ИзводикъмглаваI1. Анализът на възможностите за симулиране на процеса на запълване при

шприцванеемногоширокозасегнатвлитературата,катоосновно изследваниятаса насочени към проектиране на инструментите и в много малка степен припроектираненадетайлите.

2. Липсва обща методология за концепиране и формооизграждане на пластмасовидетайлииподходзаинтегрираненасимулациятаназапълванетовсредатана3Dмоделиер в етапа на проектирането му. Интегрирането на симулацията назапълванетовсредатана3Dмоделиерисеприлагапоразличниначини,честопътисъсзагубанагеометричнаинформация

3. Анализът на възможностите за коректен трансфер на 3D модели от CAD средатакъмCAEзаизгражданенаизчислителнимоделииосъществяваненасимулациие

Фиг.1.20.РазвитиенаCAD/CAMстандартите

Фиг. 1.22. Генериране нафасетнитриъгълници–STLформатна3Dмоделсфера

7

проблем, който няма еднозначно решение. При по‐сложна геометрия е възможнонеточноилинепълнотрансферираненагеометрията.Необходимоев следващитеетапидасеотделиспециалновниманиенатрансферана3DмоделиотCADсредатакъмCAEзаосъществяваненасимулации.

4. Анализът на влиянието на основните параметри на прилаганите в практикатапластмаси,сцелизползванепримоделираненапроцесаназапълванепоказа,четоне е добре систематизирано в достъпната литература. Влиянието на основнитепараметринаизползванитевпрактикатапластмаси,сцелмоделираненапроцесаназапълване,сенуждаеотпо‐подробноизследване.

5. Влияниетонаструктурата(форма,дебелининастени,ребрастехнитепараметрииразположение) и параметри на детайли със сложна геометрия върху процеса назапълваненеедобреизследваноиметодологичнодефинирано.

6. Съществуват различни подходи за изследване на влиянието на технологичнитепараметринапроцеса,коитосачастични,катовлияниеспрямогеометричнитеипосмисъланамястотоимвцелияцикълнаразработваненаизделията

7. Липсват цялостни изследвания за влиянието на технологичните параметри напроцеса (налягане, температура на шприцвания материал, температура наинструмента,мястонашприцванеибройнадюзите)ивърхуначинанаизгражданенатехнологичнидетайли.

8. Несаоткритисистеменподходиметодологиязабързоконцептуалноизгражданеигеометрично структурираненапластмасовидетайли с отчитанена технологиятанашприцванеисприлаганенасимулацияназапълването.

9. Влиянието на структурата (конфигурация) и параметрите и е изследваномногократно, но като последващо проектирането на изделието. Липсва подход заоценкавраннитеетапинапроектиране

10. Не са открити обобщени типови правила за оценяване на конструктивнитеособеностинашприцванидетайлиотгледнаточканаусловиятаназапълванетовраннитеетапинапроектиране.

1.8. ЦелизадачинадисертационниятрудЦел:ЦЕЛТАНАНАСТОЯЩАТАРАБОТАЕДАСЕРАЗРАБОТИПОДХОДИПРАВИЛА

ЗА ПРОЕКТИРАНЕ НА СЛОЖНИ ПЛАСТМАСОВИ ДЕТАЙЛИ, ЧРЕЗ ПРИЛАГАНЕ НАВИРТУАЛНОТОПРОТОТИПИРАНЕ

Запостиганенатазицелсаформулираниследнитеосновнизадачи:

1. Да се разработи методология и подход за формоизграждане на пластмасовидетайличрезинтегрираненасимулациятаназапълванетовраннитеетапинапроектиране,согледспецификитенапроцесанапроизводствотоим.

2. Да се анализира влиянието на основните свойства и параметри наизползваните в практиката пластмаси при моделиране на процеса назапълване.

3. Да се изследва влиянието на структурата и параметрите на детайли съссложнагеометриявърхупроцесаназапълване.

4. Да се изследва влияниетона основните технологичнипараметрина процеса(налягане, температура на шприцвания материал, температура наинструмента,мястонашприцванеибройнадюзите)върхузапълването.

5. Да се разработят правила за бързо концептуалноизгражданеи геометричноструктуриране на пластмасови детайли, с отчитане на особеностите напроцесанашприцваневетапанапроектиранетоим.

6. Да се апробира разработеният подход и адекватността на моделите чрезпримернипрактическиприложения.

8

2. ГЛАВА ВТОРА: МЕТОДОЛОГИЧНА ПОСЛЕДОВАТЕЛНОСТ И ПОДХОД ЗА ИНТЕГРИРАНЕ НА

СИМУЛАЦИЯТА НА ЗАПЪЛВАНЕТО ПРИ КОНЦЕПИРАНЕ И ФОРМОИЗГРАЖДАНЕ НА ПЛАСТМАСОВИ

ДЕТАЙЛИВСРЕДАТАНА3DМОДЕЛИЕР

Методологиятанаинтегрираненасимулациитеназапълванетоевпрякавръзкасформоизгражданетонапроектираниядетайливтозисмисъледиректнафункцияотконцепциятанаформообразуващитеелементинабъдещиятинструмент.2.1. РазработваненаметодологияприизгражданетонаФИ

Конструирането на формообразуващите вложки се осъществява най‐често вспециализиран модул за автоматизирано проектиране от типа Mold Cavity наPro/Engineerили MoldDesigner SolidWorks.Тези софтуерни среди запроектираненаформообразуващи инструменти предлагат редица функции за лесно изграждане наелементи на инструмента, но не предлагат методология за това как да бъдатприлагани тези функции ефективно, в каква последователност и свързаност наоперациите за поддържане на асоциативност на геометрията. На основата нанатрупания опит при използването на тези системи от автора, е предложенаметодология за необходимите стъпки, като по този начин се осигурява максималноефективно прилагане на инструментариума. Обобщена блок диаграма на описанияпроцеснаизгражданенасложниформообразуващивложкиедаденанаФиг.2.1.Най‐често работата по създаване на формообразуващи инструменти започва, като сеимпортира(вмъква)съществуващагеометриянадетайла(тримеренповърхниненилитвърдотелен модел) за който те се разработват. За входни формати най‐често сеизползватSTEP,IGES,оригиналниятформатнапакета,вкойтоеизграденмоделаилидориSTLформат,коеточестоводидопроблемниобласти. ПоправяненапроблемивъввмъкнатагеометрияГрешкитеотпрехвърляненаданниотдругиCADсистеми(„отворени“повърхнинив

моделите)сачестосрещанпроблемзаконструкторитенаинструменталнаекипировка.За да бъдат коректно създадени формообразуващите инструменти е необходимомоделътнаизделиетоданесъдържатакивагрешки.Авторапрепоръчвавнимателноекспертна проверка на повърхнините и корекция на проблемни повърхнини споследващавалидациянаполученитезатварящиспрямономиналнатаповърхнина.

Фиг.2.1Общаблок–схеманадейноститеприизгражданеиформооизграждане(дефинираненаинструменталниповърхнини) ПроверкананаклонитеПредназначениятзапроизводствочрезшприцванемоделнапластмасовиядетайл

трябва да има правилно дефинирани технологични наклони (нормално от 0.5 до 3

9

градуса) спрямо посоката на отваряне, за да може детайлът да бъде безпроблемноизваденотинструмента. ОтразяваненасвиванетоприохлажданенадетайлаПри охлаждане пластмасовите изделия променят размерите си (свиват се). За

различниматериали,формииусловиянашприцванетовасвиванееразличноизатоватрябвадасеприлагатразличникоефициентинасвиване. ОпределяненаделителнилинииТова са повърхнини (ръбове в готовото изделие), по които контактуват

формообразуващите елементи. Те се използват за разделяне на повърхнините,принадлежащи на отделните полуформи. След като моделът е коректно оформен снеобходимите наклони и е отчетен коефициентът на свиване, могат да бъдатсъздаденииделителнителинии,ачрезтяхиделителниповърхнини. Делителниповърхнини(Partingsurfaces)Товасаповърхнини,оформящилента,перпендикулярнанапосокатанаизваждане

на изделието и започваща от делителната линия. С тяхна помощ се извършваразделянето на формообразуващите елементи. Създадената повърхнина излиза отделителната линия в посока перпендикулярна на посоката на отваряне наинструмента. ОткриваненазасенчениучастъциТази функционалност позволява откриването на участъци от детайла, които не

могат да бъдат освободени от инструмента в избраната посока на изваждане. Тяпомага и за идентифициране на части от изделието, изискващи създаването надопълнителниформообразуващиелементи—страничнивложкииплъзгачи.

Когато изделието съдържа засенчени участъци, за които не могат да бъдатсъздадени странични вложки, се налага създаването на специални наклонениплъзгачи. Това се отнася предимно за трудно достъпни отвори. Тази част отинструментасезадвижваотизхвъргачнияпакет.2.2. Етапииинструментизасимулацияназапълването

ПрилаганетонасимулациинапроцесаназапълванечрезМКЕможедасеразделинатри етапа: подготовка и контрол на входните данни (препроцесор/preprocessing);пресмятане/solver намрежоватаструктураоткрайниелементи(КЕ)ипредставянеианализнаизчислителнитерезултати(postprocessing).

Подготовкаиконтролнавходнитеданни.ВходнитеданнизапресмятанесМКЕсеподготвятотпотребителяиобхващат:

структуратанаобекта; свойстванапластмасата(физико‐механични,топлинниидр.); граничниусловия–охлаждане/нагряванеидр.; параметринапроцеса–температури,налягания,времена.

Главният проблем е свързан с геометричното представяне на конструкцията игенерираненаподходящамрежаоткрайниелементи.ПрисъвременнитеCADсистемиза тази цел се използват специални програми, наречени мрежови генератори, спомощтанакоитосесъздаватавтоматичномрежиотКЕ,катопотребителятможедавлияевърхуструктуратанамрежатаинтерактивно.2.3. Подходзасимулираненапроцесаназапълване

Симулиранетоназапълванетонаформатазаполучаваненаизделияотпластмасаекомплексен проблем, съчетаващ в себе си изследване на флуидни потоци,температурен анализ и фазово превръщане. Поради изключителната сложност напроцеса,неговотоизследванеевъзможносприлаганетоначислениметодиизискващиголяма изчислителна мощ. Предложен е подход за моделиране на процеса нашприцванеисхеманавътрешнаорганизация,показананаФиг.2.2

Фиг.2.2Симулациянапроцесанашприцване‐схеманавътрешнаорганизация

Фиг.2.3Симулациянапроцесанашприцване‐схеманаетапитенаработа

: Симулация на процеса – използват се специфичните модули за пресмятане на

процеса на запълване, на свиване, термичните процеси и деформациитепредизвиканиоттезипроцеси.

Получените резултати от анализите се визуализират в постпроцесора, показващграфичнаинтерпретацияиличисленистойностинарезултатите.

10

ПримерзасимулациянапроцесанашприцванеедаденнаФиг.2.3.

Фиг.2.2Симулациянапроцесанашприцване‐схеманавътрешнаорганизация

Фиг.2.3Симулациянапроцесанашприцване‐схеманаетапитенаработа

2.4. ПОДХОД ЗА ИНТЕГРИРАНЕ НА СИМУЛАЦИЯТА НА ЗАПЪЛВАНЕТО ПРИКОНЦЕПИРАНЕ И ФОРМООИЗГРАЖДАНЕ НА ПЛАСТМАСОВИ ДЕТАЙЛИ С ОГЛЕДИЗИСКВАНИЯТАНАИНСТРУМЕНТАЗАПРОИЗВОДСТВОТОИМ

Правилното конструктивно оформяне напластмасовите детайли е критично важно заподготовката за конструиране нашприцформизатяхнотопроизводство,кактои решаващ за целия последващ процес натехнологичнаподготовка.

Симулирането на запълването наинструмента за сложен корпусен детайл ветапанапроектиранетомуе задача, даващавъзможностдасенамериеднодоброрешениена конструкцията му, чрез максималновзаимно адаптиране спрямо процеса нашприцванепризапазваненавсичкиналаганиот останалите възли и елементиограничения. За тази цел е разработенусъвършенстван подход за интегриране насимулирането на процеса на запълване наинструмента във фазата на изграждане нагеометрията и конструирането на основнитеструктурни елементи на детайла катодебелини на стени, оформяне на фланци,ребра, крепежи и др., който доразвиваподхода.ПредложенияподходвграфиченвидепоказаннаФиг.2.5.

Доразвитието се състои в това, чепредложеният подход се фокусира върхувъзможността още при концепирането наструктурното изграждане (композирането на стени, ребра, отвори) и геометричнооформяне(метрика,посокинаизваждане,избутваненаизделието,преходи,наклони)дасеприлаганачалносимулиране напроцесаназапълванесцелмакксималнорано,(виж фиг. 2.5 горна част в синьо) да се идентифицират потенциални или реалнипроблеми. Предложеният подход предоставя много по‐сигурен начин за бързопостиганенакачествениизделияветапанапроектиранетоим,безрискотвръщаненаизделията за корекция в етапа на подготовка на формообразуващите инструменти.Необходима е по‐висока квалификация на проектанта на изделието, който втрадиционните начини на проектиране не прилага симулации, а разчита нанеформаленопитиемпиричнизнаниязапостиганенанеобходимататехнологичностнапроектиранитеизделия.

Фиг.2.5Подходзаинтегрираненасимулациятавпроцесанапроектиране

11

ИзводикъмглаваII1. Разработена е методологична последователност при концепиране и

формооизграждане на пластмасови детайли в средата на 3D моделиер, смаксимално използване на вградените му функции и стъпкова последователностосигуряващанай‐малконеточностинагеометриятаивръщаненазадвпроцеса.

2. Чрезанализнаметодологиятаприконцепиранеиформооизгражданеедоказано,чеопределянето на повърхнините на делене е от изключително важно значение заформооизгражданетонасложнитепластмасовидетайли.

3. Повърхнините на делене е необходимо да бъдат дефинирани максимално рано ипредопределятцялостнатаконцепциянаформооизгражданетонадетайла.

4. Дефинирането на технологичните наклони спрямо повърхнините на делене еследващия съществен елемент в методологично отношение и предполагаоткриваненагрешкимаксималнорановCADсредата,определящозаизгражданетонаформата,кактоизакачествотонаповърхнинитепритрансформиранетоим.

5. Предложен е подход за интегриране на симулация на процеса на запълване пришприцване,максималнораноприизгражданена геометриятанадетайла,кактоисхеманавътрешнаорганизация.

6. Предложеният подход предоставя много по‐сигурен начин за бързо постигане накачествени изделия в етапа на проектирането им, без риск от връщане наизделиятазакорекцияветапанаподготовканаформообразуващитеинструменти.

3. ГЛАВА ТРЕТА: АНАЛИЗ НА ВЛИЯНИЕТО НА ОСНОВНИТЕ ПАРАМЕТРИ НА ИЗПОЛЗВАНИТЕ ВПРАКТИКАТА ПЛАСТМАСИ, С ЦЕЛ ПРИЛАГАНЕ ПРИ МОДЕЛИРАНЕТО НА ПРОЦЕСА НА ЗАПЪЛВАНЕ ВЕТАПАНАКОНСТРУИРАНЕ

3.1. Термопластични пластмаси – основни видове от гледна точка наконструктивнаприложимост

Термопластичнитепластмасипринагряванеставатпластични,априохлажданесевтвърдяват,бездапроменятсъщественосвойстватаси,нотърпятсъществениобемниизменения. По‐долу, на Фиг.3.2, е предложена класификация на термопластите отгледнаточканаинженернаприложимост.

Фиг.3.1.Температурноповедение Фиг3.2КласификациянатермоеластичнитеполимериТовагрупиранееусловно,нодаваеднаначалнаориентацияиможедабъдеполезна

при избор на материал за даден вид инженерно приложение. В табл. 3.1 е направенопитнаосноватанаопитаналабораторияCAD/CAM/CAEвиндустриятакъмМТФ,ТУСофиядасесистематизиратнай‐общоосновнитесвойстваиобластинаприложениенанай‐честоприлаганитевпрактикатапластмаси.

12

Таблица3.1Основниданниинасокизаприложимостнаполимерите(пластмасите)Материал Означ. Свойства Приложение

Polypropylene PP Добра химическа устойчивост опаковки, контейнери

PP Homopolymer HPPP Полутвърда, трайна малки домакински уреди

PP Copolymer CPPP Добър гланц, подходящ за текстура, ниска цена

Едро габаритни автомобилни части, пластмасови чинии и чаши

Polyethylene P Добра химическа устойчивост, гъвкав или полутвърд. Водоустойчив, добри ниски показатели за температура. Не е токсичен. Евтин

Low Density – опаковки, кутии High Density – щайги, фитинги и тръби за газ и вода, кухненско оборудване

PE Low Density LDPE/ LLDPE

PE High Density HDPE

Polystyren PS Чуплив, прозрачен, неустойчив на ултравиолетова светлина

GPPS – играчки, опаковки HIPS – ТВ кутии, полици за хладилници, капаци за тоалетни чинии

PS General Purpos GPPS

PS High Impact HIPS

Acrylic PMMA Твърда, с блясък, Устойчивост на атм. влияния

лещи, знаци, светлинни дифузьори, дисплеи

Acrylonitrile Butadiene Styrene

ABS Твърда, непрозрачна, здрава, добър гланц, подходящ за текстура

домакински електроуреди, автомобилни табели, компютърни кутии

Polyamide (Nylon) PA Твърда, здрава. скоростни кутии, лагери, автомобилни части

Acetal POM Твърда,здрава,устойчива на износване, добри електр. свойства

часовникови части, компютърни компоненти, части за принтери

Polycarbonate PC Твърда, прозрачна, устойчивост на атмосферни условия

предпазни очила, остъкляване, лещи за автомобилни фарове, каски, бебешки бутилки

Acrylate Styrene Acrylonitrile

ASA Твърда, непрозрачна, здрава, добра устойчивост на UV

кутии, телефони, автомобилни странични огледала

Styrene Acrylonitrile

SAN Твърда, прозрачна, груба, устойчива на напукване

лещи, чаши за пиене, кухненски принадлежности

Polyvinyl Chloride PVC Твърда или гъвкава, водоустойчива, незапалима, устойчивост на натиск

кабелна изолация, подови настилки, дограма, тръби за канализация, улуци

Polyurethane PUR Гъвкава, непромокаема подметки и токове за обувки, уплътнения, ролки, колела

Polyesters PBT, PET

Твърда, изключително жилава, широк температурен диапазон

бутилки , дискети, автомобилни части, корпуси на лодки, тръби

Polysulphone PES, PSU, PEEK

Отлична стабилност при висока температура, твърда или гъвкава. Висока цена

бобини, конектори,медицински компоненти, съдове за микровълнови фурни

Polyphenylene Sulphide

PPS Твърда, непрозрачна, негорима, добра химическа устойчивост при висока температура

медицинско и зъболекарско оборудване, прецизни мех.части, помпи, клапани и кранове за химическа инефтохимическа промишленост

3.2. ИзводикъмглаваIII:1. Предложенаекласификациянаполимеритеотгледнаточканатехнологиятаимна

шприцванеифункционалнопредназначениеприсложнидетайли.2. Анализираноевлияниетонатермофизичнитесвойстванаполимеритеотякостна

ифункционалнагледнаточкаиеустановено,четесаотсъщественозначение запроцеса, и технологията им на производство и са от решаващо значение припроектираненапластмасовитедетайли.

3. Отанализанавлияниетонамеханичнитеитермофизичнисвойстванаполимеритее установено, че трябва да бъдат водещи при избора на структурата напроектирания дедайл и на технологичните режими на инжектиране припроизводствотому.

4. Наосноватанапроведенитеанализинаданниотпроизводителинапластмасисъсспецифични особености на основните механични и термофизични параметри едоказано чрез натрупания практически опит в симулиране на запълването, чеотчитането на тези параметри при геометричното проектиране на детайли отпластмасаеотмноговажнозначениезатехнологичносттанаизделиятаитрябвадефинитивнодасеизползваотпроектантитенаизделията.

13

4. ГЛАВА ЧЕТВЪРТА: ИЗСЛЕДВАНЕ НА ВЛИЯНИЕТО НА ГЕОМЕТРИЧНАТА СТРУКТУРА

(КОНФИГУРАЦИЯ)ИПАРАМЕТРИВЪРХУПРОЦЕСАНАЗАПЪЛВАНЕ

Структурата включва общото формоизграждане и разположение на стени, ребра,отвори, преходи и др., както и параметри, като дебелини на стените и ребрата,закръгленияидр.Всичкитеиматсъщественозначениезапроцесаназапълванепришприцване. По‐долу се разглеждат основните елементи и тяхното влияние върхупроцеса.4.1. Конструктивниизисквания

Коректното определяне на дебелината на стените за изделия от пластмаса сеосновава на редица съображения от конструктивен, технологичен и икономическихарактер.Наосноватананатрупанияопитвпроцесанареализациянатазиработаианализанаразличниизточнициможедасеобобщиследното: Конструктивните изисквания, включително тези за поемане на работните

натоварвания (собствено тегло, статични и динамични сили, налягане, топлиннонатоварване,умора,износванеидр.),щеопределятдефиниранетонадебелината.

Габарититенакомпонента,местоположениетоналеяците,брояимиспособносттанаматериаладазапълнинай‐отдалеченитеточки,предопределяminдебелина.

Max дебелина е функция на геометрията на инструмента, опасността от поява нашуплиивсмукнатиниилипрекомернотоудължаваненавреметозаохлаждане.

Дебелинатанастенататрябвадаотговарятнавсичкисъображения,отгледнаточкаи на разходите, най‐малка дебелина на стената използва най‐малко материал иводидонай‐бързоизпълнениенациклите.Среднатадебелинанастенитенашприцванипластмасовиизделияе0,8‐3mm,аза

големиизделиядостигадо6mm.Дебелинанаребрататрябвадае50‐60%отстените,накоитосаприложени.

Височинанаребра‐трябвадабъдепо‐малкаоттрипътидебелинатанастената. Наклонинастените:прилаганенаъгълот1° ‐2°къмвсичкистени,успореднина

посокатанаотваряне,задасеулесниизваждането.4.2. Системенанализнахарактернипластмасовидетайли

Независимо от изключителното разнообразие по отношение наформа, размери ипредназначение пластмасовите детайли имат и редица характерни принципи наизграждане. За правилното оформяне на изделия от пластмаси съществува голямнатрупан опит. Бързото изграждане на формообразуващите инструменти в голямастепенсеопределяименноотправилнотооформяненадетайла,койтощесеформова.Зарационалноитехнологичнооформяненаизделиятаветапанапроектиранетоименеобходимодасеспазватследнитеосновниправила: Дасеизползватмаксималноеднаквидебелининастенитевцелиядетайл; Дасеизползватколкотоевъзможнопо‐големирадиусинапреходите; Да се използва препоръчваната дебелина в съответствие с процеса, материала и

изискваниятанадизайнанапродукта; Дасеизползваоребряванеиукрепваненастените,задасеподобрикоравинатана

детайлавзамянанаудебеляваниянаддопустимите; Дасеизграждатдетайлисотчитаненаначинанаизважданеотинструментачрез

правилнопредвижданенаделителнитеповърхнинииоформянена технологичнинаклонипопосоканаотваряненаполуформите.Таблица4.1Типовидетайлисхарактернагеометрия–“Ъгълници”

Детайл“L”

Ъгълник1“I”a/b=10/1,a/c=2/3

Ъгълник2“II”a/b=3/2,a/c=1/1

Ъгълник3“III”a/c=1/2,a/b=3/2

LI

LIaLIbLIc

LII

LIIaLIIb

LIII

LIIIaLIIIb

На основата на тези основни правила има смисъл да се дефинираттипопредставителни структурно и геометричнo детайли, чието изследване да даде

14

насоки за следващиобобщениизследванияна процеса на запълване и влиянието нахарактерната геометрия на детайлите към редица основни характеристики,определящи възможностите за коректно проектиране, включително на елементи оттехнологиятанаизпълнениекатоопределяненамястотонаинжектиране.

Таблица4.2Ъгълници

Cross section

Amax/H

Circle type”O” Rectangle type”Q” L-shaped type”T”

a/b=3/2

a/b=3/2 b/c=2/1

Cover “I”

d/h=10/1

OI

OIa OIb OIc OId OIe

a/h=10/1

QI

QIa QIb QIc QId QIe

a/h=10/1

TI

TIa TIb TIc TId

Box “II” d/h=1/1 OII

OIIa OIIb OIIc OIId

a/h=3/2 QII

QIIa QIIb QIIc QIId

-------------------

Tube “III”

d/h=1/2.5

OIII OIIIa

a/h=1/2.5 QIII

QIIIa QIIIb QIIIc QIIId QIIIe

-------------------

Double wall tube “IV”

d/h=1/2.5

OIV OIVa

------------------- -------------------

Най‐общомногообразиетоотдетайлиекласифициранокатокапактип“ъгълник”итип“черупка”.Тип“ъгълник”сасъгловпрофилихарактерниотношениянастранитеспоред таблица 4.1. Тип “черупка” в напречно сечение се подразделят на: “кръг”,“правоъгълник”сотношениенастраните3:2и“L‐образен”,вж.табл.4.2.Форматаимеподбранасъобразнотазиначестосрещанихарактернидетайли.

Детайлите са тип “ъгълник” и тип “черупка”. Тип “ъгълник” са с ъглов профил ихарактерни отношения на страните според таблица 4.2. Тип “черупка” в напречносечениесеподразделятна: “кръг”, “правоъгълник”сотношениенастраните3:2и “Г‐образен”.Споредвисочинатасиощесеподразделятна:

- “капак”‐Amax/H=10/1- “кутия”‐Amax/H1/1- “тубус”‐Amax/H1/2,5

Задабъдатблизкидопрактиката,така предложените типопредставителнидетайливключват присъединителни елементи, които са оформени съгласно наложените впрактиката и стандартизирани сфирмените нормали, начини на оразмеряване. Такаизследванетодавадиректнаприложимостзадетайлисхарактернагеометрия.

15

4.2.1. Симулация на запълването. Изследвани случаи и параметри напроцесаУсловията на процеса са зададени според препоръките на производителя на материала.

Процеса шприцване има следните по-важни елементи: Температуранашприцването–препоръчвасеотпроизводителя–вслучая280C; Температуранаформата–препоръчванатемпература60C,неседопускатразлики

по‐големиот5‐6С; Наляганенашприцване‐препоръчвастойностотпроизводителя100MPa; Точкинаинжектиране.

Варират се: Температура на шприцването; Температура на формата; Налягане нашприцване. Симулиранеповедениетопри запълване въвфункция от геометриятанаребратапривсякахарактернаформаиуточненаточканаинжектиране.4.2.2. Критерии, по които е оценено поведението при запълване надетайлитеОценката на поведението при запълване на всяко от изследваните изделия е

направена на базата на критерии ‐ оценяване на опасността от възникване напотенциални дефекти дължащи се на неподходящо място на инжектиране и наконструкцията на изделието и неговото оребряване. Такива дефекти, използвани закритерии, са: измятане на изделието, недозапълване на формата, линии на студеноспояване, шупли, непостоянна плътност на изделието. За всеки от тези дефекти евъзприетакачественаекспертнаоценкавтриградации:

неналичиенатакъвдефект; опасностоттакъвдефектилидопустимималкидефекти; очакваноналичиенатакъвдефект.

4.2.3. ОценканарезултатитеотосъщественитесимулацииПолученитеотпроведенитесимулациизавсекиединотбазовитетиповидетайли

заизборна:А)мястонаточкатаназапълване(изследванивариантина11типопредставителни

детайлиспо5възможнилокациинаточкатанаинжектиранеилиобщо41изследванислучая;

Б) симулиране на запълването при различно оребряване за показалия най‐добрирезултати вариант (11 базови геометрии) на мястото на инжектиране (общо 36изледванивариантинаоребряване)Резултатитесапредставенивъввиднаоценъчнатаблицавглава6.4.3. Симулация на влиянието на локалната структура (функционалниповърхнини,ребра,преходи);

Бързото изграждане на формообразуващите инструменти и качеството наизделията в голяма степен се определя именно от правилното проектиране налокалната структура на геометрията детайла, който ще се формова. По долу наосновата на примерни решения е откроено значението и влиянието на този виделементинаструктуратавърхуточносттаикачествотонаизготвянитедетайли.4.3.1. Примерно решение за изследване на влиянието на системата заосвобождаванеДобрепроектиранизбутвачтрябваданедопускадеформации,кактоидаизвърши

операцията възможно най‐бързо. Точковото въздействие върху изделието може дадоведе до деформации или до разрушаването му. Препоръчва се изхвъргачите да сепоставят на места, където ребрата, страничните стени и ъглите създават повишеносъпротивлениеприизваждане.

ИзходниданнизапровежданенаизследванетоЗададене3Dмоделначастотръкохватканаелектрическабъркалказасмесванена

различни строителниматериали –Фиг. 4.16 иФиг. 4.17. Изработена е от PA6 GF30 ‐Полиамидспълнител30%стъкленивлакна.

Натоварва се детайла в челата на резбовите отвори с предварително изчислената сила. Общия брои на избутвачите е 13 (Фиг. 4.24). 1) Анализнацялостнадеформацияa. частична(насочена)деформация

16

b. деформационен вектор на общата деформация: (Фиг. 4.25).TритекомпонентаUx,UyиUzкактоиобщатадеформацияUсадостъпниикатоиндивидуалнирезултати.

Максималните стойности за деформацията са в периферията на ръкохватката, аминималнитесавцентралнияотвор.Max=3,438mm;Min=0mm.

Фиг.4.163Dмоделначастотръкохватка Фиг.4.173DмоделначастотръкохваткаГолемината на

деформацията,съсредоточена в еднатастрана от ръкохватката,може да доведе доразкъсвания поповърхностаиизкривяваненаформата.2) Анализ на равномерно

(еквивалентно)натоварване:Еквивалентнотонапрежениесеосноваванаизчислениепоуравнението

,Еквивалентното напрежение е често използвано при проектирането, защото

позволява всяко триизмерно напрегнато състояние да бъде представено, като еднаположителна стойност на натоварване. Максималната стойност на еквивалентнотонапрежениеe41MPa,съобразноразпределениетонанапреженията,показанонаФиг.4.27.

3) НормалниеластичнидеформацииСреднатанормалнаеластичнадеформацияпринатоварваненаопънеотносителна

величина и се определя като средната стойност на промяната на дължината къмпървоначалнатадължина(e=DL/L0).

Фиг.4.27Поленаразпределениенаеквивалентнитенапрежениявмодела

Фиг.4.28Поленаразпределениенанормалнитееластичнинапрежения

Максималнитееластичнидеформацииса приблизително0.5%,катосенаблюдаваразширяване. Еластичните напрежения на опън или на натиск са съответноправопропорционалнинаотносителнатадеформация,т.е.всилаезаконанаХук.4.3.2. АнализнарезултатитеСравнявайкиполученитеданнисевиждапредимствотонавариант2въввсекиедин

отанализите.Значителнопомалкитенатоварванияидефромациисапредпоставказа

Фиг.4.24Натоварване Фиг.4.25Векторнопредставяне

17

по‐качественокрайноизделие,отговарящонаизискваниятазаексплоатация.Вдетайл,анализътнарезултатитепоказва: Максималнатастойностнадеформациятазавариант1от3,5mmенамаленадо2,4

mm. Мястото й се премества на срещуположния край на ръкохватката, нодеформациитесаврамкитенадопустимите;

Максималнотонапрежениеот41MPa(Вариант1)енамалялопочти2пътидо26,5Mpa. Правилното разпределение по цялата повърхност на напрежението е отсъщественозначениезазащитаотогъване;

Еластичнитедеформациисаmax0,5%привариант1,априВариант2‐до0,3%; Минималните еластични деформации, сочещи свиване от – 2,5% за вариант I, са

сведенидо‐1.8%завариант2; Цялостнотоподобрениевъввариант2удовлетворяваконструктивнитеизисквания

исеналагакатоизборзасистеманаизважданенаготовиядетайл; Проведените изследвания показват съществени възможности за контрол на

деформациитечрезправиленподборнапараметритенапроцеса.4.4. ИзводикъмглаваIV1. Структуратанадетайла еизключителноваженелементотвъзможносттадабъде

произведенкачественно.2. Точкатанаинжектиранеесъщоотмноговажнозначениезазапълванетоитрябва

дасеопределиощеприизгражданенадетайла.3. Точкатанаинжектиранепризапълванеедиректновъвфункцияотгеометриятана

ребратапривсякахарактернаформаиобратно.4. Доказано е същественото влияние на местата на разполагане на системата за

освобождаваневърхуточносттанаизпълнениенадетайла.5. Препоръчва се местата за избутвачите да се разполагат в най‐коравите зони на

детайла,нобезвероятностотструпваненаматериаликъсноохлаждане.6. В резултат на горните изводиможе да се заключи, че с помощта на виртуалните

прототипи може да се оптимизира структурата на шприцваните изделия още ветапа на проектирането им, което гарантира постигане на висококачественидетайли

7. Симулациитеназапълванетоприпроектираненадетайлапозволяватзначителнодасенамализаследващитеетапивреметозапроектираненаформообразуващитеинструменти и същевременно да се съкрати производствения цикъл и от тамсебестойносттанаизделията.

5. ГЛАВА ПЕТА: ДЕФЕКТИ ПОЛУЧАВАНИ ПРИ ЗАПЪЛВАНЕТО. ИЗСЛЕДВАНЕ НА ВЛИЯНИЕТО НАТЕХНОЛОГИЧНИТЕПАРАМЕТРИНАПРОЦЕСАВЪРХУДЕФЕКТИТЕИКАЧЕСТВОТОНАГОТОВИЯДЕТАЙЛ.КРИТЕРИИЗАОЦЕНЯВАНЕ.

5.1. Характернивидоведефекти.Възможнипричинизавъзникванетоим.Тук е направен един опит да се систематизират известните типични дефекти от

практиката,кактоидасепосочатвъзможнитепричинизатяхнотовъзникванеинай‐вече да се посочатфакторите, имащи определящо значение за появяването им. Тозиелементимаголямприложенефектприсимулираненазапълванетоиустановяваненаопсност от възникване на дефекти. Предложена е систематизация на характернидефектипогорнитепоказатели,коятоедаденавтабл.5.1.5.2. Оценяваненафакторитеопределящипроцесаназапълване

Параметрите на процеса са основен елемент за влияние на пълненето присъществуващдетайлиинструмент.По‐долусапосоченипо‐важнитеоттях:

Наляганенашприцване. Наляганеивременазадържане.

Съществува директна зависимост между налягането на шприцване ихидравличнотоналяганенареченакоефициентнаусилваненамашината.

Таблица5.1Дефектииопределящитегифактори

No Вид типовдефект

Характеренвиднадефекта Възможнипричинизавъзникваненадефекта Основни фактори, оказващи влияние

затиповиядефект

1Зони назасрещане ипригар

Причинатазатовае,честопилкатаизбутвавъздухавкухинатапред нея и той се компресира. В следствие на налягането,топлината се увеличава много и върху пластмасата сепоявяватбелезиотповърхностноокисление(пригар).

ТемпературанастопилкатаТемпературанаинструментаСкоростнаинжектиранеМясто и размери на вентилационнитеканалиРазмернадюзата

2

Издатък поделителнатаповърхнина,отливък

Издатъкътпо делителнатаповърхнина е сравнително голямаиздатинавърхупластмасатаилидребнаиздатина,коятоможеда падне като се бутне странично.Издатъкътподелителнаталинияиотливъкътсеполучават,когатостопилкатапрониквавпролуките,челатаивместаназахващане.

СиланазатварянеТемпературанастопилкатаТемпературанаинструментаСкоростнаинжектиранеНаляганенапълнене

3Разлики вгланца(блясъка)

Повърхнина има различни нива на гланц в отделните точки,въпреки че структурата (повърхнината) на матрицата ееднаква‐гланцътнацялатаповърхнинаетвърдевисокилинеедостатъчновисок.

Налягане на задържане и време назадържанетоТемпературанастопилкатаТемпературанаинструмента

4Петна поповърхнинатанаизделието

Понякога те се появяват след смяната на напречното сечениена потока. Причините са в големите напречни напрежения втези точки и ограниченото прилепване на пластмасата постената, което седължина смянатананапречнотосечениеинатемпературнитеразлики.

ВлажностнаматериалаТемпературанастопилкатаТемпературанаинструментаНаляганенапълненеВременазадържане

5Деформиране/измятане

Причина за деформирането са различията в тенденцията насвиваниятавотделнитечастинашприцформатаиразликатавсвиванетонастопенатапластмасавразличнитепосоки.

Налягане на задържане и време назадържанетоТемпературанастопилкатаТемпературанаинструментаВременаохлаждането

6

Дефектнопълнене –шприцване снедозапълване

Детайлите имасекции,коитолипсват,най‐честовобластите,отдалечениотлеякаиливобласттанатънкитестени,защотостопилкатанеенапълнилаизцялоформата.

ТемпературанастопилкатаТемпературанаинструментаСкоростнаинжектиранеНаляганенапълнене

19

7

Напукванепорадинапрежения,Микронапук‐вания

При пластмасите напукванията се инициират от микропукнатини. Най‐често локалните вътрешни напреженияпредизвикват пукнатините. Нивата на вътрешнитенапрежения в изделието в резултат на шприцването влияятсилнонапроцеса.

ТемпературанастопилкатаТемпературанаинструментаСкоростнаинжектиранеНаляганенапълненеНаляганеназадържанеВременаинжектиране

8 Всмукнатини

Всмукнатинитесеполучаватнай‐честовобластнанатрупванена стопилка, в корена срещу ребрата. Причината занатрупването на стопилка е увеличаването на размера насвиванетовсъответнатаобласт.Товатеглиотделнитениваотповърхнинатанавътре.

Температуранастопилката;Температуранаинструмента;Скоростнаинжектиране;Наляганенапълнене;Временазадържане.

9Задържане навъздух

Задържаненавъздух

Ако потокът от стопилка е обграден от въздух, повредите серазширяват от непълно запълване, през поява на дефективърху повърхнината до ефекта на Diesel за самозапалване намикрошупливследствиенависоконаляганеитемпература.

Влагавматериала;Наляганеназадържане;Температуранастопилката.

10Следи отинжектиране(впръскване)

Въпреки че стопилката влиза във входа на матрицата въвформатанаструя,възможносттадаконтактувасъсстенатанашприцформата (краткотрайно прилепване) е малка.Резултатътепрегъваненанишката.

Температуранастопилката;Температуранаинструмента;Скоростнаинжектиране;Размернадюзата.

11

Неравномер‐ност наусилващитенишки (Ефектнадюзата)

Усилващитестъкленинишкимогатдазаформятнеравномернивидими зони с текстура (ефект на драскотини) натурболентностилинанедостатъчнохомогенноразпределениев следствие на турболентност в течението на потока напластмасата в процеса на инжектиране.

Скоросттанаинжектиране;Температуратанастопилката;Завихрянена потокаоколоребраи другиръбовевинструмента.

12Линии насъшиване

Линиите на засрещане(съшиване) се образуват при среща нафронтовете на двата потока стопилка, преминаващи поразлични пътища. Ако температурата и налягането в тазиобласт са много ниски, то леко студената и втвърденатаповърхнина в периферните нива на стопилката формиратдефекет „съшиване“ на повърхнината(не пълна и хомогеннавръзканаповърхнините)

Температуранастопилката; Температуранаинструмента; Скоростнаинжектиране; Вентилационниотвори.

Затварящасила; Температуранашприцване;

Температуранаинструмента; Точканаинжектиране:

Един от основните фактори, определящ запълването, е локацията на мястото наинжектиране или леяковата система. Точката или точките, откъдето стопениятматериал се шприцва във формата. Трябва да се осигури пренасяне на стопенатапластмасаснай‐малкизагубинаналяганеитемператураипонай‐късияпът. Критерии за оценка на потенциалните дефекти: за оценка на резултатите са

използванидвакритерия:сигурностназапълванетоивремезазапълване.Практическо приложение – изследване на мястото на запълване на детайл

„Заденкапак“отавтомобилноборднотаблосъссложнаформазаJCI/FranceИзследванепроцесаназапълваненадетайлсъссложнаформа„Заденкапак“,като

целта е да се намери оптималното място наточките на впръскване, така че да семинимизира измятането. Началните условияи материала са предварително зададени.ПластмасатаеоттипPPT40(полипропилен).Характерни точки от геометрията наизследваниямоделсапоказанинаФиг.5.4.5.2.1. ЦелнаизследванетоЦелта на симулациите е да се оценят

различни места на инжектиране и да сепредложи оптимален вариант, така че да сесведе до минимум деформацията наизследваниямодел.Основнатацеле+/‐0,2мммах.деформираненаконтролнитезонинадетайласледизработванетому.Тезистойностисеотнасятзаинтерфейснитезонипоказанисчервеноограденитеполетанафигура5.4по‐горе(зонизафиксиране).

Възможни са и малки модификации на дизайна, за да се постигне необходимиятрезултат. Първоначално, на основата на експертния опит на автора и екипа саопределени4местазаточкинаинжектиране–маркиранисакатоLocation1,Location2,Location 3 and Location 4. При невъзможност за постигане на желания резултат седопускапредложениенановиточкинаинжектиране.

ЕтапинасимулациятаИзследвани са всички фази на процеса ‐ пълнене, задържане и охлаждане.

Проследениса следнитепараметриназапълването ‐ температура,налягане, скоростнаприплъзваневматериалаитемпературанафронтанастопилката.Резултатитесеотчитат,поотношениенавсичкифази (пълнене, задържане, охлаждане), анализиратсеисеоценяватвъзможноститезаподобрениенапроцеса.

Фиг.5.4Характерниточкинаизследваниямодел

[1] A/ Location 1 [2] B/ Location 2

[3] C/ Location 3 [4] D/ Location 4

Фиг.5.1Предварителноопределениточкинаинжектиране

21

5.2.2. Подход за провеждане наизследванетоEтапитенапълнене сапоказаникато

последователност и свързаност наследващата Фиг.5.6. Резултатите отизследването не са показани в детайлпоради големия обем на проведенитеизследвания. Анализът на резултатитепоказватследното:• Времето за пълнене е с хомогенен

профил с малка асиметрия,определенаотгеометричниразличия;

• Разпределението на температуратасъщое хомогенно,коетоеиндикаторзамалкидеформации;

• Полетонаналяганетоеподобно,носпо‐големиразличия, които се дължатнаразликавгеометричнатаструктураи свързаните с това промени всъпротивлениетонатечене;

• Разпределениетонанапрежениятанасрязване обаче са сравнителнохомогеннии това е най‐добрия белегзанискиостатъчнинапрежения;

Разпределението на температура нафронта на стопилката също еравномерно;

Наблюдавасеизвестнаасиметриявразпределениетонаналягането,коятоможедабъде компенсирана, допълнително с малка промяна на мястото на точката навпръскване.

5.3. ИзводикъмглаваV1. Систематизирни са основните видове дефекти от практиката при запълване на

шприцформите, възможните причини за тяхното възникване и са посоченифакторите имащи влияние върху тези дефекти, като възможен начин завъздействие.

2. Чрез симулации на запълването и по експериментален път е потвърдено, чепозициятанавтока(точкатанавпръскване)влияесъщественновърхукачествотоипроизводителносттапришприцване,катоеустановено,четяедиректнафункцияотгеометриятанаребратапривсякахарактернаформаитемпературнитезонинаинструмента.

3. Погрешното позициониране на втока довежда до множество дефекти, свързани снедозапълване, промяна на свойствата в различните части на детайла и др. иопределянетоеважнодасеосъществимаксималнорановпроцесанаразвитие.

4. Температурата на шприц‐формата има основно влияние върху сигурността назапълването, но за различни по големина и конфигурация детайли оптималнататемпературасенуждаеотпрецизизноопределяне.

Фиг.5.6Етапинасимулационнияпроцес

Фиг.5.2Location2B:Времезапълнене(Meltfronttime),sec

Фиг.5.3Location2B:Разпределениенатемпературата(Temperaturedistribution),ºC

22

5. Температурата на стопилката влияе в по‐малка степен на сигурността назапълването в сравнение с температурата на инструмента, но също има голямовлияние върху времето за охлаждане и деформациите при изваждане и епотвърдено опитно, че трябва да има минимално възможна за добро запълванестойност.

6. Опитноедоказано,черезултатитеотсимулациитедаватдостовернаинформациязаочакванисвиванияиусукваниявдетайла,катосеотчитатосновнитефакторинавлияние (термични; предизвикани от ориентацията на стъклените нишки;предизвикани от остатъчнинапрежения) на процеса на запълване. Тези данни саприложими при оптимизацията на конструкцията, както на детайла, така и наинструментаимогатдасеприлагатощеветапанапроектираненаизделието,анедасеводиборбаспоследицитеприпроектираненаинструментите.

6. ГЛАВАШЕСТА:ОБОБЩЕНИПРАВИЛАЗАОЦЕНЯВАНЕНАКОНСТРУКТИВНИТЕОСОБЕНОСТИНА

ШПРИЦВАНИДЕТАЙЛИИНАМЯСТОТОНА

ТОЧКАТАНАИНЖЕКТИРАНЕ

Както бе доказано чрезизследванията по‐горе, един отосновните фактори, определящзапълването, е мястото на точкатана инжектиране и изграждането налеяковата система. Тази систематрябва да осигури пренасяне настопената пластмаса с най‐малкизагубинаналяганеитемпература,ипо най‐късия път до всяка точка наработната кухина на инструмента.Точката на инжектиране имарешаващозначениезаполучаваненависококачествени изделия, заувеличаваненапроизводителността,чрез редуцирaне на времето наобщия цикъл, за намаляване набракаиокончателнитеобработки.6.1. Прогнозиране иотстраняване на потенциалнидефекти от избор на точка назапълване при проектиране насложни формообразуващиинструменти

Мястото на инжектиране имасъществено влияние върху начинана запълваненаинструмента, коетоот своя страна е предпоставка завъзникване на редица дефекти визделията (недозапълване, лошокачество на повърхнината,вътрешни напрежения и др.).Проблемите, които могат давъзникнатса: Проблеми, възникващи при

запълването, дължащи се нанеправилно място наинжектиранеирежими,предизвикващиопасностотпотенциалнидефекти;

колебаниенапотока – когато течнатапластмаса, внякое отнаправленията синадвижение,сезабавяилиспирапредидасестигнедопълнозапълваненаформата.

Симулацията на процеса на запълване и изследване влиянието на параметрите напроцесавърхузапълванетонидававъзможностизаопределяненанай‐добритеместа

Фиг.6.1Блоксхеманапроцесанасимулираненазапълванетосцелоптимизациянаразполаганенаточкатаназапълване

23

на точката на инжектиране (Фиг.6.1) и рационално оребряване в етапа напроектираненаизделието.

Заосъществяваненасимулациятасезадаватследнитегеометричниитехнологичнипараметриопределящипроцесаназапълване: 3DгеометриятанамоделасеимпортиракатозатворенотвърдотяловSTLформат

(генерирандиректноотPro/Engineer); Място/места, брой на местата и

направлениенаинжектиране; Вид на леяковата система,

Разположение; Средна начална температура на

шприцформата; Температура на стопилката в

началния момент на инжектиране(препоръчани от производителя наматериала);

Максималноналяганенашприцване(определено от възможностите нашприцмашината).ПримерзавариантностнаразположениетонаточкатаназапълванеИзследванемодел

на запълването насложен катоконфигурациякорпуснаелектроинструменттип перфоратор.Моделирани са петслучая, споредлокациите наточките наинжектиране (Фиг.6.2отАдоЕ):

Точно тезилокациисаизбранисцел проверка навлиянието насиметричноилиасиметрично инжектиране, катовторияопределя възможността зареализациянадвугнездовинструмент.

АнализнарезултатитеПолучените от

симулациитерезултати и технияподробен анализдават основание заследните по‐важникачествени иколичествени оценки,обобщени в таблица10.1. В тази таблица енаправена еднаекспертна оценка завъзможността отпоявяване на дадендефект като функцияот двата предложеникритерия.

Най‐добрия Б инай‐лошия С вариантсапоказанинаТабл.6.1

Фиг.6.2Моделиранисапетслучаянаразположениенаточката

Фиг.6.3Резултати(най‐добърБинай‐лошСвариант)

Таблица6.1.Оценъчнатаблицазадефектите

24

Изводиотанализанарезултатите:Табица6.2.Дефективпроцесанашприцванеипричинизатях.

Дефектинаизделията

ПричинизадефектитеМатериал

Конструкция наизделието

Конструкция наинструмента

Технлогиченрежим

Пукнатини при точката на запълване

Голямо свиване.

Разностенност. Малки радиуси. Неправилно оформен вток.

Бразди по отвора. Неправилно разположени изхвъргачи.

Висока (ниска) температура на материала и формата. Дълго задържане под налягане. Къс цикъл.

Вълниста повърхнина

- Големи плоски повърхности. Струпване на материал.

Не добро охлаждане. Висока температура на формата. Не добро подхранване.

Не дозапълване

- Недостатъчно дебели стени.

Дълъг леяк с малко сечение. Лошо вентилиране.

Неточно дозиране. Ниски налягане и температура. Малка скорост на шприцоване. Запушване на дюза на машината. Недостатъчно налягане и време на задържане.

Чаплъци (мустаци) по изделието

- Недостатъчно сисла на затваряне.

Недостатъчна коравина на инструмента

Високо налягане и ниска температура на материала и формата.

Шупли(въздушни мехурчета) в изделието

Влажен материал.

Разносте-нност. Местни удебеления.

Малко сечение на леяковите канали. Лошо вентилиране. Ниска температура.

Висока температура на материала. Малко налягане и голяма скорост на шприцоване. Недостатъчна доза материал. Кратко време на задържане .

Изкривяване(измятане) на изделието

Голямо свиване.

Разностенност. Малки радиуси. Сили от ориентация на нишките

Неправилно разположение вток и изхвъргачи. Голямо сечение на леяковите канали. Неравномерно охлаждане.

Високи температури на материала и формата.

Всмукнатини - Разностеност. Местни удебеления.

Малко сечение на леяка. Неправилно място на втока.

Високи темпе-ратури на мате-риала и формата. Ниско налягане на шприцоване. Изваждане при висока температура. Недостатъчно количество на стопилката и на времето на задъ-ржане под налягане. Малка дюза.

Сребри-стост на изделието

Влажен материал.

- Малко сечение на леяковите канали.

Ниска температура на формата. Високи температура на материала и скорост на шприцване.

Прегаряне. Черни ивици при леяка

- - Лошо венти-лиране. Малко сечение на втока. Неправилно допиране към дюзата на ма-шината.

Високи температури на материала и скорост на шприцоване. Изгорял или разложен материал в дюзата. Газови включения в стопилката.

Вълнообразна повърхнина на изделията

Голяма свивае-мост.

- Вток с непра-вилно място и сечение.

Ниско налягане на шприцване.

Крехкост и чупливост на изделието

Влажен материал.

Тънки стени. Ниска температура на формата, вток с неправилно място и сечение.

Ниска (висока) температура на материала.

Трудно изваждане на изделието

- Големи засечки. Недостатъчни технологични наклони.

Изхвъргачи с неправилно място и сечение. Лошо качество на повърхнините.

Прекомерно дозиране. Високи температури на материала и формата. Високо налягане.

Микро-пукнатини

- Наличност на метални вложки.

Лошо охлаждане на формата. Леяк с малко сечение и голяма дължина.

Ниски температури на материала и формата. Лошо хомогенизиране на стопилката.

Матова и грапава повърхнина

Влажен материал.

- Грапава повърхнина. Неправилно сечение на втока. Недостатъчно охлаждане на формата.

Малки налягане и скорост на шприцоване. Ниски температури на материала и формата. Напръскване на повърхнините с много разделител за лесно изваждане.

Портокалова кора

- Тънки стени. Малко сечение на ляковите канали.

Неточно дозиране.

Релефна по-върхнина

- - - Също и лошо подхранване

Слюдо-образна повърхнина

Голямо свиване.

- Ниска температура на фор-мата.

Високи скорости, налягане и температури. Лошо хо-могенизиране.

Потъмняване, поява на воал

- - - Недостатъчни скорост и налягане на шприцоване.

Тъмни петна по изделието

Замърсен материал.

- Омаслена изхвъгачна система или леякова вту-лка.

-

Следи от спояване и течене по изделието

Влажен материал. Нисък вискозитет

Разпостенност, местни удебеления.

Неправилно място на охлаждащите канали. Малък вток. Малко сечение на вентилационни-те канали.

Недостатъчна скорост и налягане на шприцоване. Ниски температури на материала и формата. Газови включвания в стопилката.

25

Табл.6.3Оценъчнатаблица

ТипопредставителнаформаИзбор на място на точката назапълване Изборнаоребряване

Положениенаточкатанаинжектиране

Възможнидефекти И

змятанена

изделието

Недозапълванена

формата

Линиинастудено

спояване

Въздуш

ни

мехурчета

Различнаплът‐

ностнаизделието

Детайл

Измятаненаизде‐

лието

Недозапълванена

формата

Линиинастудено

спояване

Въздуш

ни

мехурчета

Различнаплът‐

ностнаизделието

LI

A LIa

B LIb C LIc D

LII

A LIIa B LIIb C D LIIIa

LIII

A LIIIb B C OIa D OIb

OIA OIc B OId C OIe

OIIA B OIIa C OIIb

OIIIA OIIc B OIId C

OIVA OIIIa B C OIVa

QI

A B QIa C QIb D QIc

QII

A QId B QIe C D QIIa

QIII

A QIIb B QIIc C QIId D

TI

A QIIIa B QIIIb C QIIIc D QIIId E QIIIe

Легенда: TIa ‐Липсватозидефект TIb ‐Умереноналичиенадефекта TIc ‐Наличиенадефекта TId

При всички изследвани случаи няма опасност от недозапълване на детайла. Във

всички варианти има вероятност от появата нашупли при недобро вентилиране наформата. Във вариант C потокът е небалансиран, което води до сбиване, поради

26

наличиетонапътнатечененастопилкатамногопо‐късотостаналите(горнатачаст).Товаепричиназапояватананепостояннаплътностнаматериалавтазизона,коетоводи до измятане на изделието. Във вариант C се появяват допълнителни линии назасрещане (extra weld lines) поради пресрещането на два потока на течене настопилката(ръкохватката).

Препоръкизарационалноитехнологичнооформяненаизделиятаветапанапроектиране

Зарационалноитехнологичнооформяненаизделиятаветапанапроектиранетоименеобходимодасеспазватследнитеосновниправила: Дасеизползватмаксималноеднаквидебелининастенитевцелиядетайл; Дасеизползватколкотоевъзможнопо‐големирадиусинапреходите.Прилагатсе

стойностиот0.1до0,3мм,взависимостотматериала; Да се използва препоръчваната дебелина в съответствие с процеса, материала и

изискваниятанадизайнанапродукта; Дасеизползваоребряванеиукрепваненастените,задасеподобрикоравинатана

детайлавзамянанаудебеляваниянаддопустимите; Дасеизграждатдетайлисотчитаненаначинанаизважданеотинструментачрез

правилно предвиждане на делителните повърхнини и оформяне на наклони (т.н.леярскинаклони)попосоканаотваряненаполуформите.Набазатанаосъщественитевгл.4симулацииианализнадефектитеисигурността

назапълванезачестосрещанивпрактикататипопредставителниформиихаратерниначининаоребряванеепредложенаоценъчнатаблица,табл6.3.

Тазиоценъчнатаблицасвързвабазовитетехнологичнипрепоръкизаизбягваненавъзможните дефекти, дадени в табл. 6.3 с възникването на дефекти в следствие нагеометричната форма и структура на детайла. Този инструмент е полезен законструктораприконцепираненадетайлаинеговотострукторноизграждане.6.2. ИзводикъмглаваVI1. Симулациятанапроцесаназапълванедававъзможностзакоректноопределяненанай‐добротомясто на точкатана пълненеи вследствие на това, най‐рационалнооребряване в етапа на проектиране на изделието, чрез многократни симулацииприразличнивариантнирешения.

2. Предложени са два интегрални критерия: сигурност на запълването и време зазапълванеприоценканавероятносттаотпояванадефекти.

3. Установеное,ченеобходимитесимулациисаобемнииотнематвремеотпорядъкана1до3часаприизползваненаскъпспециализирансофтуеримощенхардуер.

4. Изведенисаобобщениправила,чрезприлаганетонакоитоседававъзможностдасенамерисравнителнобързоначалнотоположениенаточкатанаинжектиранезаопределенихарактернидетайлиитиповооребряване.

5. Концепираният на основата на тези правила детайл впоследствие бързо сеоптимизираснамаленбройитерационнисимулации.

6. Предложенаеинтегралнаоценъчнатаблицавпомощнапроектанта.Тясеприлагаза бърза оценка за основни типопредставителни форми и различни възможниварианти на разполагане на мястото на инжектиране с цел технологичнаверификациянатопологиятаинагеометричнатаструктура(конфигурация,стениребраимястонаинжектиране)ветапанапроектираненадетайла.

7. ГЛАВАСЕДМА:ПРИМЕРНОРЕШЕНИЕЗААПРОБИРАНЕНАПРЕДЛОЖЕНИТЕПОДХОДИ

Целнасимулацията:o Апробиране на предложените подходи за постигане на висока точност на

присъединителни зони на корпусен елемент (моторно тяло) на ръчнаъглошлифовъчнамашина.

o С цел начално определяне на мястото на пълнене се използва Табл.6.3„Оценъчнатаблица“ипо‐специалнофоматаможедасеотнесекъмтиповвидQIII.Оттаблицатасевижда,ченай‐доброторешениезапълненееточка„А“.

o Щебъдеприложенименнотозиизбор. Симулация

Изследванисатривариантанаконструкциянакорпусенелемент(моторнотяло)наръчнаъглошлифовъчнамашина.Функционалновнегосемонтираизцялостаторанаелектромотораизаднияткрайнароторанаелектродвигателя.

27

Впреднатамучастсесглобявадругкорпусенелемент–редукторнакутия,носещпредния край на ротора и зъбната двойка предаваща движението към режещияинструмент.Товаопределянеобходимататочностнаинтерфейснитеповърхнини,вижФиг.7.24,такасаопределениконтролниточкиотприсъединителнатаповърхнина.

Симулирано е запълването на шприцформата при три варианта на оформяне напреднияфланецнатялото.

Изследвани са деформациите получени при изстиване в интерфейснитеповърхнини, виж Фиг. 7.24 .Натазиосновасаопределенинай‐рационалната форма иструктуранапредниякрайнафланеца. Изходниданни

- Изследвани са 3различни варианти наконструктивнооформление наизследванитемодели.

- Място на инжектиранена пластмасата – Фиг.7.4. Избрано е отгледнаточканаравномерноторазпределениенаматериалаисъгласноТабл.6.3„Оценъчна таблица“ и по специално типов вид QIII с най‐доброто решение запълнене в точка „А“ поради голямата височина на изделието и тип „форма сдъно“.

- Използваният материал е полиамид с пълнител 30% стъклени влакна(Pa6GF30).Технологичнитепараметринапроцесасапоказанивтабл.7.1.

- табл.7.1Параметринапроцесаназапълване

Параметървсистемата Описание Мерниед. СтойностMoldtemperature Темпертуранаинстумента C 80Melttemperature Температуранастопилката C 275Injectiontime Времезашприцване s 2.4Max.Injectionpressure Максималноналяганенашприцване MPa 155Packingpressure Допълнителноналягане MPa 55Totalpackingtime Времезазадържанеследшприцване s 16Coolingtime Времеза изстиване s 36

7.1. СимулацияназапълванетонашприцформатаЗапресмятанетосаизползвани3Dмоделисноминалниразмери,спредварителное

заложеносвиванетонаматериала.Резултатитесапоказани,кактоследва:

Фиг.7.10ПаднаналяганетоследзапълваненаТяло2400безосвобождаване

7.1.1. ТемпературнаасиметрияТози резултат показва разпределението на температурата по дебелината на

стената.ПресмятанетоепоказанонаФиг.7.11.

Фиг.7.4Мястонаинжектиране

28

Идеалния вариант е,когато асиметрията еравна на нула. В зоните,къдетоеразличнаотнуламогат да появятизкривявания.Скалатаевтоплата цветова гама приположителни стойности ив студената приотрицателни. Нулата е всветлозеленцвят.РезултатитесапоказанинаФиг.7.12.

Фиг.7.12ТемпературнаасиметриянаТяло2400

АнализнадеформациитеследизстиванеОсновнацелнасимулациятанапроцесаназапълваненаформатаепредвиждането

на деформациитеслед изважданетонаготовиядетайлот инструмента.От тях прякозависи точносттана работнитепараметри накрайнотоизделие. Визследваниятпример това саразположениетона остана роторанаелектродвигателя, а също иработоспособността на зъбната двойка.Сумарните деформации след изстиванетонателатасапоказанинаФиг..7.18.7.2. Деформации в предварителноопределени точки от присъединителнатаповърхнина

Поради сравнително голямата площ наприсъединителната повърхнина къмредуктора,саопределени8контролниточки,в които се следят деформациите. Те садефинирани предварително в модела, коетопозволява да се отчетат точните стойностиповсичкиоси.Деформациитевтезиточкипооси X,Y и Z са дадени в таблица 7.2 отПриложение7.1.

Фиг.7.11Схемазапресмятаненатемпературнаасиметрия

Фиг.7.18СумарнидеформациинаТяло2100(3Dизглед) 7

8

1

6

5

4

3

2

X

Y

Фиг. 7.24 Контролни точки отприсъединителната(интерфейсна)повърхнина

29

Фиг.7.25ДеформациипоосXзаконтролнитеточкиповарианти

Фиг.7.26ДеформациипоосYзаконтролнитеточкиповарианти7.3. ДеформациивпредварителноопределениточкиотсеченияА‐АиB‐B

Предвиден е контрол на деформациите в две сечения кореспондиращи сположението на статорния пакет. Точките са подбрани в зоните на контакт междудвата детайла. Целтае деформациите дабъдат минималнитъй, катоосигуряването нанеобходиматастегнатост екритично зафункционирането нацялотоизделие.

Деформациите втезиточкипоосиX,Yи Z са даденисъответно в таблица7.4 и таблица 7.5. отПриложение12.1.

Фиг.7.33ДеформациипоосXзаконтролнитеточкиповарианти

АА

B B

2

1

3

4

5

6

8

7 B-B

2 1

3

4

5 6

8 7

А-А

XY

Фиг.7.32КонтролниточкиотсеченияА‐АиB‐B

30

7.4. ИзводикъмглаваVII От направеното сравнително изследване на запълването и деформациите на

характерна форма от практиката на производството на електроинструменти ‐ъглошлифовъчни машини и 3 вариантни конструкции на локалната геометрия нателатасизползваненаразработенитеметодологияиподходзаопределяненаначалнаточканаинжектиранеиобщипрепоръкизаоформяненаелементитенатялотомогатдасенаправятследнитеповажниизводи:

Всички3моделасезапълватуспешно,откоетоможедасезаключиследното: ФоматанаизследванототялоекоректноотнесенакъмтиповвидQIIIотоценъчната

таблица,Табл.6.3; Избранотомястонапълненевт.„А“,кактоепрепоръчановтабл.6.3давамногодобри

условия на пълнене, което валидира приложимостта на предложената „Оценъчнатаблица“.

Потоцитеназапълваненавсичкителасаравномерни,(Фиг.7.5,Фиг.7.6иФиг.7.7),откоетосъщоследва,чемястотонаинжектиранееизбраноподходящо,отгледнаточканаобщадеформациянатялото,съгласнооценъчнататаблица,Табл.6.3;

Откартинатанаразпределениетонаналяганетосепотвръждава,че занитоеднооттелата не следва опасност отнедозапълваненаформата.

На базата на тези изводиобосновано е избран е вариант2400;

След реалното му изработване(Фиг.7.39)еустановеноимного‐добро съвпадение нарезултатите от симулациите итези от реално измеренитедеформации в съответнитеточки.Подробните резултати за

контролните точки, както исканиранпротоколотизмерваненаготовиятдетайлсапоказанивПриложение7.1.

8. ПРИНOСИ

8.1. Научно‐приложниприноси1. Разработена е методология при концепиране и формооизграждане на пластмасови

детайли в средата на 3D моделиер с максимално използване на вградените му функции. 2. Чрез практически реализации е установено, че трансферът към модула за симулация е

свързан с опасности от загуба на геометрични елементи и е необходимо да бъде валидиран и осъществяван в неутрален формат.

3. Предложен е подход и методология на вътрешна организация на проектантския процес за най-ранно интегриране на симулацията на процеса на запълване при шприцване при изграждане на геометрията на детайли от пластмаса.

4. Анализирани са основните фактори, определящи процеса на запълване и са дефинирани четирите основни елемента, определящи качеството - топология и геометрична структура на детайла, концепция и конструкция на формообразуващия инструмент и основни технологични параметри на процеса.

5. Предложени са два интегрални критерия за оценяване на решения при вариантно изграждане: сигурност на запълването и време за запълване при оценка на вероятността от поява на дефекти.

6. Изведени са обобщени правила, чрез следването на които е възможно да се намери сравнително бързо началното положение на точката на инжектиране за определени характерни детайли и типово оребряване.

Фиг.7.39Готовоизделие

31

7. Предложена е интегрална оценъчна таблица в помощ на проектанта за бърза оценка чрез аналогия с типопредставителни форми при технологична верификация на топологията и структурата (конфигурация, стени ребра и място на инжектиране) в етапа на проектиране на детайла.

8.2. Приложни приноси

1. Систематизирни са основните видове дефекти от практиката при запълване на шприцформите, възможните причини за тяхното възникване и са посочени факторите, имащи влияние върху тези дефекти, като възможен начин за въздействие.

2. Потвърдено е чрез симулации и по опитен път, че локацията на точката на инжектиране е от много важно значение за запълването и трябва да се определи още при изграждане на детайла като директна функция от геометрията на ребрата при всяка характерна форма и обратно.

3. Доказано е, че повърхнините на делене при отваряне на инструмента е необходимо да бъдат дефинирани максимално рано, поради това, че предопределят цялостната концепция на структурата на детайла - ребра, наклони, посоки на разполагане на геометричните елементи.

4. Структура на детайла е изключително важен елемент от възможността да бъде произведен той качественно, като оптимизацията на дебелината на стените и правилното оребряване в голяма степен може да ограничи загубите и значително да повиши якостта, едновременно с това оребряването може да доведе до влошаване на запълването.

5. Доказано е същественото влияние на местата на разполагане на системата за освобождаване върху точността на детайла.

6. С помощта на пример е валидиран предложеният подход и методология за използване на виртуалните прототипи за оптимизиране структурата на шприцванитте изделия още в етапа на проектирането им.

7. Резултатите от симулациите дават много точни оценки относно деформациите в детайла и са приложими при оптимизацията на дизайна, както на детайла така и на инструмента.

9. ПУБЛИКАЦИИПОДИСЕРТАЦИЯТА

1. TodorovN.,G.Todorov,B.Romanov,SimulationofPlasticInjectionMoldFillingtotheInjection Point Allocation and Rib Design Generalized Rules Definition, COMA‐04Internationa Conference on CompetitveManufacturing, 04‐06.02.2004, University ofStellenbosch,SouthAfrica,стр.143‐148

2. ТодоровГ.,М.Койчев,Б.Романов.Възможностиза симулираненазапълванетона шприцформи на сложни корпусни детайли, сп. “CAD/CAM/CAE Дайджест”,1/2009,стр.6‐13.

3. Тодоров, Г., Романов, Б., Коюмджиян, А. Симулацията на запълването катоосновна част от виртуалния прототип на пластмасовите изделия произведеничрез шприцване. Сборник доклади на МНК 65 години МТФ, 13‐16 септември,2010,Созопол,България,с.195‐200.

4. Todorov G., Romanov, B., Kamberov, K., Stoev, Sv., Drop test of electronic device byvirtual prototype simulation, Proceedings in Manufacturing Systems, vol. 3, issue3,Bucharest,Romania,2012,pp.78‐83

5. ТодоровГ.,Б.Романов,Б.Врабевски,Я.Софронов.Възможностизаизбягваненадеформацииворебренидетайличрезоптимизациянагеометричнатаструктура,XIIНКпотеоретичнаиприложнамеханика„Днинамеханиката“,Варна,Сборникдоклади„Механиканамашините“,ГодинаXXII,Книга3,ISSN0861‐9727,2014,ТУ‐Варна

6. Романов, Б. Оптимизация на технологичните параметри при запълване натънкостенни полимерни детайли. Сборник доклади наМНК „70 годиниМТФ“,11‐13септември,2015,Созопол,България,стр.369‐376

32

RELEVANCEOFTHEPROBLEM

Theuseofplasticproductsiscontinuouslyincreasing,overthelastdecade,undertheconstant market pressure for better quality products at lower prices. Thispredeterminesthe increasinglywidespreaduseofmethodsandtools tooptimizetheprocessofcomponentsdesign,toolsformanufacturingpreparationandsettingupandmaintainingtheprocessparameters.Asaresult,thedesignprocessofcomplexplasticpartsbecameamajorissue.Itdeterminestheactiveuseofcomputertechnologyasapowerfultooltoacceleratethedevelopmentprocess,especiallyasatoolformodelingand analysis of the product shape by virtual prototyping methods. It is in directrelation to production technology and the opportunities for improving quality andreducingcosts.

SCIENTIFICDEVELOPMENTS

Amethodologicalconsistencywasdeveloped,appliedinconceptanddesignofplasticparts in 3D modeler environment. An approach and methodology of the internalorganization of the design process are proposed that allows earliest integration ofsimulationintheprocessofmouldfillingduringthegeometrydesignofplasticparts.Two integrated criteria are also proposed for evaluating the variant solutions indesign,confidenceoffillandfillingtimeforassessingthepossibledefects.Summarizedrulesarecomposedastoallowquicklytochoosestartingpositionoftheinjectionpointto certain specific details and rib configurations. An integral evaluative table isproposedthat iscomposedanalogically tostandartizedtechnologyverification formsin topology and geometric structure (configuration, walls, ribs and site) of theworkpiece. It is usefull for rapid assessment at concept stage and to determine thepositionoftheinjectionpointatdesignstage.

PRACTICALAPPLICABILITY

Possiblereasonsfordefectsoccurrence(basedonpracticalstudies)aresystematizedintypesandcategories.Alistoffactorsisgeneratedastodefineforeachthepossibleimpactonthesedefects–againelaboratedonpracticalcasestudiesbasis.Thelocationoftheinjectionpointisfoundtobeveryimportantforfillinganditsevaluationattheinitial design stageof theproduct is confirmed tobe veryuseful by simulations andexperiments.Thisvirtualprototypingbasedapproachandmethodology (tooptimizethegeometricalstructureofmouldedproducts)hasbeenvalidatedonabasisofrealindustrialprojectbasis–aproductofSPARKYAD.Anotherapprobationiscarriedoutby an example of the automotive industry. It proves that the simulations give veryprecise and detailed evaluation on deformations and are useful in optimizing thedesignofthepartaswellasthemould.