흐름 시뮬레이션을 수행하는 방법은 무엇입니까?

몇 년 전 우리 엔지니어링 팀은 가전제품 하우징 프로젝트로 인해 난관에 부딪혔습니다. 보스 기능 근처의 싱크 마크는 우리가 작업 현장에서 무엇을 시도해도 사라지지 않았습니다. 금형은 이미 절단되었습니다. 그 경험은 우리가 새로운 프로젝트에 접근하는 방식을 바꾸었습니다.{3}}이제 모든 복잡한 형상은 강철을 주문하기 전에 흐름 시뮬레이션을 거칩니다.

 소프트웨어가 실제로 하는 일

사출 성형 시뮬레이션의 핵심은 3차원 캐비티를 통과하는 비-등온, 비-뉴턴 유체 흐름을 설명하는 결합 편미분 방정식을 해결하는 것입니다.- 소프트웨어는 충전, 보압 및 냉각 단계 전반에 걸쳐 압력장, 온도 분포, 속도 프로파일, 전단율 및 전단 응력을 계산합니다.

충전 단계는 용융된 폴리머가 게이트에서 캐비티를 통해 어떻게 진행되는지를 모델링합니다. 플라스틱이 차가운 금형 벽에 닿으면 거의 즉시 얼어붙어 굳은 외피가 생성됩니다. 이 동결된 경계와 흐르는 용융 코어 사이에서 폴리머 분자는 늘어나서 흐름 방향으로 배향됩니다. 이 방향은 응고 중에 고정되어 기계적 특성에 막대한 영향을 미칩니다. 시뮬레이션은 분수 흐름 모델링을 통해 이를 포착합니다. 여기서 유동 선단의 재료는 지속적으로 벽에 쌓이는 반면 새로운 용융물은 뒤에서 앞으로 밀려납니다.

냉각 시뮬레이션은 일반적으로 총 사이클 시간의 60~80%를 소비하는 문제를 해결합니다. 고르지 못한 냉각으로 인해 수축 차이가 발생하여 변형이 직접 발생합니다.

패킹 분석은 캐비티가 채워진 후 선택됩니다. 플라스틱이 냉각됨에 따라 부피 수축을 보상하기 위해 추가 재료가 강제로 들어가게 됩니다. 특정 폴리머 등급의 압력-체적-온도 특성에 따라 보상이 얼마나 가능한지 결정됩니다. 정확한 PVT 데이터는 -의미 있는 수축 예측을 위해 협상할 수 없습니다.

 모델 준비(생각보다 시간이 오래 걸림)

형상 정리는 일반적으로 시뮬레이션 자체보다 시간이 더 오래 걸립니다. 새겨진 텍스트 및 날짜 스탬프와 같은 작은 기능은 흐름 동작에 거의 영향을 미치지 않지만 메쉬 복잡성을 크게 증가시킵니다. 구조적으로 중요하지 않은 경우 제거하십시오. 표면 불연속성과 비-다양체 가장자리-를 수리하면 디버깅 시간을 낭비하는 메싱 오류가 발생합니다.

우리는 엔지니어들이 오래된 CAD 형상에 대한 분석을 실행하는 데 며칠을 보냈지만 생산 부품의 벽 두께가 다르다는 사실을 발견한 프로젝트를 본 적이 있습니다. 분석을 시작하기 전에 현재 릴리스 버전이 있는지 확인하고 수축 보상이 이미 적용되었는지 확인하십시오.

 중요 데이터(대부분의 사람들이 인식하는 것보다 더 중요함)

시뮬레이션 소프트웨어의 재료 선택은 많은 엔지니어가 생각하는 것보다 더 중요합니다. 주요 데이터베이스에는 1만 개 이상의 특성화된 등급이 포함되어 있지만 데이터 품질은 상당히 다양합니다. 완전한 유변학적 특성 분석을 통해 수지 공급업체가 직접 테스트한 재료는 제한된 데이터시트 값으로 추정한 일반 항목보다 훨씬 더 신뢰할 수 있는 예측을 제공합니다.

교차-WLF 점도 모델에는 정확한 계수가 필요합니다. 온도 민감도 매개변수는 특히 동결층 발달 및 미성형-거동 예측에 영향을 미칩니다. 반-결정질 재료의 경우 결정화 동역학은 복잡성을 추가하며-결정화 정도는 냉각 속도에 따라 달라지며 결정화도는 수축과 기계적 특성 모두에 영향을 미칩니다.

 처리 조건이 현실과 일치해야 함

기본 처리 조건은 권장 사항이 아닌 시작점입니다. American 사출 성형 연구소의 Jennifer Schmidt는 최종 보고서를 작성할 때 소프트웨어 기본값에 의존하는 것이 일반적인 실수임을 공개적으로 강조했습니다.{1}}기본값은 일반적인 조건이 아닌 처리 기간의 극단적인 경우가 많습니다(ptonline.com).

용융 온도 설정은 컨트롤러 설정점이 아닌 배럴에서 실제로 나오는 온도를 반영해야 합니다. 사출 속도 프로파일은 기계가 실제로 전달할 수 있는 속도와 유사해야 합니다. 유압 기계는 모든-전기 기계와 반응 특성이 다릅니다. 냉각 채널 레이아웃은 실제 금형 설계와 최대한 일치해야 합니다.{4}}많은 빠른 해석은 단순화된 냉각 구성으로 실행되므로 정확도가 떨어집니다.

 너무 믿지 마세요-숫자를 믿으세요

시뮬레이션 출력에는 압력 분포, 온도 맵, 충전 시간 윤곽, 웰드라인 위치, 에어 트랩 위치 및 변형 예측이 포함됩니다. 이를 정확한 예측으로 취급하려는 유혹이 있습니다. 그렇지 않습니다.

웰드라인과 에어트랩 위치는 일반적으로 정성적 안내를 위해 신뢰할 수 있습니다. 시뮬레이션에서 표면 표면에서 만나는 두 유동 선단을 보여주는 경우 이는 게이트 재배치를 통해 해결할 가치가 있는 문제입니다.

압력 예측은 사용 가능한 기계 용량으로 부품을 채울 수 있는지 여부를 식별하는 데 도움이 됩니다. 극도로 높은 예측 압력은 잠재적인 충전 문제를 암시하지만 절대 수치를 정확한 요구 사항으로 간주해서는 안 됩니다.

변형 예측은 특히 회의적입니다. 연구자들이 문서화한 바와 같이, 시뮬레이션과 실험 결과 사이의 유사성은 작동 조건과 재료 데이터 품질에 크게 좌우됩니다(pmc.ncbi.nlm.nih.gov). 우리 경험에 따르면 시뮬레이션은 대부분의 경우 변형 방향과 상대적 심각도를 정확하게 예측하지만 정량적 치수 예측에는 검증이 필요합니다.

 여전히 물리적 검증이 필요합니다

검증 없이 시뮬레이션을 실행하면 잘못된 신뢰도가 형성됩니다.

짧은{0}}연구는 채우기 진행 상황을 시각적으로 직접 확인합니다.{1}}예상 채우기 패턴을 실제 동결 샘플과 비교하면 흐름 물리학이 올바르게 캡처되었는지 여부를 알 수 있습니다. 계측된 금형의 압력 변환기 데이터를 통해 예측된 압력 추적을 확인할 수 있습니다. 생산 부품의 치수 측정, 특히 휘어지기 쉬운 형상에 대한 CMM 데이터는 예측된 변형과 실제 변형 간의 상관 관계를 설정합니다.

목표는 완벽한 예측이 아닙니다. 목표는 개발 초기에 더 나은 결정을 내리는 유용한 예측입니다.

모든 프로젝트에 이것이 필요합니까?

모든 프로젝트가 전체 시뮬레이션 노력을 정당화하는 것은 아닙니다. 넉넉한 처리 창이 있는 단순한 형상은 경험만으로도 성공적으로 성형될 수 있습니다. 그러나 공차가 엄격하고 벽이 얇으며 게이트가 여러 개이거나 미적 요구 사항이 있는 복잡한 부품은 거의 항상 사전 분석을 통해 이점을 얻을 수 있습니다. 철저한 시뮬레이션 연구의 비용은 일반적으로 단 한 번의 금형 수정도 방지함으로써 회수됩니다.

의료용 깔때기 팁 구성 요소와 관련된 Mold Craft 사례는 요점을 보여줍니다. 벽 두께가 0.015인치에 불과한 PEEK 마이크로{0}}금형은 특히 툴링이 제작되기 전에 시뮬레이션이 설계 및 처리에 정보를 주었기 때문에 Cpk 1.33을 달성했습니다(mold-craft.com).

실제로 분석을 실행하는 시기

시뮬레이션이 설계 프로세스에 일찍 도입될수록 더 많은 가치를 제공합니다. 툴링이 완료된 후 분석을 실행하면 프로세스 최적화에 대한 옵션이 제한됩니다. 부품 설계 중에 분석을 실행하면 벽 두께 조정, 게이트를 비{2}}외관 영역으로 재배치, 리브 수정을 통해 싱크 마크 경향을 줄이는 등 근본적인 개선이 가능합니다.

실용적인 시사점