ชุด: พื้นฐานของการวิเคราะห์ CAE สำหรับการออกแบบผลิตภัณฑ์พลาสติก

ส่วนที่ 8  การประยุกต์กับการฉีดขึ้นรูปโดยใช้แก๊สช่วย

ในการจำลองการฉีดขึ้นรูปโดยใช้ CAE ฉบับนี้ เราจะแนะนำตัวอย่างการใช้งานกับการฉีดขึ้นรูปโดยใช้แก๊สช่วย

ガスインジェクション成形品

สารบัญ

1. การฉีดขึ้นรูปโดยใช้แก๊สช่วยคืออะไร?
2. สิ่งที่การจำลองแสดงให้เห็น
3. การออกแบบที่เหมาะสมที่สุดโดยใช้การจำลอง
4. ขั้นตอนการวิเคราะห์
5. สรุป

การฉีดขึ้นรูปโดยใช้แก๊สช่วยคืออะไร?

การฉีดขึ้นรูปโดยใช้แก๊สช่วยเป็น วิธีการฉีดขึ้นรูปแบบหนึ่ง โดยจะมีการฉีดแก๊สช่วย เช่น ไนโตรเจน ทันทีหลังจากฉีดเรซินเข้าไปในแม่พิมพ์ เพื่อเพิ่มแรงดันภายในของผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูป

ข้อดีของการฉีดขึ้นรูปด้วยแก๊สคือรองรับการไหลของชิ้นส่วนขึ้นรูปขนาดใหญ่ที่เรซินไหลได้ยาก เนื่องจากแรงดันภายในเพิ่มขึ้นจากแก๊ส จึงป้องกันการบิดเบี้ยวและรอยจม และความเสถียรของมิติของผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปได้รับการปรับปรุง นอกจากนี้ เนื่องจากมีการฉีดก๊าซอุณหภูมิต่ำ เวลาในการทำความเย็นจึงสั้นลง เว้นแต่ผลิตภัณฑ์จะมีผนังหนามาก ซึ่งช่วยลดรอบเวลา

การฉีดแก๊สจะสร้างโครงสร้างกลวงในผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูป ซึ่งจะช่วยลดปริมาณเรซินในผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูป ส่งผลให้น้ำหนักลดลงและลดต้นทุน อย่างไรก็ตาม ปริมาณเรซินที่ลดลงอาจทำให้ความทนทานและความแข็งแรงลดลง ต้องทำการทดสอบความแข็งแรงและความทนทานเพื่อยืนยันว่าผลิตภัณฑ์เป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพ

การฉีดขึ้นรูปโดยใช้แก๊สช่วยถูกคิดค้นโดย Asahi Kasei ในปี 1970 และเจริญรุ่งเรืองในปี 1990 เมื่อผู้ผลิตจากต่างประเทศเข้าสู่ตลาด มันถูกใช้ในการผลิตเฟรมสำหรับทีวีขนาดใหญ่และแผงสำหรับเครื่องปรับอากาศ แต่เนื่องจากผลิตภัณฑ์แม่พิมพ์ขนาดใหญ่ถูกย้ายไปผลิตในต่างประเทศ ความต้องการการฉีดขึ้นรูปด้วยแก๊สในประเทศจึงลดลง อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การใช้วิธีการขึ้นรูปนี้ได้รับความสนใจอีกครั้ง

สิ่งที่การจำลองแสดงให้เห็น

■ พฤติกรรมการไหลของเรซินและก๊าซ

ในการฉีดขึ้นรูปโดยใช้แก๊ส กระบวนการฉีดและเติมเรซินลงในแม่พิมพ์จะเหมือนกับการฉีดขึ้นรูปปกติ อย่างไรก็ตาม หลังจากนั้น กระบวนการขึ้นรูปเกี่ยวข้องกับการฉีดแก๊สและการหล่อเย็น แทนที่จะเป็นกระบวนการกักเก็บแรงดัน เราจำลองเส้นทางการไหลของเรซินและก๊าซผ่านแม่พิมพ์เพื่อตรวจสอบว่ามีการขึ้นรูปอย่างเหมาะสมหรือไม่

■ รูปทรงกลวง

โดยการฉีดแก๊สเข้าไปในผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูป ผลิตภัณฑ์จะกลวง เมื่อฉีดก๊าซเข้าไปในชิ้นส่วนที่มีผนังหนา เช่น ซี่โครง เราจะจำลองรูปร่างกลวง (รูปร่างผนังหนา) ที่จะก่อตัวขึ้น และยืนยันว่ารูปร่างกลวงนั้นจะเกิดขึ้นในตำแหน่งที่ออกแบบไว้

■ การบิดเบี้ยว

คุณลักษณะของการฉีดแก๊สคือเมื่อฉีดแก๊สเข้าไปในผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูป ความเค้นตกค้างจะลดลงเนื่องจากการระบายความร้อนที่เกิดจากก๊าซที่ไหลผ่านผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูป สิ่งนี้ช่วยเพิ่มความเสถียรของมิติการขึ้นรูปและลดการบิดเบี้ยว เราเปรียบเทียบและตรวจสอบระดับการปรับปรุงการบิดเบี้ยวผ่านการวิเคราะห์การบิดเบี้ยว

■ รอยจม

เช่นเดียวกับในกรณีของการบิดงอ การลดความเค้นตกค้างจะช่วยป้องกันรอยยุบ ทำการวิเคราะห์ sink mark และจำลองผลลัพธ์ที่ได้รับการปรับปรุง โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปขนาดใหญ่

การออกแบบที่เหมาะสมที่สุดโดยใช้การจำลอง

ในการฉีดขึ้นรูปโดยใช้แก๊ส ช่วย การจำลองผลกระทบของแก๊สสามารถช่วยสร้างการออกแบบที่มีประสิทธิภาพและเหมาะสมที่สุดมากขึ้น สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจกลไกการฉีดแก๊สและสะท้อนให้เห็นในการออกแบบ

■ ช่องแก๊ส

ช่องก๊าซเป็นเส้นทางการไหลของก๊าซ รูปร่างกลวงที่เกิดขึ้นในผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปได้รับผลกระทบจากช่องก๊าซนี้ ก๊าซไหลเข้าสู่ผนังบางของผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปอย่างไร วิธีที่ก๊าซไหลเข้าสู่พื้นที่ที่มีผนังบาง ความหนาของช่องก๊าซและผนังของผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปมีความเหมาะสมหรือไม่ และน้ำหนักของผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปมีความเหมาะสมหรือไม่ ล้วนได้รับการตรวจสอบและสะท้อนให้เห็นในการออกแบบ

■ ทางเข้าโพลีเมอร์และก๊าซ

ก๊าซมีแนวโน้มที่จะไหลจากบริเวณที่มีความกดอากาศสูงไปยังบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำ ช่องเติมก๊าซต้องอยู่ในตำแหน่งที่ก๊าซไหลเข้าสู่ผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปอย่างเหมาะสม และจุดสิ้นสุดของเส้นทางการไหลอยู่ที่แรงดันต่ำสุด ช่องเติมก๊าซอาจเป็นหัวฉีดหรือฉีดเข้าไปในรางหรือแม่พิมพ์โดยตรง

■ ระยะเวลาการไหลของก๊าซ

การฉีดแก๊สเริ่มต้นเมื่อสิ้นสุดการฉีดเรซิน แต่สามารถตั้งเวลาคงตัวได้หลังจากเติมเรซินแล้ว

■ สถานที่ระบายอากาศ

สามารถระบุตำแหน่งการระบายอากาศได้ที่ส่วนท้ายของช่องแก๊ส การระบายอากาศช่วยให้ก๊าซหรือเรซินถูกปล่อยออกจากโพรง ช่วยให้ก๊าซไหลลึกเข้าไปในผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปได้ลึกยิ่งขึ้น เรซินที่ล้นออกจากช่องระบายอากาศอาจต้องตัดออกหลังการขึ้นรูป

■ อุณหภูมิของแม่พิมพ์

การฉีดขึ้นรูปแบบใช้แก๊สช่วยจะฉีดแก๊สระบายความร้อน ซึ่งจะทำให้ระยะเวลาในการทำความเย็นสั้นลง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องควบคุมอุณหภูมิแม่พิมพ์โดยคำนึงถึงปริมาณการทำความเย็นด้วยแก๊สด้วย ตั้งเวลาและอุณหภูมิในการหล่อเย็นแม่พิมพ์ที่เหมาะสมที่สุด

กระแสการวิเคราะห์

จะมีการอธิบายการไหลของการวิเคราะห์การฉีดที่ใช้แก๊สช่วยโดยใช้ CAE

1. การตั้งค่ากระบวนการขึ้นรูป (Gas-assited Injection)

หลังจากสร้างตาข่ายสำหรับผลิตภัณฑ์ขึ้นรูป (รูปที่ 1) แล้ว กระบวนการขึ้นรูป (การฉีดแก๊ส) จะถูกเลือก (รูปที่ 2) การเลือกกระบวนการขึ้นรูปที่เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับความแม่นยำในการจำลอง

成形品のメッシュモデル例รูปที่ 1 ตัวอย่าง mesh model ของผลิตภัณฑ์ขึ้นรูป

成形プロセスの設定画面รูปที่ 2 หน้าจอการตั้งค่ากระบวนการขึ้นรูป

2. การสร้างแบบจำลองช่องก๊าซ

การวิเคราะห์การเติมและกักเก็บแรงดันสำหรับการฉีดแก๊สจำเป็นต้องมีการสร้างแบบจำลองพื้นที่ที่ก๊าซผ่าน (ช่องก๊าซ) สิ่งสำคัญคือต้องคาดการณ์การไหลของก๊าซในการวิเคราะห์อย่างแม่นยำ

3. การสร้าง mesh สำหรับโมเดล

ช่องก๊าซจะถูกตาข่ายตามอัตราส่วนความกว้างและความหนา หลังจากสร้างและแก้ไขเมชแล้ว จะมีการประเมินเพื่อพิจารณาว่าเมชนั้นเหมาะสำหรับการวิเคราะห์หรือไม่

4. การสร้างแบบจำลองช่องระบายความร้อนของแม่พิมพ์

ในการฉีดขึ้นรูปโดยใช้แก๊สช่วย ก๊าซระบายความร้อนจะถูกฉีดเข้าไปในเรซินที่หลอมละลาย เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการระบายความร้อน การสร้างแบบจำลองท่อทำความเย็นจะต้องคำนึงถึงช่องก๊าซด้วย

5. การเลือกวัสดุและการตั้งค่าตำแหน่งการฉีด

กำหนดประเภทของวัสดุที่จะใช้และตำแหน่งเกต

使用する樹脂材料の選択画面รูปที่ 3 หน้าจอการเลือกวัสดุ

ゲート位置(樹脂注入場所)の設定画面รูปที่ 4 หน้าจอการตั้งค่าตำแหน่งเกต (ตำแหน่งฉีด)

6. การตั้งค่าทางเข้าแก๊ส

เลือกว่าจะฉีดก๊าซเข้าไปในผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปโดยตรง หรือผ่านหัวฉีดหรือทางวิ่งของผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูป หากมีการฉีดก๊าซเข้าไปในผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปโดยตรง ให้เลือกตำแหน่งทางเข้า สามารถตั้งค่าจุดเข้าก๊าซได้ตั้งแต่หนึ่งจุดขึ้นไป

ガス入口の設定画面รูปที่ 5 หน้าจอการตั้งค่าทางเข้าแก๊ส

7. การตั้งค่าสถานที่ระบายอากาศ

การตั้งช่องลมให้ตั้งไว้ที่ปลายช่องแก๊ส

8. การตั้งค่ากระบวนการ

・ การตั้งค่าเงื่อนไขการฉีดโพลีเมอร์

กำหนดเงื่อนไขโดยคำนึงถึงผลลัพธ์การจำลองผลกระทบของการฉีดแก๊สตั้งแต่ 1 ถึง 7

樹脂の射出条件設定画面รูปที่ 6 หน้าจอการตั้งค่าเงื่อนไขการฉีดโพลีเมอร์

・การตั้งค่าเงื่อนไขการฉีดแบบใช้แก๊สช่วย

แก๊สถูกควบคุมโดยปริมาตรหรือความดันที่ตั้งไว้ล่วงหน้า ในกรณีของการควบคุมปริมาตร ปริมาตรก๊าซที่ตั้งไว้ล่วงหน้าจะถูกฉีดเข้าไป และความดันภายในของก๊าซจะถูกรักษาไว้ในระหว่างกระบวนการกักเก็บแรงดันเพื่อชดเชยการหดตัวของปริมาตร ความดันภายในของแก๊สจะลดลง

ในกรณีของการควบคุมแรงดัน สามารถควบคุมขั้นหรือโปรไฟล์ได้ในระหว่างกระบวนการฉีดและแรงดันค้างไว้

ガス注入の条件設定画面รูปที่ 7 หน้าจอการตั้งค่าสภาวะการฉีดแบบใช้แก๊สช่วย

9. การตั้งค่าการระบายความร้อนของแม่พิมพ์

อุณหภูมิและเวลาในการทำความเย็นของแม่พิมพ์ถูกกำหนดโดยคำนึงถึงผลกระทบของประสิทธิภาพการทำความเย็นของแก๊ส การระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพช่วยลดระยะเวลารอบการขึ้นรูปได้อย่างมาก

10. การประเมินผลลัพธ์

จากผลการวิเคราะห์ เราประเมินผลลัพธ์ สะท้อนในการออกแบบ และเปลี่ยนแปลงเงื่อนไข

นี่คือตัวอย่างการวิเคราะห์การฉีดแก๊ส
การวิเคราะห์การฉีดขึ้นรูปโดยใช้แก๊สช่วยดำเนินการกับผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปที่มีรูปทรงด้ามจับ
รูปร่างกลวงของผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปจริงจะถูกนำมาเปรียบเทียบกับผลการจำลอง

実成形品とシミュレーションの中空形状の比較รูปที่ 8 การเปรียบเทียบรูปร่างกลวงระหว่างผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปจริงกับผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปจำลอง

ไม่มีความแตกต่างที่มีนัยสำคัญระหว่างผลิตภัณฑ์จริงและผลการวิเคราะห์ ซึ่งบ่งชี้ว่าการจำลองดำเนินการอย่างเหมาะสม

สรุป

การฉีดแบบใช้แก๊สช่วยเป็นเทคนิคที่มีการใช้งานที่หลากหลาย ไม่เพียงแต่สำหรับการลดข้อบกพร่องในผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงข้อดีต่างๆ เช่น การลดน้ำหนักและประหยัดต้นทุนอีกด้วย อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องเข้าใจผลกระทบของการฉีดแก๊สต่อการฉีดขึ้นรูปอย่างถูกต้อง และต้องกำหนดเงื่อนไขการขึ้นรูป เพื่อให้ได้ผลสูงสุดจากการฉีดแบบใช้แก๊สช่วย ควรใช้การวิเคราะห์ CAE การตั้งค่าสภาวะที่เหมาะสมในการวิเคราะห์ CAE เป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ได้ผลลัพธ์การจำลองที่ถูกต้อง

 

ในส่วนต่อไป เราจะอธิบายเรื่อง "การวางแนวของพลาสติกเสริมเส้นใย"

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ CAE โปรดติดต่อเรา

สอบถามรายละเอียดเพิ่มเติม

CAE ดาวน์โหลดสไลด์

กรณีศึกษาแอปพลิเคชัน CAE
กรณีศึกษาแอปพลิเคชัน CAE

ดาวน์โหลดド

การสนับสนุนการพัฒนาผลิตภัณฑ์เรซินโดยใช้ CAE
การสนับสนุนการพัฒนาผลิตภัณฑ์เรซินโดยใช้ CAE

ดาวน์โหลดド

ข้อมูลที่เกี่ยวข้อง

โพลีเอไมด์เรซิน LEONA™

LEONA™ มีคุณสมบัติทนความร้อน ความแข็งแรงและความเหนียว เป็นฉนวน และทนน้ำมันได้ดีเยี่ยม มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในชิ้นส่วนยานยนต์ ชิ้นส่วนไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์

เรซินโพลีอะซีทัล TENAC™

TENAC™ มีลักษณะการหล่อลื่นในตัวเองที่ดีเยี่ยม ลักษณะการล้า และความต้านทานต่อน้ำมัน มันถูกใช้ในเกียร์ แบริ่ง ภายในรถยนต์ และชิ้นส่วนเชื้อเพลิง

เรซิน XYRON™ m-PPE

XYRON™ มีสารหน่วงไฟ คุณสมบัติทางไฟฟ้า ความเสถียรของขนาด และความต้านทานน้ำที่ดีเยี่ยม มันถูกใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) แบตเตอรี่ และส่วนประกอบการสื่อสาร 5G