Simulación de moldeo por inyección

Características

El análisis de moldeo por inyección es el análisis del comportamiento de llenado de la resina inyectada en un molde desde una máquina de moldeo por inyección.
Es un análisis común para productos plásticos en el diseño de productos y el diseño de especificaciones de moldes, y puede predecir patrones de flujo, distribución de presión de resina, distribución de temperatura de resina, ubicaciones de generación de líneas de soldadura, etc. Con base en los resultados obtenidos, es posible predecir si el moldeo es posible o no, y realizar estudios preliminares al fabricar moldes.

Ventajas y desventajas del análisis del moldeo por inyección — Fig. 1 Ventajas/desventajas del análisis del moldeo por inyección

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Detalles del análisis del moldeo por inyección

En el análisis de moldeo por inyección, el análisis de llenado y empaquetamiento y el análisis de deformación son simulaciones importantes en el proceso de moldeo por inyección.

Análisis de llenado y embalaje

El análisis de llenado y empaquetamiento es un análisis que simula cómo fluye la resina hacia el molde (proceso de llenado) y la etapa de empaquetamiento posterior (aplicando presión de retención para suprimir la contracción de la resina). En concreto, se centra en los siguientes puntos:

Análisis de llenado: Simula cómo se inyecta la resina y se llena la cavidad dentro del molde (el espacio que determina la forma del producto moldeado). Determina si el moldeo es posible o no y las condiciones óptimas de moldeo en función del flujo de resina, velocidad de flujo, distribución de temperatura, distribución de presión, etc.
Análisis de empaquetamiento: una vez completado el llenado, se simula el proceso de aplicación de presión de empaquetamiento para compensar el enfriamiento y la contracción de la resina. Verifique si hay marcas de hundimiento, huecos y pérdidas de material.
Análisis de refrigeración: simula el comportamiento de refrigeración dentro del molde debido a la conducción y transferencia de calor. Calcula la temperatura de la superficie del molde y la distribución de la temperatura de la resina, y considera el diseño del circuito de refrigeración y la temperatura del refrigerante. Puede combinarse con un análisis de llenado y empaquetamiento.

Presión en el cambio V/P — Fig. 2 Ejemplo de presión en el cambio V/P

Análisis de deformación

Además del análisis de llenado y empaquetamiento mencionado anteriormente, el análisis de deformación analiza la deformación que se produce durante el proceso de enfriamiento del producto moldeado. Simula la deformación y la deformación que se produce debido a la contracción desigual cuando la resina se enfría y se solidifica después del moldeo por inyección.

Análisis de deformación: predice la contracción y la deformación de los productos moldeados después de la liberación del molde en función de los resultados del análisis de llenado, empaquetado y enfriamiento. Las causas de la deformación se pueden clasificar en tres factores: diferencia de enfriamiento, diferencia de contracción y diferencia de orientación. Una vez que se identifica la causa, se pueden considerar soluciones como cambiar la posición de la compuerta o las condiciones de moldeo.

Deformación por deformación — Fig. 3 Ejemplo de deformación por urdimbre

Estudios de caso-1

Optimización de la posición de la puerta

Se modeló un cárter de aceite de una pieza de automóvil y se optimizó la posición de la compuerta para reducir la deformación por deformación de la brida. Se hizo fluir resina a lo largo de la brida para aumentar la orientación de la fibra y mejorar la rigidez. La comparación de la deformación por deformación obtenida a partir del análisis con la deformación por deformación real mostró una coincidencia cercana.

Para obtener más detalles, consulte el estudio de caso de CAE "Validación de la precisión del análisis de deformación".

Ejemplo de análisis de moldeo por inyección de cárter de aceite — Fig. 4 Validación de la posición óptima de la compuerta y precisión de la predicción de la deformación

Estudios de caso-2

Verificación de la precisión de la predicción de la "deformación" y la "orientación de la fibra de vidrio"

La precisión de la predicción de la deformación y la orientación de la fibra de vidrio se verificó utilizando un modelo (Fig. 3) que imita el miembro trasero de una pieza de automóvil. En esta verificación se utilizó LEONA™ 14G35 (PA66, GF35%). Las condiciones de moldeo reales se muestran en la Fig. 4. Estas condiciones también se introdujeron en el análisis de moldeo por inyección.
Al incorporar las condiciones de moldeo reales en el análisis, se puede realizar un mejor análisis.

Modelo utilizado — Fig. 5 Modelo de miembro trasero utilizado

Validación de precisión de la deformación

La deformación se evaluó utilizando el desplazamiento en la dirección del eje Z en las posiciones de medición del producto. Como se muestra en la Figura 5 (izquierda), se establecieron 20 posiciones de medición en la nervadura exterior y los puntos de anclaje necesarios para establecer el plano de referencia se establecieron en los números 6, 13 y 19. Los resultados del producto real se midieron utilizando un dispositivo de medición tridimensional. Para los resultados del análisis, se utilizó la salida de desplazamiento en la dirección Z de Moldflow de Autodesk para la comparación, como se muestra en la Figura 5 (derecha).

Posición de medición (izquierda) y resultado de salida de desplazamiento en dirección Z (derecha) — Fig. 7 Puntos de medición (izquierda) y resultado de salida del desplazamiento en dirección z (derecha)

La figura 6 muestra los resultados experimentales y los resultados del análisis en conjunto. La cantidad de desplazamiento coincide bien, lo que indica que el análisis pudo predecir la deformación real.

Fig. 8 Comparación entre resultados experimentales y analíticos

Validación de la precisión de la orientación de la fibra de vidrio

En el caso de las resinas reforzadas con fibra que contienen fibras de vidrio, como el material utilizado en esta verificación, la orientación de la fibra puede tener un impacto significativo en el rendimiento del producto, y es importante tener en cuenta esta orientación. Para conocer la información sobre la orientación de la fibra, el tensor de orientación de la fibra se obtiene mediante el análisis de moldeo por inyección. El tensor de orientación de la fibra se evaluó en una posición de medición establecida ligeramente por debajo del centro del producto (Fig. 7, izquierda).

Ejemplo de puntos de medición e imágenes transversales observadas con un microscopio óptico — Fig. 9 Puntos de medición e imagen transversal observada con un microscopio óptico
(Los números a la derecha de la imagen indican la posición de medición (%) en la dirección de profundidad de la sección transversal)

El tensor de orientación de la fibra es una distribución de probabilidad (0 a 1) de las orientaciones de la fibra; en Moldflow de Autodesk, el tensor de orientación de la fibra se evalúa en tres ejes: dirección del flujo, dirección ortogonal del flujo y dirección del espesor, que se denominan dirección a11, dirección a22 y dirección a33, respectivamente.
El valor real del tensor de orientación de la fibra se calculó a partir de la imagen de la sección transversal del producto en la posición de medición observada por microscopio óptico como se muestra en la Fig. 7 (derecha) utilizando un método original. En este caso, el tensor de orientación de la fibra se calculó dividiéndolo por 5% en la dirección del espesor del producto moldeado. Como se muestra en la Fig. 9, los valores medidos obtenidos (línea continua) y los valores analizados (línea discontinua) coinciden bien, lo que indica que el tensor de orientación de la fibra real podría predecirse mediante el análisis. Como se puede ver en la Fig. 7 (derecha) y la Fig. 9, hay más fibras de vidrio alineadas en la dirección del flujo (a11) en la superficie del producto moldeado (puntos de medición: 70-90%), mientras que en el centro (puntos de medición: 40-60%), hay más fibras de vidrio orientadas en la dirección ortogonal (a22), lo que indica una dispersión.