利用SIGMASOFT有效控制翘曲.pdf

182022/04通过 CT 扫描产品进行无损验证。专家们亲眼确定了该公司 5 台 CT扫描设备的验证过程，认为这是值得的。翘曲是可预测的如图 1 所示，生产一种用于将吊篮固定到滑轨上的夹子，为确保组装无问题，尺寸必须控制在严格的公差范围内。夹子由滑石粉充填的聚丙烯制成，具有高刚性和尺寸稳定性，采用16穴的热流道模具生产，所需的型芯块使模具冷却复杂化，如图 2 所示，该产品的几何形状极易出现翘曲。如果要避免耗时的模具迭代以及多次的试错过程，有必要利用模拟软件，真实再现成型过程，并在模具制作前优化模具。H a c h t e l 公司选择SIGMASOFT，因为 SIGMASOFT不仅考虑产品的几何形状，还考虑模具的所有组件以及完整的生产周期，包括所有的非生产时间。“对我们来说，虚拟成型不只意味着简单的模具模拟，简化的模具模型通常不足以预测产品内部的温度分布，以及由此产生的翘曲。”SIGMASOFT 公司首席技术官 Timo Gebauer 解释道，“这就是我们计算整模的原因，我们考虑影响模具热平衡的所有因素，并通过模拟多次生产循环来完成。此外，还要考虑加热阶段以及加工中断的过程。”为了尽可能准确地确定模温分布，还可以计算冷却介质在通道中的热交换，因为局部散热取决于冷却通道中的流动性能及其几何形状。在复杂的冷却系统中，利用 SIGMASOFT 有效控制翘曲借助SIGMASOFT模拟软件，F.&G.Hachtel公司第一次试模就生产出了尺寸合格的产品。文/本刊编译（原文来自SIGMA Engineering GmbH）“你这样想象：夹子脱模时是弯曲的，冷却后却变直了。”Georg Schlser 说道，“我们能够这样计算。”他满意地补充道，因为使用SIGMASOFT 事先分析了产品所需的收缩量，所以第一次试模就能交付出尺寸合格的产品。Georg Schllser 在 F.&G.Hachtel 公司（以下简称 Hachtel 公司）负责模拟和工艺开发工作，该家族企业不仅拥有自己的模具车间，还在产品和模具开发的整个过程中为其客户提供技术支持，包括从最初的想法到加工和成型的所有过程。该公司的目标不只是制造出可以直接使用的模具，还要确保能生产出满足客户需求的产品。为实现这一目标，Hachtel 公司以其制造 600 多套各式模具所积累的经验为基础，同时配合先进的技术，这足以表明为什么该公司的使命宣言是“我们懂技术”。为实现其雄心勃勃的目标，Hachtel 的工程人员必须要先了解与产品生产相关的所有工艺，并能够进行优化。这可以通过工艺模拟来实现：SIGMASOFT 支持对生产过程进行真实建模，在设计阶段就能深刻了解工艺制程，从而在开发初期可以采取必要的措施实现工艺优化。这种方法的价值可在产品开发的最后阶段图 1 该夹子用于将吊篮固定到滑轨上，因此尺寸精度对于装配至关重要图 2 热流道组件和滑块影响模具冷却，必须在模拟中予以考虑18-25 加工方案.indd 182022/10/10 15:50:05192022/04这对模具温度有很大的影响，应予以考虑。在传统的充填模拟中，不能识别出模具的积热区域SIGMASOFT 模 拟 60 分 钟的模具预热过程以及多个热循环。因为只有当模具达到热平衡的边界条件，才能与批量生产时实际机台的条件完全相同。在此过程中，模具的开合、滑块的运动以及分模线周边的热损失等都真实再现。热流道组件也能够被充分考虑进来，因为它会给模具带来大量的热量。在此基础上，SIGMASOFT详细计算最后一个生产循环中的充填，即料流在型腔中的传播。SIGMASOFT 模拟实际的模温分布，而不是假设的均匀模温。这一分析表明，预估的冷却水路是达不到需求的。因为型芯块会在一个又一个循环中不断升温，使得局部最高温度达到 70，而预估温度只有 20，如图 3 所示。很明显，这种模具积热会对产品的生产周期产生负面影响。同样地，通过简单的充填模拟也无法找到冷却过程中的薄弱环节。在第一次模拟结果的基础上，对冷却方案进行了优化。将每侧的两个小型芯组合成一个大的型芯块，这样就能够采用喷泉水路，冷却效果更佳，如图 4 所示，从而更有可能实现均匀的模温分布，如图 5 所示。现在的温度一直低于 58，采用新的冷却方案，有可能大大缩短周期。不仅如此，还提高了产品的尺寸精度。计算可靠的收缩余量使用 SIGMASOFT 可以计算产品的翘曲，如图 6 所示。软件在计算材料局部收缩时，考虑了模具内的实际温度以及产品的冷却过程，翘曲模拟包括产品在型腔内的约束冷却，以及顶出后的自然冷却。从这一项目的冷却过程可知：需要生产出弯曲的夹子，才能使夹子在完全冷却后达到所需的尺寸。“我们可以根据这个结果进行生产。”Georg Schlser说，“针对夹子的生产，我们使用 SIGMASOFT 确定模具的收缩量。通过这种方式，我们在第一次试模中就生产出质量合格的产品。”最后对第一批产品进行的CT 扫描也验证了模拟结果。由此，Hachtel 为调整型腔几何形状缩短了昂贵且耗时的迭代过程。总结采用 SIGMASOFT 对注射成型过程进行虚拟建模，提供了产品和模具中的真实温度。根据这些结果，能够可靠预测产品的翘曲。因此，迭代试验被转移到计算机中，这有助于在开发的所有阶段避免错误并节省资源，在计算机上只需几个小时就能完成迭代。通过这种方法，Hachtel 能够为夹子生产优化模具，且在第一次试模时就能生产出尺寸精确的产品。图 3 滑块上存在积热现象，其温度超过 70 图 5 温度分布对比：左边是原始的方案，滑块上有明显的积热；右边是优化后的水路，滑块温度均匀图 4 冷却方案对比：左边是原始的滑块和冷却通道，右边是优化后的滑块和喷泉水路图 6 产品的几何形状容易导致翘曲的发生(透明部分显示的是原始模型)18-25 加工方案.indd 192022/10/10 15:50:06