Программные продукты для моделирования литья пластмасс с использованием численных методов (компьютерный анализ) получили широкое распространение в качестве инструмента при решении практических задач инструментального и литьевого производства. Компьютерный анализ позволяет еще до изготовления пресс­формы оценить влияние конструкции литьевого изделия и пресс­формы, а также характеристик литьевого оборудования на особенности технологического поведения полимерного материала, спрогнозировать и предотвратить возникновение проблем, связанных с появлением дефектов изделий, длительностью цикла литья и др.

Современный компьютерный анализ литья пластмасс предусматривает использование разнообразных программных средств, упрощающих подготовку модели литьевого изделия и пресс­формы, сбор данных, управление расчетами, вывод результатов и формирование отчетов. Однако пока не существует методов, позволяющих автоматически найти оптимальное решение конкретной задачи [1], что обусловлено большим количеством влияющих на результат факторов из­за высокой сложности этого технологического процесса и многообразия конструкций.

Эффективность полученного в ходе компьютерного анализа решения напрямую зависит от учета особенностей методов моделирования процесса, условий выполнения расчетов и функциональных возможностей программного продукта. Рассмотрим принципы эффективного использования компьютерного анализа литья термопластичных материалов на примере продуктов Autodesk Moldflow Adviser 2012 и Autodesk Moldflow Insight 2012.

Выбор метода анализа и подготовка модели отливки

При выполнении расчетов процесса литья термопластов в продуктах Autodesk Moldflow 2012 пользователь имеет возможность применять различные методы (технологии) анализа: 2,5D­анализ на сетке из треугольных элементов, построенной на «средней линии» литьевой полости (Midplane), 2,5D­анализ на поверхностной сетке из треугольных элементов, построенной на оболочке твердотельной модели (Dual­Domain), а также 3D­анализ на сетке из тетраэдрических элементов.

 

В 2,5D­методах применяется комбинация конечно­элементной и конечно­разностной схем на основе модели Хеле­Шоу (Hele­Shaw), описывающей процесс двумерного послойного течения (нет течения в направлении толщины элемента), тогда как в 3D­анализе моделируется трехмерное течение расплава полимерного материала.

Каждый из методов имеет свои преимущества и недостатки [2], поэтому выбор оптимального зависит от конструктивных особенностей литьевого изделия и решаемой задачи. В частности, 3D­анализ больше подходит для расчета изделий с относительно большими толщинами стенок (рис. 1), тогда как для сравнительно тонкостенных изделий обычно используются 2,5D­методы.Требования применяемого метода моделирования должны учитываться при подготовке модели изделия. Например, при использовании метода Dual­Domain автоматически выполняется процедура синхронизации потоков. Продукты Autodesk Moldflow Insight 2012 позволяют построить специальную сетку, содержащую «спаренные» узлы на противоположных поверхностях стенки изделия, что упрощает синхронизацию потоков. Если в каких­либо областях модели синхронизация потоков оказывается невозможной (обычно это обусловлено геометрией изделия), то происходит искажение картины растекания расплава, возрастает ошибка прогнозирования потерь давления при впрыске и других характеристик процесса литья.

ris1

Рис. 1. Результаты 3D-расчета процесса заполнения для двухместной отливки: а — положение фронта расплава в заданный момент времени с начала впрыска; б — распределение температуры полимерного материала в сечениях изделия по окончании заполнения.