Используя Moldex3D, команда BME сократила время охлаждения на 80 %, уменьшила расход материала с 5 кг до нуля и снизила потребление энергии...
Резюме
При литье под давлением плохо сконструированные системы охлаждения вызывают неравномерное распределение температуры, увеличивая время охлаждения и коробление. Охлаждающие детали с острым углом в этом случае трудно реализовать должным образом. Оптимизация каналов охлаждения традиционно требует больших затрат и времени. С помощью Moldex3D команда BME может сэкономить деньги и время, а также сократить процессы оптимизации с меньшими ресурсами. Этот проект показал, как интеллектуальное литье может облегчить жизнь и сколько времени можно сэкономить в процессе оптимизации охлаждения. Группа протестировала 3 различных типа вкладышей пресс-формы (рис. 1) с различными конструкциями охлаждающих каналов (рис. 2), чтобы выбрать наилучшие комбинации (рис. 3) для сокращения времени цикла и коробления.
Рис. 1. Различные типы вкладышей пресс-формы.
Рис. 2 (а) Обычный и (б) конформный каналы охлаждения: (б1) двухгнездная форма, (б2) только одна полость
Рис. 3 Различные вкладыши кристаллизатора, использованные для экспериментов: (а) сталь Р20 с обычным охлаждением, (б) медь с обычным охлаждением, (в) МС1 с конформным охлаждением и (г) гибрид МС1 и меди с конформным охлаждением
Проблемы
- При традиционной форме охлаждающего канала трудно добиться надлежащего охлаждения крышной части.
- Неправильное охлаждение приводит к увеличению времени охлаждения, что приводит к увеличению затрат.
- Неравномерное охлаждение вызывает большую коробление.
- Традиционные методы оптимизации охлаждения являются ресурсоемкими.
Рис. 4. Результаты эксперимента: температура деталей в момент выдавливания, изготовленных с использованием DMLS (верхняя) и гибридной (нижняя) вставки пресс-формы через (а) 4 с (б) 5 с (в) 5,5 с и (г) время охлаждения 6 секунд
Решения
Исследователи протестировали 3 различных типа вкладышей пресс-формы с различными конструкциями охлаждающих каналов. С Moldex3D оптимизация охлаждения была быстрее, проще и требовала меньше ресурсов. Moldex3D также позволил команде визуализировать внутреннюю часть полости во время процесса; таким образом, они могли исследовать распределение температуры и эффективность охлаждения. С конформными охлаждающими каналами охлаждение происходит равномерно, а время цикла и деформация сокращаются (рис. 5-6).
Рис. 5. Изоповерхность детали при температуре эжекции (84°С) в моделировании: (а) t = 9,95 с (б) t = 10,95 с (в) t = 11,95 с и (г) t = 12,95 с после цикла начал
Рис. 6 Температура поверхности в результатах моделирования после открытия формы: (а) t = 0 с (б) t = 1,5 с (в) t = 3 с и (г) t = 4,5 с
Преимущества
Время оптимизации охлаждения сократилось на 80%.
Расход материала снизился с 5 кг до нуля.
Потребление энергии уменьшилось.
Деформация уменьшена на 30%
Время охлаждения уменьшено на 18%
Тематическое исследование
Этот проект должен был сравнить эффективность традиционных и «умных» конструкций каналов охлаждения. Команда BME провела проверку охлаждения и попыталась сократить время цикла и коробление.
Во-первых, они провели моделирование с исходными параметрами процесса. Форма детали была такой же после коробления, степень коробления была меньше в случае конформного охлаждения и больше в случае обычной вставки. Конструкция со вставкой P20 имела наименьшую деформацию, а гибридная вставка — наибольшую (рис. 7).
Рис. 7. Имитация коробления деталей, изготовленных с использованием (а) P20, (б) медных (в) DMLS и (г) гибридных вкладышей формы.
Команда измерила деформацию деталей с помощью оптической измерительной системы GOM, как показано на рис. 8. Деталь с медной вставкой деформировалась больше всего, в отличие от результатов моделирования, что могло быть вызвано более коротким временем охлаждения в реальности (рис. 9). Медная вставка очень быстро охлаждает оболочку, но сердцевина может оставаться более горячей, чем в другом случае, поэтому после выброса она больше всего деформируется.
Рис. 8 ГОМ АТОС
Рис. 9 Измеренная деформация деталей, изготовленных из (а) P20 (б) меди (в) DMLS (верхняя) и (г) гибридных вкладышей формы
Затем конструкции были проверены экспериментально. Результаты тестов умного и традиционного охлаждения оказались одинаковыми. В действительности, самое быстрое производство достигается с медной вставкой, но она имеет чрезвычайно большую коробление по сравнению с другими. Таким образом, вставка гибридной формы считается лучшей вставкой, поскольку она имеет наименьшую деформацию и самое короткое время цикла (рис. 10). Благодаря Moldex3D команда сократила время исследования на четверть и использовала меньше ресурсов.
Рис. 10 Сравнение результатов эксперимента и моделирования
Результаты
Используя Moldex3D, команда BME сократила время охлаждения на 80 %, снизила расход материала с 5 кг до нуля и уменьшила потребление энергии. После оптимизации охлаждения время охлаждения сократилось на 18 %, а коробление удалось снизить на 30 %.
