Fröccsöntött alkatrészek végeselemes modellezése Szőcs András Budapest, 2010. IV. 29. 1
Tartalom Mőanyag- és Gumitechnológiai Szakcsoport bemutatása Méréstechnika Elızmények Szilárdságtani modellezés Termo-mechanikai vizsgálat Fröccs-szimuláció Zsugorodás, vetemedés vizsgálat 2
Mőanyag- és Gumitechnológiai Szakcsoport (GAMF) Oktatás Mőanyagfeldolgozó technológus (GAMF) Gumiipari szakmérnök (NyF) Szerszámtervezı szakmérnök (ZMNE) Ipari képzések (anyag, gép szerszám, technológia) Kutatás Alap kutatás Nano-kompozitok Ömledék reológia Termo-analitika Ipari fejlesztés Hiperelasztikus anyagok Nem-lineáris, anizotrop, idıfüggı tulajdonságok modellezése 3
Méréstechnika Mechanikai tulajdonságok Univerzális anyagvizsgáló berendezés (ext.) Klímakamra (-60 C 250 C) DMTA berendezés Komplex rugalmassági modulus (-160 C 600 C) (Egy és kétoldali megfogás, kompresszió, nyírás, húzás) Max. 18 N, elmozdulás mérés (0,01µm) Mőszerezett Charpy ütımő Termo-analitika TQ Q200 DSC (Fajlagos hıtartalom mérése) TA Q 50 TGA (Termikus stabilitás) TA Q 800 DMTA Reológia Online és kapilláris reométer PvT, hıvezetési tényezı, nyomás alatti viszkozitás, folyásgörbék, nyújtási folyás 4
Anyagjellemzık meghatározása 1.0 3000 400 0.5 2500 300 Heat Flow (W/g) 0.0 Storage Modulus (MPa) 2000 1500 1000 Tan Delta 0.5 200 100 Loss Modulus (MPa) -0.5 500 0-1.0 0 50 100 150 200 250 300 Exo Up Temperature ( C) Universal V4.3A TA Instruments 0-100 20 40 60 80 100 120 140 Temperature ( C) Universal V4.3A TA Instruments 120 331.38 C 2.0 309.00 C 100 1.5 Weight (%) 80 60 40 1.0 0.5 Deriv. Weight (%/ C) 20 0.0 0-0.5 0 200 400 600 800 Temperature ( C) Universal V4.3A TA Instruments 5
Elızmények, célok Mőanyag termékek modellezése Anyagjellemzık meghatározása Anyagmodellek Mőszaki alkatrészek vizsgálata Méretezés Idıfüggı tulajdonságok Hımérséklet függı tulajdonságok Deformáció sebességtıl függı tulajdonságok Anizotrópia Fröccs-szimuláció Anyagmodellek Terméktervezés Szerszámtervezés Vetemedés Anizotrópia 6
Mért és szimulált húzógörbe ] a P [M g é lts ü s z e F 180 160 140 120 100 80 60 40 Nyúlásmérés módszere Instron video Instron kereszt Virtualis extenso 20 0 Virtuális Keresztfej 0 1 2 3 4 5 6 Nyúlás [%] 7
Probléma, termikus vizsgálat, beállítások BASF Ultramid A3WG6 (PA6.6+30%GF) Lineáris hıtágulási együttható kereszt irányban: 0,65x10-4 / C Lineáris hıtágulási együttható kereszt irányban: 0,25x10-4 / C Mechanikai tulajdonságok a hımérséklet függvényében 8
DMA alkalmazása 14 2.0 3.0 12 12 2.5 10 10 200232MPa 1.5 2.0 8 Stress (MPa) 8 6 Sample: PAA3WGkereszt freqsweep Size: 18.8000 x 6.5000 x 1.0000 mm Method: Temperature Ramp 6000 1.0 Displacement (µm) DMA Stress (MPa) File: D:...\kereszt\alapDMTA-freqsweep220C.001 Operator: Szőcs András Run Date: 1.525-Apr-2010 16:19 Instrument: DMA Q800 V20.18 Build 37 400 1.0 6 4 Displacement (µm) 4 5000 0.5 0.5 6082MPa 2 2 0.08 300 Storage Modulus (MPa) 0 0.0-0.002 0.000 0.002 4000 0.004 0.006 0.008 Strain (%) 3000 2000 Universal V4.3A TA Instruments 0.0 0 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.012 0.010 0.008 Tan Delta 0.06 200 0.04 100 Loss Modulus (MPa) Strain (%) Universal V4.3A TA Instruments 137.5 87.5 0.006 1000 0-50 0 50 100 150 200 250 Temperature ( C) Strain (%) Universal V4.3A TA Instruments 0.004 37.5-12.5 Temperature ( C) 0.002-62.5 0.000 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Time (min) Universal V4.3A TA Instruments 9
AE1141 csavarozási probléma Hıtágulás hatására: 60 Mpa Hőtés hatására az elıfeszítés megszünt 10
Reakció erı és a nyomás a csavarfej alatt Elhanyagolások: LHE hıfokfüggése (T g ) LHE irányfüggése Több ciklus Idıfüggı tulajdonságok Elıfeszítés hatása Reakció erı [N] Nyomás az alátét felülületén [MPa] 1200 1000 800 600 400 200 0 60 50 40 30 20 10 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 Maximális elmozdulás [mm] 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Maximális elmozdulás [mm] 11
Fröccs-szimulációszimuláció Fejlesztések során felmerülı kérdések: Moldex3D Solid Moldex3D e-design Anyagmodellek hatása a futtatás eredményére Validálás belsı nyomásgörbék alkalmazásával Formaüreg kialakítása Meglövési pontok Folyási utak Zsugorodás,vetemedés Formaüreg deformálása 12
Eddigi tapasztalatok, validálás Üreg kitöltésének vizsgálata Síklapúsági vizsgálat Kérdés Üreg méreteinek meghatározása Mért: Moldex: 0,445mm 0,556mm 13
Vetemedés vizsgálat, szerszám tervezés Fröccsöntı szerszámok formaüregének kialakítása Mértetek tőrése általában 0,01 mm tartományban Méretpontatlanságok Zsugorodásból Vetemedésbıl Szerszám kialakítás, technológiai beállítás A pontos méret számos szerszámpróbával és utólagos megmunkálással állítható be Fejlesztés célja a szerszámüreg módosítása 14
Üreg deformálása (zsugorodás, vetemedés) Formaüreg méreteinek meghatározása Hagyományos módon (szálorientáció ismeretlen): Hossz irányú zsugorodás Keresztirányú zsugorodás Üregméret vizsgálat a szimulációval: Termék modell ismerete Szimulációs futtatás a darabon Vetemedett, zsugorodott darab (!!!) -(Vetemedés) Újra futtatása a (-1x) vetemedett darabnak Zsugor értékek meghatározása Vetemedési jellemzık meghatározása 15
Zsugorodás, vetemedés Próbatest hossza: 172.4 mm Üreg deformációja: 176.60 mm Szimulált termék mérete: 172. 61 mm Összefoglalás Összetett anyavizsgálatok eredményeinek alkalmazása viszkoelasztikus (mőanyagok) anyagok tulajdonságainak modellezése 16
Köszönöm a figyelmet szucs.andras@gamf.kego.hu 17