چگونه شبیه سازی جریان را انجام دهیم؟

چند سال پیش، تیم مهندسی ما با پروژه مسکن لوازم الکترونیک مصرفی به دیوار برخورد کرد. علائم سینک در نزدیکی ویژگی های boss مهم نیست که ما در طبقه مغازه چه کاری انجام دادیم. قالب قبلا بریده شده بود. این تجربه نحوه رویکرد ما به پروژه‌های جدید را تغییر داد-هر هندسه پیچیده اکنون قبل از سفارش فولاد از طریق شبیه‌سازی جریان می‌گذرد.

 آنچه که نرم افزار در واقع انجام می دهد

در هسته خود، شبیه‌سازی قالب‌گیری تزریقی معادلات دیفرانسیل جزئی جفت شده را حل می‌کند که جریان سیال غیر همدما و غیرنیوتنی را از طریق یک حفره سه بعدی- توصیف می‌کند. این نرم افزار میدان های فشار، توزیع دما، پروفیل های سرعت، نرخ های برشی و تنش های برشی را در طول مراحل پر کردن، بسته بندی و خنک سازی محاسبه می کند.

فاز پر کردن، چگونگی پیشروی پلیمر مذاب از دروازه از طریق حفره را مدل می کند. هنگامی که پلاستیک با دیواره قالب سرد تماس می گیرد، تقریباً فوراً یخ می زند و یک پوست جامد ایجاد می کند. بین این مرز منجمد و هسته مذاب در حال جریان، مولکول های پلیمر کشیده می شوند و در جهت جریان قرار می گیرند. این جهت در طول انجماد قفل می شود و از نظر خواص مکانیکی بسیار اهمیت دارد. شبیه‌سازی این را از طریق مدل‌سازی جریان فواره به تصویر می‌کشد، جایی که مواد در قسمت جلویی جریان به طور مداوم بر روی دیوارها رسوب می‌کنند در حالی که مذاب تازه از پشت به جلو رانده می‌شود.

شبیه‌سازی خنک‌کننده به آنچه معمولاً شصت تا هشتاد درصد کل زمان چرخه مصرف می‌کند، می‌پردازد. خنک کننده ناهموار باعث ایجاد انقباض دیفرانسیل می شود که مستقیماً باعث پیچ خوردگی می شود.

تجزیه و تحلیل بسته بندی پس از پر شدن حفره انجام می شود. با سرد شدن پلاستیک، مواد اضافی برای جبران انقباض حجمی مجبور می شوند. فشار-حجم-ویژگی های دمایی درجه پلیمری خاص تعیین می کند که چقدر جبران ممکن است. داده‌های pvT دقیق برای پیش‌بینی‌های انقباض معنی‌دار قابل مذاکره نیست.

 آماده سازی مدل (بیشتر از آنچه فکر می کنید طول می کشد)

پاکسازی هندسه معمولاً بیشتر از خود شبیه‌سازی طول می‌کشد. ویژگی های کوچک مانند متن حکاکی شده و مهرهای تاریخ به ندرت بر رفتار جریان تأثیر می گذارد اما پیچیدگی مش را به طور قابل توجهی افزایش می دهد. آنها را حذف کنید مگر اینکه از نظر ساختاری مهم باشند. ناپیوستگی‌های سطح و-لبه‌های چندگانه- را تعمیر کنید، این‌ها خرابی‌های مش‌بندی را ایجاد می‌کنند که زمان رفع اشکال را تلف می‌کند.

ما پروژه‌هایی را دیده‌ایم که در آن مهندسان روزها را صرف تجزیه و تحلیل بر روی هندسه قدیمی CAD می‌کردند، اما متوجه شدند که قسمت تولیدی دارای ضخامت دیواره‌های متفاوتی است. قبل از شروع هر تجزیه و تحلیل، تأیید کنید که نسخه انتشار فعلی را دارید و تأیید کنید که آیا جبران انقباض قبلاً اعمال شده است یا خیر.

 داده‌های مادی (بسیار حیاتی‌تر از آنچه که اکثر مردم تصور می‌کنند)

انتخاب مواد در نرم‌افزار شبیه‌سازی بیشتر از آن چیزی است که بسیاری از مهندسان تصور می‌کنند. پایگاه های داده اصلی شامل بیش از ده هزار درجه مشخص شده است، اما کیفیت داده ها به طور قابل توجهی متفاوت است. موادی که مستقیماً توسط تأمین‌کنندگان رزین با مشخصات رئولوژیکی کامل آزمایش می‌شوند، پیش‌بینی‌های قابل اعتمادتری نسبت به ورودی‌های عمومی تخمین زده‌شده از مقادیر محدود داده‌ها ارائه می‌دهند.

مدل‌های ویسکوزیته متقاطع-WLF به ضرایب دقیق نیاز دارند. پارامترهای حساسیت دما به ویژه بر پیش‌بینی‌های توسعه لایه منجمد و رفتار{2}}شات کوتاه تأثیر می‌گذارد. برای مواد نیمه کریستالی، سینتیک کریستالیزاسیون پیچیدگی می‌افزاید-سرعت و میزان تبلور به سرعت خنک‌شدن بستگی دارد، و تبلور هم بر انقباض و هم بر خواص مکانیکی تأثیر می‌گذارد.

 شرایط پردازش باید با واقعیت مطابقت داشته باشد

شرایط پردازش پیش‌فرض نقطه شروع هستند، نه توصیه. جنیفر اشمیت در مؤسسه قالب‌گیری تزریقی آمریکا علناً تأکید کرده است که تکیه بر پیش‌فرض‌های نرم‌افزار برای گزارش‌های نهایی یک اشتباه رایج است{1}}پیش‌فرض‌ها اغلب به جای شرایط معمولی (ptonline.com) افراطی‌های پنجره پردازش را نشان می‌دهند.

تنظیمات دمای مذاب باید منعکس کننده چیزی باشد که واقعاً از بشکه خارج می شود، نه تنظیمات کنترل کننده. پروفیل های سرعت تزریق باید تقریباً چیزی باشد که ماشین واقعاً می تواند ارائه دهد. ماشین‌های هیدرولیک ویژگی‌های پاسخ متفاوتی نسبت به همه ماشین‌های{2}}الکتریکی دارند. طرح‌بندی کانال خنک‌کننده باید با طراحی قالب واقعی مطابقت داشته باشد-بسیاری از تحلیل‌های سریع با پیکربندی‌های خنک‌کننده ساده‌شده اجرا می‌شوند، که دقت را تضعیف می‌کند.

 بیش از-به اعداد اعتماد نکنید

خروجی‌های شبیه‌سازی شامل توزیع فشار، نقشه‌های دما، خطوط زمان پر شدن، مکان‌های خط جوش، موقعیت‌های تله هوا و پیش‌بینی‌های تاب است. وسوسه این است که با اینها به عنوان پیش بینی های دقیق برخورد کنیم. آنها نیستند.

مکان های خط جوش و تله هوا به طور کلی برای هدایت کیفی قابل اعتماد هستند. اگر شبیه‌سازی نشان دهد که دو جبهه جریان در یک سطح آرایشی به هم می‌رسند، این یک نگرانی قانونی است که ارزش آن را از طریق جابجایی دروازه دارد.

پیش بینی فشار به تشخیص اینکه آیا قطعه با ظرفیت موجود دستگاه قابل پر شدن است یا خیر کمک می کند. فشارهای پیش‌بینی‌شده بسیار بالا نشان‌دهنده مشکلات بالقوه پر کردن است، اما اعداد مطلق را نباید به عنوان الزامات دقیق در نظر گرفت.

پیش‌بینی‌های Warpage سزاوار شک و تردید خاصی هستند. همانطور که محققان مستند کرده اند، شباهت بین نتایج شبیه سازی و تجربی به شدت به شرایط عملیاتی و کیفیت داده های مواد بستگی دارد (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). در تجربه ما، شبیه‌سازی در بیشتر مواقع جهت تاب و شدت نسبی را به درستی پیش‌بینی می‌کند، اما پیش‌بینی‌های ابعادی کمی نیاز به اعتبار دارند.

 شما هنوز به اعتبارسنجی فیزیکی نیاز دارید

اجرای شبیه سازی بدون اعتبار سنجی اعتماد کاذب ایجاد می کند.

مطالعات کوتاه{0}}تأیید بصری مستقیم پیشرفت پر شدن را ارائه می‌کند-مقایسه الگوهای پر شدن پیش‌بینی‌شده با نمونه‌های منجمد واقعی نشان می‌دهد که آیا فیزیک جریان به درستی ثبت شده است یا خیر. داده‌های مبدل فشار از قالب‌های ابزار دقیق امکان تأیید ردیابی فشار پیش‌بینی‌شده را فراهم می‌کند. اندازه‌گیری‌های ابعادی روی قطعات تولیدی، به‌ویژه داده‌های CMM در ویژگی‌های مستعد تاب خوردگی، ارتباط بین تغییر شکل پیش‌بینی‌شده و واقعی را ایجاد می‌کند.

هدف پیش بینی کامل نیست هدف، پیش‌بینی مفیدی است که تصمیمات بهتری را در مراحل اولیه ایجاد می‌کند.

آیا هر پروژه ای به این نیاز دارد؟

هر پروژه ای تلاش کامل شبیه سازی را توجیه نمی کند. هندسه های ساده با پنجره های پردازش سخاوتمندانه ممکن است با موفقیت تنها بر اساس تجربه شکل بگیرند. اما قطعات پیچیده با تلورانس‌های تنگ، دیوارهای نازک، دروازه‌های متعدد یا الزامات زیبایی‌شناسی تقریباً همیشه از تحلیل‌های اولیه سود می‌برند. هزینه یک مطالعه شبیه‌سازی کامل معمولاً با اجتناب از حتی یک بازبینی قالب جبران می‌شود.

مورد Mold Craft که شامل یک جزء نوک قیف پزشکی است، این نکته را نشان می‌دهد: یک قالب PEEK میکرو-با ضخامت دیواره فقط 0.015 اینچ، Cpk برابر با 1.33 را بدست آورد، به‌ویژه زیرا طراحی و پردازش آگاهانه شبیه‌سازی قبل از ساخت ابزار (mold-craft.com).

واقعاً چه زمانی باید آنالیز را اجرا کرد

هر چه شبیه سازی زودتر وارد فرآیند طراحی شود، ارزش بیشتری را ارائه می دهد. اجرای تجزیه و تحلیل پس از ابزارسازی، گزینه‌ها را برای بهینه‌سازی فرآیند محدود می‌کند. تجزیه و تحلیل در حال اجرا در طول طراحی قطعه، بهبودهای اساسی را امکان پذیر می کند: تنظیم ضخامت دیوار، جابجایی دروازه ها به مناطق غیر{2}}زیبایی، تغییر دنده ها برای کاهش تمایل به علامت سینک.

غذای آماده عملی