Symulacja zaawansowanych układów chłodzenia form wtryskowych w Moldex3D
W celu uzyskania lepszej jakości oraz ograniczenia kosztów produkcji detali polimerowych regularnie wprowadzane są różne innowacyjne techniki związane z wtryskiem tworzyw polimerowych. Proces chłodzenia formy wtryskowej jest najbardziej istotnym czynnikiem wpływającym zarówno na jakość produktu, jak i na czas cyklu produkcyjnego. Dlatego też projektowanie jak najwydajniejszych układów chłodzących ma zawsze kluczowe znaczenie w konstrukcji formy wtryskowej. Wśród wielu dostępnych rozwiązań układów chłodzenia coraz większe znaczenie zdobywa chłodzenie konformalne.
Chłodzenie konformalne polega na zastosowaniu w formie kanałów chłodzących o kształcie dopasowanym do zarysu chłodzonego detalu (rys. 1). Zapewnia to równomierne odprowadzanie ciepła z wypraski i tym samym zwiększenie efektywności układu chłodzącego. Jest to szczególnie przydatne w przypadku produktów o skomplikowanej geometrii, w przypadku których standardowe, prostoliniowe kanały chłodzące nie są w stanie zapewnić równomiernego chłodzenia powierzchni detalu. Ponieważ czas chłodzenia stanowi największą część czasu cyklu, dążenie do optymalizacji funkcjonowania układu chłodzącego jest niezwykle ważna dla skrócenia czasu cyklu i obniżenia kosztów produkcji. Dobrze zaprojektowany układ chłodzący zapewnia także poprawę jakości produktów poprzez ograniczenie wielkości deformacji skurczowych, wynikających z nierównomiernego rozkładu temperatury oraz zmniejszenie liczby zatonięć tworzących się na powierzchni wypraski.
![Symulacja zaawansowanych układów chłodzenia form wtryskowych w programie Moldex3D 01 Przykłady konformalnych kanałów chłodzących w formie wtryskowej](https://gmsystem.pl/wp-content/uploads/1_conformal_examples.jpg)
Programy obliczeniowe CAE mogą skutecznie wspomagać projektowanie efektywnych układów chłodzących i wykrywać potencjalne problemy już na wczesnym etapie procesu projektowego. Moldex3D, profesjonalne oprogramowanie do symulacji procesu wtrysku tworzyw polimerowych, oferuje zaawansowane narzędzia do oceny poprawności i efektywności zaprojektowanego układu chłodzącego, w tym również konformalnego.
W Moldex3D możliwe jest wykonywanie symulacji procesu wtrysku w formach zawierających układ chłodzenia składający się nie tylko z prostoliniowych kanałów kołowo-symetrycznych, ale również posiadający kanały o dowolnym kształcie przekroju (rys. 2).
![Symulacja zaawansowanych układów chłodzenia form wtryskowych w programie Moldex3D 02 Definiowanie kanałów chłodzących prostoliniowych i konformalnych w Moldex3D eDesign](https://gmsystem.pl/wp-content/uploads/2_cooling_channel_edesign.jpg)
Najnowsza technologia obliczeniowa zastosowana w Moldex3D umożliwia przewidywanie zachowania cieczy płynącej we wszystkich typach kanałów chłodzących. Właściwości chłodziwa, takie jak ciśnienie, temperatura, prędkość i kierunek płynięcia mogą być przedstawiane w 3D wewnątrz kanałów (rys. 3).
![Symulacja zaawansowanych układów chłodzenia form wtryskowych w programie Moldex3D 03 Wizualizacja 3D rozkładu prędkości cieczy w konformalnym kanale chłodzącym](https://gmsystem.pl/wp-content/uploads/3_cooling_vector.jpg)
W Moldex3D wykonanie siatki elementów skończonych niezbędnej do przeprowadzenia symulacji procesu wtrysku, nawet w przypadku zastosowania w formie kanałów chłodzących o skomplikowanym kształcie, jest niezwykle łatwe. Wystarczy wprowadzić do programu modele 3D zaprojektowanych kanałów chłodzących (w formacie stl, step lub igs) i nadać im atrybuty kanałów chłodzących (rys. 4).
![Symulacja zaawansowanych układów chłodzenia form wtryskowych w programie Moldex3D 04 Definiowanie konformalnych kanałów chłodzących w Moldex3D Advanced](https://gmsystem.pl/wp-content/uploads/4_cooling_channel_solid_mesh.jpg)
W dalszych krokach każdemu zdefiniowanemu w ten sposób kanałowi chłodzącemu można przypisać odpowiednie parametry, takie jak rodzaj zastosowanej cieczy chłodzącej, jej temperaturę i natężenie przepływu (rys. 5). Określa się również pozostałe parametry związane z procesem chłodzenia, czyli materiał formy i wkładek formujących (jeśli zostały wykonane z innego materiału, np. brązu berylowego) oraz temperaturę formy.
![Symulacja zaawansowanych układów chłodzenia form wtryskowych w programie Moldex3D 05 Okno dialogowe definiowania parametrów cieczy chłodzącej](https://gmsystem.pl/wp-content/uploads/5_parametry_chłodzenia.jpg)
Po przeprowadzeniu kompletnej symulacji procesu wtrysku, w wynikach dotyczących fazy chłodzenia można odczytać informacje o czasie chłodzenia, rozkładzie temperatury (zarówno na powierzchni chłodzonego detalu jaki i w objętości formy), efektywności poszczególnych pętli chłodzących, zmianach temperatury i ciśnienia cieczy chłodzącej podczas przepływu przez kanały, rozkładzie prędkości oraz kierunkach przepływu strug cieczy chłodzącej wewnątrz kanałów. Na poniższej ilustracji (rys. 6) przedstawiono porównanie rozkładu temperatury wypraski i formy na dwóch różnych etapach fazy chłodzenia (po czasie 0,5s i 20s).
![Symulacja zaawansowanych układów chłodzenia form wtryskowych w programie Moldex3D 06 Symulacja zaawansowanych układów chłodzenia form wtryskowych w Moldex3D](https://gmsystem.pl/wp-content/uploads/6_cooling_compare.jpg)
Analiza wyników symulacji Moldex3D związanych z układem chłodzenia pozwala na:
- ocenę efektywności zaprojektowanego układu chłodzącego i jego poszczególnych kanałów chłodzących;
- wczesne wykrycie potencjalnych błędów projektowych;
- precyzyjne przewidywanie czasu chłodzenia;
- analizę rozkładu temperatury w wyprasce i w formie podczas chłodzenia;
- przewidywanie wymaganego natężenia przepływu chłodziwa dla zapewnienia zakładanego czasu cyklu;
- przewidywanie strat przepływowych w kanałach chłodzących;
- wykrywanie i zapobieganie zawirowaniom cieczy w kanałach o skomplikowanym kształcie;
- symulowanie 3D przepływu cieczy chłodzącej przez różnego rodzaju przegrody (rys. 7).
![Symulacja zaawansowanych układów chłodzenia form wtryskowych w programie Moldex3D 07](https://gmsystem.pl/wp-content/uploads/7_conformal-cooling-flow-length.png)
Symulacje komputerowe wykonywane przy użyciu Moldex3D umożliwiają również porównywanie różnych wariantów konstrukcyjnych układu chłodzenia. Na poniższej ilustracji przedstawiono porównanie skuteczności chodzenia układów z wykorzystaniem standardowych przegród oraz kanałów konformalnych.
![Symulacja zaawansowanych układów chłodzenia form wtryskowych w programie Moldex3D 08](https://gmsystem.pl/wp-content/uploads/8_cooling_compare.jpg)
Symulacje wtrysku z wykorzystaniem konformalnych układów chłodzących mogą być wykonywane zarówno w najbardziej zaawansowanym pakiecie oprogramowania Moldex3D Advance, jak i w najpopularniejszym pakiecie obliczeniowym Moldex3D eDesign. W tym drugim przypadku, dzięki dostępności modułów eDesignSYNC, możliwe jest przygotowanie analizy obejmującej chłodzenie konformalne bezpośrednio w środowisku systemu CAD (rys. 9), bez konieczności przenoszenia geometrii przy użyciu plików pośrednich. Rozwiązanie takie jest obecnie dostępne dla użytkowników programów Creo, NX i SolidWorks.
![Symulacja zaawansowanych układów chłodzenia form wtryskowych w programie Moldex3D 09](https://gmsystem.pl/wp-content/uploads/9_eDesignSYNC.jpg)