- สูงสุด
- พื้นฐานของ CAE
- ส่วนที่ 8 การประยุกต์กับการฉีดขึ้นรูปโดยใช้แก๊สช่วย
ชุด: พื้นฐานของการวิเคราะห์ CAE สำหรับการออกแบบผลิตภัณฑ์พลาสติก
ส่วนที่ 8 การประยุกต์กับการฉีดขึ้นรูปโดยใช้แก๊สช่วย
ในการจำลองการฉีดขึ้นรูปโดยใช้ CAE ฉบับนี้ เราจะแนะนำตัวอย่างการใช้งานกับการฉีดขึ้นรูปโดยใช้แก๊สช่วย
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
รูปที่ 1 ตัวอย่าง mesh model ของผลิตภัณฑ์ขึ้นรูป
รูปที่ 2 หน้าจอการตั้งค่ากระบวนการขึ้นรูป
2. การสร้างแบบจำลองช่องก๊าซ
การวิเคราะห์การเติมและกักเก็บแรงดันสำหรับการฉีดแก๊สจำเป็นต้องมีการสร้างแบบจำลองพื้นที่ที่ก๊าซผ่าน (ช่องก๊าซ) สิ่งสำคัญคือต้องคาดการณ์การไหลของก๊าซในการวิเคราะห์อย่างแม่นยำ
3. การสร้าง mesh สำหรับโมเดล
ช่องก๊าซจะถูกตาข่ายตามอัตราส่วนความกว้างและความหนา หลังจากสร้างและแก้ไขเมชแล้ว จะมีการประเมินเพื่อพิจารณาว่าเมชนั้นเหมาะสำหรับการวิเคราะห์หรือไม่
4. การสร้างแบบจำลองช่องระบายความร้อนของแม่พิมพ์
ในการฉีดขึ้นรูปโดยใช้แก๊สช่วย ก๊าซระบายความร้อนจะถูกฉีดเข้าไปในเรซินที่หลอมละลาย เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการระบายความร้อน การสร้างแบบจำลองท่อทำความเย็นจะต้องคำนึงถึงช่องก๊าซด้วย
5. การเลือกวัสดุและการตั้งค่าตำแหน่งการฉีด
กำหนดประเภทของวัสดุที่จะใช้และตำแหน่งเกต
รูปที่ 3 หน้าจอการเลือกวัสดุ
รูปที่ 4 หน้าจอการตั้งค่าตำแหน่งเกต (ตำแหน่งฉีด)
6. การตั้งค่าทางเข้าแก๊ส
เลือกว่าจะฉีดก๊าซเข้าไปในผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปโดยตรง หรือผ่านหัวฉีดหรือทางวิ่งของผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูป หากมีการฉีดก๊าซเข้าไปในผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปโดยตรง ให้เลือกตำแหน่งทางเข้า สามารถตั้งค่าจุดเข้าก๊าซได้ตั้งแต่หนึ่งจุดขึ้นไป
รูปที่ 5 หน้าจอการตั้งค่าทางเข้าแก๊ส
7. การตั้งค่าสถานที่ระบายอากาศ
การตั้งช่องลมให้ตั้งไว้ที่ปลายช่องแก๊ส
8. การตั้งค่ากระบวนการ
・ การตั้งค่าเงื่อนไขการฉีดโพลีเมอร์
กำหนดเงื่อนไขโดยคำนึงถึงผลลัพธ์การจำลองผลกระทบของการฉีดแก๊สตั้งแต่ 1 ถึง 7
รูปที่ 6 หน้าจอการตั้งค่าเงื่อนไขการฉีดโพลีเมอร์
・การตั้งค่าเงื่อนไขการฉีดแบบใช้แก๊สช่วย
แก๊สถูกควบคุมโดยปริมาตรหรือความดันที่ตั้งไว้ล่วงหน้า ในกรณีของการควบคุมปริมาตร ปริมาตรก๊าซที่ตั้งไว้ล่วงหน้าจะถูกฉีดเข้าไป และความดันภายในของก๊าซจะถูกรักษาไว้ในระหว่างกระบวนการกักเก็บแรงดันเพื่อชดเชยการหดตัวของปริมาตร ความดันภายในของแก๊สจะลดลง
ในกรณีของการควบคุมแรงดัน สามารถควบคุมขั้นหรือโปรไฟล์ได้ในระหว่างกระบวนการฉีดและแรงดันค้างไว้
รูปที่ 7 หน้าจอการตั้งค่าสภาวะการฉีดแบบใช้แก๊สช่วย
9. การตั้งค่าการระบายความร้อนของแม่พิมพ์
อุณหภูมิและเวลาในการทำความเย็นของแม่พิมพ์ถูกกำหนดโดยคำนึงถึงผลกระทบของประสิทธิภาพการทำความเย็นของแก๊ส การระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพช่วยลดระยะเวลารอบการขึ้นรูปได้อย่างมาก
10. การประเมินผลลัพธ์
จากผลการวิเคราะห์ เราประเมินผลลัพธ์ สะท้อนในการออกแบบ และเปลี่ยนแปลงเงื่อนไข
นี่คือตัวอย่างการวิเคราะห์การฉีดแก๊ส
การวิเคราะห์การฉีดขึ้นรูปโดยใช้แก๊สช่วยดำเนินการกับผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปที่มีรูปทรงด้ามจับ
รูปร่างกลวงของผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปจริงจะถูกนำมาเปรียบเทียบกับผลการจำลอง
รูปที่ 8 การเปรียบเทียบรูปร่างกลวงระหว่างผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปจริงกับผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปจำลอง
ไม่มีความแตกต่างที่มีนัยสำคัญระหว่างผลิตภัณฑ์จริงและผลการวิเคราะห์ ซึ่งบ่งชี้ว่าการจำลองดำเนินการอย่างเหมาะสม
สรุป
การฉีดแบบใช้แก๊สช่วยเป็นเทคนิคที่มีการใช้งานที่หลากหลาย ไม่เพียงแต่สำหรับการลดข้อบกพร่องในผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงข้อดีต่างๆ เช่น การลดน้ำหนักและประหยัดต้นทุนอีกด้วย อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องเข้าใจผลกระทบของการฉีดแก๊สต่อการฉีดขึ้นรูปอย่างถูกต้อง และต้องกำหนดเงื่อนไขการขึ้นรูป เพื่อให้ได้ผลสูงสุดจากการฉีดแบบใช้แก๊สช่วย ควรใช้การวิเคราะห์ CAE การตั้งค่าสภาวะที่เหมาะสมในการวิเคราะห์ CAE เป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ได้ผลลัพธ์การจำลองที่ถูกต้อง
ในตอนต่อไป เราจะมาแนะนำ "การวางแนวการเสริมแรงด้วยเส้นใย" โปรดตั้งตารอ!
สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ CAE โปรดติดต่อเรา