Проектирование 3D модели изделия, изготавливаемого литьем под давлением с помощью

Оглавление

 

 

Введение 3

1 Конструкторская  часть. Проектирование 3D модели изделия, изготавливаемого литьем под давлением с помощью Autodesk Inventor 5

2 Расчетная  часть. Анализ литья детали 10

Заключение 21

 

 

Введение

 

 

Литье пластмасс под давлением  – метод переработки пластических масс, заключающийся в формировании изделий различной формы путем  впрыска расплавов полимеров  под давлением в пресс-форму  с последующим охлаждением.

Пресс-форма, используемая для  литья под давлением – весьма сложное изделие. В общем виде можно выделить три этапа ее производства:

1. конструкторско-технологическая подготовка производства;
2. изготовление пресс-формы;
3. доводка и испытание пресс-формы.

Каждый из этапов занимает месяцы работы различных специалистов. Изготовление пресс-формы – самый  продолжительный по времени этап из трех. Он включает конструирование (заказ стандартных частей, обработку  заготовок, изготовление специальных  элементов пресс-формы), прототипирование, и непосредственно сборку пресс-формы.

Следовательно, на первом этапе  нужно максимально точно разработать  детали пресс-формы и предотвратить  возможные дефекты литья при  использовании данной пресс-формы.

В процессе проектирования пресс-формы можно выделить несколько стадий:

1. разработка техпроцесса литья;

2) построение формообразующих - всех деталей, соприкасающиеся с отливкой: матрица, пуансон, гладкие знаки, резьбовые знаки и др.;

3) выбор блока и размещение в нем формообразующих;

4) проектирование системы охлаждения;

5) проектирование системы съёма;

6) проектирование системы крепления и транспортных элементов;

7) оформление конструкторской документации.

На всех этапах проектирования пресс-формы важно использовать средства автоматизации процесса проектирования и трёхмерное моделирование. Это позволяет:

• сэкономить время за счет автоматизации процессов и использования в проектировании уже созданных стандартных деталей (нормалей), при этом можно быстрее изготовить пресс-формы и, следовательно, выпустить вновь разработанные изделия на рынок, что в условиях современной жесткой конкуренции осень важно;
• спрогнозировать процесс литья и при необходимости откорректировать форму изделия или пресс-формы;
• получить готовую трёхмерную модель изделия и  будущей пресс-формы, что позволяет облегчить правильность проектирования отдельных деталей пресс-формы, проверить собираемость отдельных систем и всей пресс-формы сразу, а также позволяет автоматизировать процесс подготовки всех видов конструкторской документации: сборочный чертеж, спецификация, чертежи отдельных деталей и прочее.

Данные задачи могут решить продукты компании Autodesk – Autodesk Inventor и Autodesk Simulation Moldflow.

Autodesk Inventor — система трехмерного твердотельного и поверхностного параметрического проектирования (САПР), предназначенная для создания цифровых прототипов промышленных изделий. Инструменты Inventor обеспечивают полный цикл проектирования и создания конструкторской документации: 2D/3D-моделирование; создание изделий из листового материала и получение их разверток; разработка электрических и трубопроводных систем; проектирование оснастки для литья пластмассовых изделий; динамическое моделирование; параметрический расчет напряженно-деформированного состояния деталей и сборок; визуализация изделий; автоматическое получение и обновление конструкторской документации (оформление по ЕСКД).

При проектировании литьевых форм под давлением и оснастки программа позволяет автоматизировать ключевые аспекты процесса. Можно быстро создавать и проверять конструкции форм, а затем экспортировать их в Autodesk Moldflow.

Autodesk Simulation Moldflow – это набор средств моделирования процесса литья пластмасс под давлением. Он позволяет оптимизировать проектирование пластмассовых деталей и литьевых форм с помощью точного прогнозирования процесса литья. С помощью Autodesk Simulation Moldflow Adviser и Autodesk Simulation Moldflow Insight можно добиться снижения потребности в опытных образцах, устранить потенциальные производственные дефекты и быстрее выводить на рынок инновационную продукцию.

Autodesk  Simulation Moldflow предоставляет средства для моделирования литьевых форм, изделий из пластмассы, а также проверки и оптимизации процесса литья под давлением. Продукт позволяет изучать влияние толщины стенок, расположения литников, материалов и геометрии деталей на технологичность производства изделий из термоактивных материалов и термопластмасс, охлаждение и нагревание литьевых форм при переменном режиме, ориентацию волокон в деталях из пластмассы, моделировать усадку и деформации.

В данной работе с помощью  Autodesk Inventor и Autodesk  Simulation Moldflow проектируется изделие - шестерня и моделируется процесс литья под давлением.

 

1 Конструкторская часть. Проектирование 3D модели изделия, изготавливаемого литьем под давлением с помощью Autodesk Inventor

 

 

Вначале выбрали плоскость, на которой будет изображен эскиз, в нашем случае это окружность диаметром 24 мм (см. рис.1).

 

 

 

Рисунок 1 – Первый эскиз  детали

 

 

После принятия эскиза с  помощью инструмента «Выдавливание» получили цилиндр высотой 8 мм (см. рис. 2)

 

 

 

Рисунок 2 – Результат  первого выдавливания

 

 

Затем нужно выбрали плоскость детали, на которой  изобразили эскиз второго цилиндра нашей шестеренки – окружность диаметром 12,5 мм (см. рис. 3).

 

 

 

Рисунок 3 – Второй эскиз детали

 

 

Затем с помощью инструмента «Выдавливание» получили второй цилиндр (см. рис. 4).

 

 

 

Рисунок 4 – Результат  второго выдавливания

 

 

После этого нужно получили сквозное отверстие. Для этого сначала изобразили его эскиз, а затем с помощью инструмента «Выдавливание» получили отверстие (см. рис. 5 и 6).

 

 

 

 

 

Рисунок 5 – Эскиз для  создания сквозного отверстия

 

 

 

Рисунок 6 – Результат  выдавливания отверстия

 

 

Затем создали фаски на кромках изделия (см. рис. 7, 8, 9)

 

 

 

Рисунок 7 – Фаска №1

 

 

 

Рисунок 8 – Фаска №2

 

 

 

Рисунок 9 – Фаска №3

 

 

Затем создали эскиз отверстия между зубцами шестерни (см. рис. 10).

 

 

 

Рисунок 10 – Эскиз зубца

 

 

После этого вырезали с помощью инструмента «Выдавливание» отверстие между зубцами (см. рис. 11).

 

 

 

Рисунок 11 – Заготовка для оформления зубцов шестерни

 

 

Затем с помощью инструмента  «Круговой массив» оформили зубцы изделия (см. рис. 12). После этого шага получили готовое изделие.

 

 

 

Рисунок 12 – Готовая шестерня

 

2 Расчетная  часть. Анализ литья детали

 

 

После проектирования изделия  в 3D, спрогназировали результаты литья под давлением с помощью Autodesk  Simulation Moldflow. Вначале выбрали материал и место впрыска на основании меньшего цилиндра детали (см. рис. 13)

 

 

 

Рисунок 13 – Выбор места впрыска

 

 

Анализ показал, что при  литье шестерни образуются воздушные  ловушки в зубцах и на кромках  фасок изделия (см. рис. 14).

 

 

 

Рисунок 14 – Воздушные ловушки

 

 

Разница температур при заполнении составляет 5,2 °С, что является удовлетворительным, то есть полимер не затвердеет там, куда раньше проник при литье до того, как полностью заполнится вся форма (см. рис.15).

 

 

Рисунок 15 – Средняя температура

 

 

Температура потока в целом  мало отличается – всего на 0,2 °С (см. рис. 16). Чуть выше она со стороны зубцов, противоположных месту впрыска.

 

 

Рисунок 16 - Температурный  фронт потока

 

 

Разница температур особенно велика в центре детали в районе сквозного отверстия (12,39 °С). В литьевой форме в этом месте находится  знак, соответственно, хуже отвод тепла (см. рис. 17).

 

 

 

Рисунок 17 – Разница температур

 

 

Время достижения температуры  впрыска 64,88 с. Быстрее всего температуры  впрыска достигает полимер в  зубцах шестерёнки – за 3,41 с, медленнее  всего – в промежутках между  зубцами и в основании детали, противоположном месту впрыска, соответственно, расплав достигает  этих мест позднее всего, могут быть недоливы.

 

 

 

Рисунок 18 – Время достижения температуры впрыска

 

 

Рисунок 19 – Качество заполнения

 

 

Качество заполнения удовлетворительное, полимер практически полностью заполняет всю форму (см. рис. 19).

Разница во времени охлаждения небольшая в зубцах шестерни и  большая в центре детали (см. рис. 20).

 

 

 

Рисунок 20 - Разница во времени охлаждения

 

 

Качество охлаждения в  зубцах и на кромках низкое, так как полимер в них быстрее охлаждается (см. рис. 21).

 

 

 

Рисунок 21 – Качество охлаждения

 

 

Время заполнения формы составляет 0,2059 с, при этом быстрее заполняется та половина изделия, на которой находится место впрыска. Особенно долго заполняются зубцы и часть основания на противоположной стороне от места впрыска (см. рис. 22).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 22 – Время заполнения

 

 

Давление впрыска равно 1, 822 МПа, в целом по детали давление составляет 0,911 МПа, в зубцах со стороны  противоположной месту впрыска  давление падает до нуля, соответственно, там могут быть недоливы (см. рис. 23).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 23 – Давление впрыска

 

 

Перепад давлений сильный  в тех местах, где давление впрыска меньше, то есть в зубцах с противоположной стороны от места впрыска (см. рис. 24).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 24 – Перепад давления

 

 

Прогноз качества литья удовлетворительный, хуже заполнение основания детали, противоположному месту впрыска и между зубцами (см. рис. 25). В этих местах возможно возникновение раковин (см. рис. 26 и 27).

 

 

 

Рисунок 25 – Прогноз качества литья

 

 

 

Рисунок 26 – Оценка возникновения раковин

 

 

 

 

Рисунок 27 – Раковины в готовом изделии

 

 

Линии спая возникают при  встрече нескольких потоков. На рисунке 28 видно, что линий спая не так много, они в основном не на рабочих поверхностях. Красный цвет означает высокую температуру. Видно, что возможен точечный перегрев.

 

 

 

Рисунок 28 - Линии спая

 

 

 

Заключение

 

В ходе лабораторной работы были выполнены трехмерное проектирование изделия с помощью Autodesk Inventor и анализ его литья с помощью программы Autodesk Simulation Moldflow.

Использование программ проектирования позволяет решить эти вопросы  еще до изготовления формы, следовательно, мы можем получить качественное изделие  быстрее и без лишних материальных затрат.

Анализ литья показал, что шестерня получается неудовлетворительного качества, выявлены следующие проблемы:

• образование воздушных ловушки в зубцах и на кромках фасок изделия;
• в зубцах хуже качество отливки;
• большая разница температур в центре детали в районе сквозного отверстия;
• большое время заполнения зубцов и части основания на противоположной стороне от места впрыска;
• падение давления впрыска до нуля в зубцах со стороны противоположной месту впрыска;
• возникновение раковин в основании детали, противоположному месту впрыска и между зубцами;
• возникновение линий спая.