Kompiuterinio projektavimo (CAD) ir modeliavimo vaidmuo šiuolaikiniame injekcinės formos projektavime

Nuo rankinio braižymo iki pažangaus 3D CAD injekcinio formavimo formų projektavime

Perejimas nuo rankinio braižymo prie skaitmeninio, CAD pagrįsto dizaino

Atsitraukiant nuo senoviško rankinio braižymo į skaitmenines CAD sistemas pasikeitė mūsų požiūris į injekcinio formavimo formų projektavimą, nes tai sumažino erzinančias klaidas, atsirandančias interpretuojant plokščius 2D brėžinius. Tais laikais, kai visi dar naudojo pieštukus ir linijuotes, inžinieriai leisdavo kone amžinybę taisydami įvairias matmenų klaidas rankiniu būdu parengtuose planuose. Kalbame apie 12–18 procentų prototipų, kurie buvo neteisingi dėl šių klaidų, pagal „Protoshops Inc.“ duomenis iš 2023 metų. Dabar naudojant parametrinę CAD programinę įrangą, dizaineriai gali bendradarbiauti su įrankių gamintojais realiu laiku keičiant projektus. Tai sumažina daugkartinį tarpusavio derinimą maždaug dviejų trečdalių dalimi ir išlaiko tikslumą ±0,02 milimetro tikslumu, kaip nurodyta „Darter“ pranešime praėjusiais metais.

CAD/CAM programinės įrangos integracija į formų projektavimo darbo eigą

Be siūlių CAD/CAM integracija leidžia tiesiogiai generuoti įrankio kelią iš 3D modelių, kas ypač svarbu formoms su konforminiais aušinimo kanalais ar mikroelementais. Ši tarpusavio suderinamumas pašalina klaidas rankiniame koordinačių vertime, pagerindama apdirbimo tikslumą 38 % sudėtingoms geometrijoms, tokioms kaip slydimo šerdys ir kėlimo sistemos.

Pažangos injekcinio formavimo 3D CAD modeliavime

Šiuolaikinės CAD platformos sprendžia pagrindines injekcinio formavimo problemas naudodamos pažangias funkcijas:

• Topologijos optimizavimas : Automatiškai sustiprina aukšto apkrovimo zonas, tuo pačiu mažindamas medžiagos sunaudojimą
• Ištraukos kampo analizė : Užtikrina ±1° toleranciją, kad būtų užtikrintas švarus detalės išstūmimas
• Sąveikos aptikimas : Nustato susidūrimus tarp šerdies ir kamerų komponentų daugiaplokštėse formose

Šios priemonės suteikia dizaineriams galimybę išspręsti gamybos konfliktus dar nepereinant prie fizinės įrangos.

Parametrinio modeliavimo poveikis dizaino iteracijoms

Parametriniai CAD sistemos leidžia keisti vieną parametrą, kuris automatiškai atnaujina visus susijusius komponentus. Pavyzdžiui, sienelės storio keitimas iš 2,5 mm į 3 mm nedelsiant modifikuoja gretimus ribos struktūros elementus ir aušinimo kanalų poslinkius – užduotys, kurios anksčiau senose darbo eigose reikalavo 8–10 valandų rankinio perdarymo.

Simuliavimo technologijos formos defektų numatymui ir prevencijai

Formos srauto analizė: išlinkimo, įdubų ir pildymo defektų numatymas

Šiuolaikinės simuliacijos programinės įrangos projektuojant formes pašalina visą spėlionę, nes ji gali numatyti polimerų elgseną su apie 93 % tikslumu, remiantis praeitos sausosios metų Žarnelinio liejimo instituto ataskaita. Atlikdami liejimo formoje srauto analizę, iš esmės kompiuteriniu būdu stebime, kaip karštas plastikas pateka į formos ertmę. Tai leidžia mums aptikti problemas dar iki jų iškylančių, pavyzdžiui, išlinkimus dėl nenuoseklių aušinimo greičių arba tuos erzinančius įspaudus, kurie atsiranda dėl nepakankamo slėgio užpildant. Paimkime pavyzdį iš 2022 metų vienoje gamykloje, kur inžinieriai pasikeitė liejimo angų vietą, remdamiesi simuliacijos rezultatais. Rezultatas? Išlinkimų problema sumažėjo beveik du kartus – konkrečiai, automobilių komponentų gamyboje sumažėjo 41 %.

Tikslumo didinimas naudojant Moldflow ir CFD polimerų srauto simuliacijoje

Pažangus modeliavimas sujungia baigtinių elementų analizę (FEA) su skaitmenine skysčių dinamika (CFD), kad būtų galima modeliuoti sudėtingas sąveikas injekcijos metu. Šis palyginimas pabrėžia našumo patobulinimus:

Ši integracija leidžia inžinieriams optimizuoti medžiagos pasiskirstymą, atsižvelgiant į šilumą, sukeliamą traukos jėgos, ir klampumo pokyčius per lydymo frontą.

CFD taikymas užpildymo ir darymo etapų modeliavime

CFD modeliavimas nustato slėgio gradientus injekcijos metu, nustatant rizikas, tokias kaip nepilnas užpildymas ar orų užtrappingas. Analizuojant lydymo fronto judėjimo greitį, konstruktorius gali koreguoti kanalų skersmenis, kad srauto greitis būtų žemiau 0,8 m/s – slenksčio, virš kurio daugumos termoplastikų tekėjimas tampa turbulentus, – užtikrinant tolygų užpildymą ir mažinant defektų susidarymą.

Aušinimo kanalų optimizavimas naudojant šiluminį modeliavimą

Termaliniai modeliavimai sumažina ciklo trukmę 18–22 % dėl strategiškai išdėstytų aušinimo kanalų. 3D spausdinimu pagrįsti konforminiai aušinimo dizainai pasiekia temperatūros vientisumą ±2 °C visoje formos paviršiuje, mažindami diferencialinį susitraukimą aukštos tikslumo detalėse.

Gamybai tinkamo dizaino (DFM) taikymas naudojant CAD ir modeliavimą

Šiuolaikinis injekcinio formavimo formos projektavimas panaudoja CAD ir modeliavimą, kad įgyvendintų gamybai tinkamo dizaino (DFM) principus nuo koncepcijos iki gamybos etapo. Šių technologijų integravimas ankstyvame etape suderina detalės geometriją su gamybos apribojimais, vėlyvųjo etapo dizaino pakeitimus sumažindamas 35–50 % lyginant su tradiciniais metodais (Gamybos inžinierių draugija, 2023).

DFM principų taikymas ankstyvuoju injekcinio formavimo formos projektavimo etapu

Vadovaujančios gamyklos atlieka tarpfunkcines DFM apžvalgas, naudodamos bendrinamus CAD modelius, kurie leidžia dizaino ir gamybos komandoms dirbti kartu realiu laiku. Tyrimai rodo, kad bendrinant CAD failus per bendradarbiavimo metu vykstančias dizaino apžvalgas, prieš pradedant įrankių gamybą, nustatoma 62 % potencialių gamybos problemų. Toks proaktyvus požiūris optimizuoja:

• Sienelių storio vientisumą
• Ištraukos kampo atitiktį
• Įleidimo vietos realizuojamumą

Virtualų testavimą ir DFM patvirtinimą naudojant integruotas imitacijas

Integruotos imitacijų programinės įrangos leidžia vienu metu patikrinti konstrukcijos vientisumą, formos užpildymo elgseną ir aušinimo efektyvumą. Inžinieriai, naudojantys integruotus DFM patvirtinimo darbo eigų procesus, praneša apie 40 % greitesnį deformacijų susijusių dizaino konfliktų sprendimą. Pagrindiniai rezultatai apima:

Prototipavimo sąnaudų mažinimas naudojant modeliavimu paremtą projektavimą

Keisdami fizinius bandymus virtualiais kartojimais, gamintojai sumažino prototipavimo sąnaudas 30–60 %, tuo pačiu padidindami pirmojo gaminio sėkmingumo rodiklius. Automobilių pramonės tiekėjai pasiekė 78 % mažesnį reikalavimą keisti prototipinius įrankius dėka modeliavimu patvirtintų DFM koregavimų rėbų schemose ir liejimo sistemose.

Liejančiųjų angų ir kanalų sistemų optimizavimas naudojant modeliavimo duomenis

Išplėstinis modeliavimas subalansuotoms liejančiųjų angų ir kanalų išdėstymui

Tokios priemonės kaip Moldflow padeda pagerinti kanalų projektavimą, atsižvelgiant į polimerų storį, tai, kas vyksta, kai jie verčiami pro siaurus tarpus, bei slėgio kaupimosi vietas. Gauti šią informaciją inžinieriai gali reguliuoti kanalų dydį iki maždaug pusės milimetro ir nustatyti geriausias užpildymo angas, kad būtų išvengta problemų, tokių kaip nepilnas užpildymas ar per stipriai suspaustos detalės. Pagal paskutinių metų Ponemon Institute paskelbtus tyrimus, naudojant modeliavimą formos išdėstymui planuoti, atliekų kiekis sumažėja apie dvi trečiąsias. Be to, iš skirtingų formos dalių gaunamos detalės išlieka gan nuoseklios pagal dydį, nesiskirdamos daugiau nei 1,5 procento viena nuo kitos.

Pildymo schemų ir slėgio pasiskirstymo subalansavimas naudojant liejimo formos srauto modeliavimą

Formos tekėjimo analizė aptinka asimetrinį pripildymą, kurį sukelia nenuoseklių kanalų skersinių pjūvių ar vartų matmenys. Programinė įranga atvaizduoja šlyje atsirandančias temperatūros svyravimus (±15 °C), dėl kurių atsiranda suvirinimo linijos ir įdubimai, leisdama konstruktoriams tobulinti išdėstymą, kol slėgio skirtumai lieka žemiau 5 MPa. Toks tikslumas sumažina prototipų perdarinėjimus 35 % (ASME 2022).

Atvejo studija: išlinkimo mažinimas perdirbant tiekimo kanalų sistemą

Automobilių komponentų projektas 2022 m. pasiekė 40 % mažesnį išlinkimą, trapezines formas pakeitus tinkamoms aušinimo optimizacijai pritaikytomis geometrijomis. Po modeliavimo rezultatai parodė reikšmingus patobulinimus:

Perprojektavimas leido sutaupyti 280 000 JAV dolerių per metus gamybos išlaidose (The Madison Group, 2023).

Atsirandantys pokyčiai: dirbtinio intelekto siūlomos išdėstymo rekomendacijos integruojant CAD/CAM sistemas

Mašininio mokymosi algoritmai dabar analizuoja istorinius formų našumo duomenis, kad rekomenduotų optimalius liejimo kanalų ir karų konfigūracijas, pritaikytas ciklo trukmei, medžiagos sunaudojimui ar detalės stiprumui. Vienas automobilių tiekėjas pranešė, kad naudodamas dirbtinio intelekto įrankius, automatiškai išlyginančius daugiakamerių formas pagal tikro laiko žaliavų analitiką, paspartino projektavimo ciklą 22 % (JEC Composites 2023).

Integruoti CAD/CAM/simuliavimo darbo procesai ir ilgalaikis grąžinimas iš investicijų

Sklandus duomenų perdavimas tarp CAD, simuliavimo ir CAM sistemų

Šiandienos formos projektavimas labai priklauso nuo skaitmeninių sistemų, kurios sujungia CAD, simuliacijos programinę įrangą ir CAM įrankius vienoje vietoje. Kai įmonės liaujasi kovoti su varginančiomis failų konvertavimo problemomis, dėl kurių, pagal praeitų metų ASME tyrimus, buvo atsiradę apie 23 % gamybos užlaikymų, jų prototipavimo laikas sutrumpėja nuo 40 % iki net beveik dviejų trečdalių. Dėka fono vykstančio realaus laiko sinchronizavimo, pokyčiai aušinimo kanaluose per simuliacijas tiesiogiai perduodami į CAM įrankių trajektorijas. Tai reiškia, kad technikai gali tiksliau nei anksčiau apdoroti sudėtingas dalis, tokias kaip konforminės aušinimo schemos.

Uždarasis grįžtamasis ryšys: nuo simuliacijos rezultatų iki CAD patobulinimo

Kai kurios geriausios programinės įrangos kompanijos dabar integruoja simuliacijos duomenis tiesiogiai į savo CAD programas, dėl ko susidaro tokio tipo grįžtamojo ryšio ciklas, kai projektavimas laikui bėgant tobulėja. Paimkime, pavyzdžiui, formos tekėjimo analizę, kuri numato, kaip detalės gamybos metu gali iškrypti. Sistema tuomet automatiškai koreguoja šiuos nuolydžius 3D modelyje, kad tai kompensuotų. Praėjusiais metais paskelbtas ataskaita taip pat pateikė nemažai įspūdingų skaičių. Šie uždarieji ciklo tipų sistemos, regis, sumažina pakartotinio testavimo poreikį beveik dvigubai, apie 55 %, o medžiagų švaistymą – tarp 15–20 %. Tokio rezultato pasiekta protingai koreguojant liejimo vartų vietą pagal tai, ką simuliacijos prognozuoja dėl gamybos eigos.

Dideli pradiniai investicijų reikalavimai priešingai ilgalaikėms naudoms kompiuterinio formų projektavimo srityje

Nors integruotoms sistemoms reikia 60–80 % didesnių pradinių investicijų, jos atsipiršta per 18–24 mėnesius dėl sumažėjusio broko, greitesnių iteracijų ir pagreitėjusio išvedimo į rinką. Per penkerius metus gamintojai, naudojantys šiuos darbo procesus, praneša 34 % didesnį pelningumą dėl gerovesnio konstravimo tikslumo ir greitesnio reagavimo į rinkos poreikius.