Барвинский И.А. 
ЗАО «СиСофт» (Москва)

Тезисы доклада на Международной конференции «Переработка полимеров: рынки, проблемы, возможности», Москва, 21 июня 2011 г.
   

     Современный компьютерный анализ литья пластмасс включает набор технологий моделирования процесса литья с использованием численных методов (конечных элементов, конечных разностей и прочих). Для проектируемого литьевого изделия и пресс-формы компьютерный анализ позволяет оценить технологичность конструкции и спрогнозировать возможные дефекты получаемых изделий с учетом особенностей технологического поведения марки полимерного материала, характеристик литьевого оборудования и других факторов. 
     Целями компьютерного анализа литья пластмасс являются: 
     - поиск эффективных, экономичных и реализуемых в условиях конкретного производства способов устранения прогнозируемых дефектов литьевого изделия при изменении технологического режима, конструкции изделия и оснастки, полимерного материала или литьевой машины; 
     - выбор робастных [1] конструкторско-технологических решений, повышающих устойчивость процесса к колебаниям свойств полимерного материала, режима работы литьевого оборудования, условий окружающей среды и др., а также устойчивость к погрешностям самого расчета;  
     - оптимизация конструкции с целью снижения себестоимости продукции. 
     Компьютерный анализ может также использоваться для выяснения причин брака и поиска способов его устранения, если проблемы с качеством изделий выявлены после изготовления пресс-формы. В этом случае задача анализа заключается в поиске методов устранения дефектов изделия при минимальных доработках пресс-формы. 
     В докладе рассмотрены особенности применения компьютерного анализа литья пластмасс для повышения качества литьевых изделий из термопластичных материалов на примере программных продуктов Autodesk Moldflow 2012. 
     Методология оценки процесса литья и прогнозирования дефектов с использованием компьютерного анализа принципиально не отличается от методологии с применением традиционных (технологических) подходов. В то же время компьютерный анализ имеет важные преимущества перед другими подходами, в частности он позволяет:
     - использовать альтернативные модели (включая модели высокого уровня) процесса литья, учитывающие важнейшие факторы, которые влияют на процесс производства изделий;
     - получать детальную информацию о реализуемых в форме условиях процесса (температуре, давлении, скорости течения расплава и др.) при заданном технологическом режиме;
     - применять обширные и регулярно обновляемые базы данных по свойствам марок полимерных материалов (база данных Autodesk Moldflow 2012 содержит более 8 тысяч марок полимерных материалов), хладагентам и литьевому оборудованию;
     - оперативно проводить вариантную оценку альтернативных конструкторско-технологических решений;
     - количественно оценивать влияние технологических и конструктивных факторов на процесс литья, выявляя наиболее значимые параметры;
     - использовать автоматизированные алгоритмы поиска и оптимизации решений.  
     Продукты Autodesk Moldflow 2012 включают автоматизированные алгоритмы прогнозирования недолива, положения спаев и мест запирания воздуха при заполнении пресс-формы. На основе расчета давления расплава в форме на стадиях впрыска и уплотнения можно оценить опасность возникновения облоя. Расчет температуры расплава в литниковых каналах и полости формы с учетом процесса охлаждения пресс-формы, а также диссипации тепла в расплаве при сдвиговом течении и адиабатическом сжатии, позволяет предотвратить термическую деструкцию полимерного материала в форме и появление связанных с этим дефектов (подгаров и др.). При этом, однако, должно учитываться уменьшение термической стабильности материалов при увеличении  времени пребывания расплава при высокой температуре. 
     Информация по реализуемому в форме скоростному режиму течения расплава при впрыске (скорости течения, скорости сдвига, скорости растяжения) и напряжениям сдвига дает возможность оценить опасность механодеструкции [2-3] и некоторых видов неустойчивого течения расплава [4]. 
     Моделирование деформации знаков и пуансонов под действием неравномерного распределения давления расплава в литьевой полости [5], позволяет оценить влияние этого явления на процесс литья и предотвратить связанные с данным явлением дефекты изделий (недолив, неравномерность толщины стенки и др.).
     При моделировании процесса уплотнения можно оценить объемную усадку полимерного материала,  спрогнозировать дефекты литьевых изделий, вызванные недоуплотнением, переуплотнением и неравномерным уплотнением полимерного материала в полости формы. Расчет времени впрыска и охлаждения позволяет оценить оптимальное время цикла и предотвратить дефекты изделий, возникающие при преждевременном извлечении отливки из формы.
     В продуктах Autodesk Moldflow 2012 имеется набор методов для прогнозирования коробления, линейной усадки термопластов, оценки линейных размеров литьевого изделия. Предусмотрен анализ с оценкой составляющих коробления, вызванных неравномерностью уплотнения, ориентации (полимера или жесткого волокнистого наполнителя) и  охлаждения пресс-формы.
     Автоматизированные методики прогнозирования дефектов, предположения о критических условиях (предельных состояниях), вызывающих потерю качества, а также представления о механизмах возникновения дефектов, применяемые в конкретной задаче, составляют модель качества [6].
     Важно учитывать, что на точность оценок процесса литья пластмасс в компьютерном анализе, оказывают влияние факторы, связанные как с особенностями поведения (механического, физико-химического и др.) марки полимерного материала и функционированием литьевого оборудования, так и с используемым методом моделирования [7]. В современном компьютерном анализе моделирование выполняется с использование сеточных методов. Для корректной оценки процесса и прогнозирования дефектов должно учитываться влияние сетки (которая представляет геометрическую модель изделия и пресс-формы) на результаты, при необходимости должна проводиться оптимизация сетки.
     Формирование дефектов литьевых изделий может проходить по сложным механизмам, обусловленным воздействием изменяющихся в ходе процесса силовых и тепловых полей, связанных с заданным режимом литья, конструкцией изделия и литниковой системы. Механизмы формирования некоторых дефектов и особенности их прогнозирования в компьютерном анализе рассмотрены в работах [4, 8-9]. При анализе причин брака должно учитываться, что визуально близкие дефекты могут быть результатом действия различных механизмов и, следовательно, для их устранения могут потребоваться различные подходы. 
     В докладе приведены примеры анализа причин брака с помощью программных продуктов Autodesk Moldflow 2012.

Литература

     1. Robust design methodology for reliability: Exproring the effects of variation and uncertainty / Ed. by B. Berman, J. de Mare, S. Loren, T. Svenson. John Wiley & Sons, 2009. 191 p.
     2. Serrano M., Little J., Chilcoat T. Critical shear rate for the injection molding of polycarbonate, polystyrene, and styrene acrylonitrile // 53^rd SPE ANTEC Tech. Papers. 1995. P. 357­365.
     3. Beaumont J.P., Nagel R., Sherman R. Successful injection molding: Process, design and simulation. Hanser, 2002. 362 p.
     4. Барвинский И.А., Барвинская И.Е. Проблемы литья под давлением изделий из ПМ: неустойчивое заполнение формы // Полимерные материалы. 2009. № 8. С. 14-21.
     5. Bakharev A., Fan Z., Costa F., Han S., Jin X., Kennedy P. Prediction of core shift effects using mold filling simulation // 62^nd SPE ANTEC Tech. Papers. 2004. P. 621-625.
     6. Lafleur P.G., Kamal M.R. Computer simulation of thermoplastic injection molding // Adv. Polymer Tech. 1981. V. 1. P. 8-13.
     7. Барвинский И., Барвинская И. Компьютерный анализ литья: Подходы и модели // Пластикс. 2009. № 3. С. 50-54; № 4. С. 63-66.
     8. Барвинский И.А., Барвинская И.Е. Проблемы литья под давлением изделий из ПМ: спаи // Полимерные материалы. 2009. № 7. С. 25-33.
     9. Барвинский И.А., Барвинская И.Е. Проблемы литья под давлением изделий из ПМ: недолив // Полимерные материалы. 2011. № 1. С. 42-46; № 2. С. 32-35.

Перепечатка публикаций сайта допускается только с 
разрешения авторов