Simul Injection

December 15, 2017 | Author: bhsbhs19 | Category: Chemical Engineering, Mechanics, Materials Science, Classical Mechanics, Continuum Mechanics
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Simulation d ’injection 11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

1

Simulation d ’injection 11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

2

Presse Trémie

Moule

Simulation d ’injection

Fourreau

Système hydraulique

Vis (piston)

11/06

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3

Phases du cycle

Simulation d ’injection

Ecoulement de la matière

Rotation puis avance de la vis

Remplissage

Le moule est fermé La vis avance rapidement en jouant le rôle de piston Transfert de la matière dans le moule Formation d’une gaine solide au contact des parois du moule

11/06

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4

Simulation d ’injection

Phases du cycle

Maintien

Le moule est fermé. L’empreinte est remplie La vis avance lentement en jouant le rôle de piston. Transfert de matière dans le moule pour compenser les pertes de volume spécifique.

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5

Simulation d ’injection

Phases du cycle

Refroidissement

Le moule est fermé. Les seuils sont gelés. L’unité de plastification recule. Mise en rotation de la vis. Accumulation de matière à l’état pâteux en tête de vis ( dosage ). Échanges thermiques

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6

Simulation d ’injection

Phases du cycle

Ouverture du moule

La pièce atteint la température d’éjection. Le moule s’ouvre. Les tiroirs se déplacent. Le système d’éjection avance. La pièce est évacuée du moule. Fermeture du moule

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Temps de cycle

Simulation d ’injection

Refroidissement 45% Maintien 41% Remplissage 5%

Remplissage

11/06

Compactage Maintien

Ouverture – fermeture du moule 9%

Refroidissement

Ouverture fermeture moule

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Simulation d ’injection

Constituants d’un moule ⌧ ⌧ ⌧ ⌧ ⌧ ⌧ ⌧ ⌧ ⌧ ⌧ ⌧ ⌧ ⌧ ⌧

1-Plaque d’éjection et éjecteurs 2-Plaques débordantes 3-Tasseaux 4-Plaque porte empreinte 5-Tiroirs 6-Carcasses 7-Bague de centrage 8- Buse d’injection 9- Empreintes 10- Coins 11- Colonne de guidage 12- Doigts d’indexages 13- Bague de guidage 14- Anneaux de levage

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11 14

11/06

13

12

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9

Zones moulantes Empreinte supérieure

Simulation d ’injection

Tiroir 2

Empreinte inférieure

Tiroir 1

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Simulation d ’injection

Régulation

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11

Simulation d ’injection

Cales montantes

11/06

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12

Simulation d ’injection

Moule à dévissage

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Simulation d ’injection

Moule 3 Plaques noyau coté injection

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Simulation d ’injection

Moule 3 Plaques Noyau coté éjection

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Simulation d ’injection

Démoulage des contre dépouilles

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Simulation d ’injection 11/06

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CAO

Simulation d ’injection

Modeleur Surfacique

Modeleur Volumique

MODELE GEOMETRIQUE

IMAGERIE

SIMULATION

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ASSEMBLAGE

FABRICATION

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

PROTOTYPAGE

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Préparation du modèle

Simulation d ’injection

Importation d ’un fichier CAO compatible STL

IGES

Génération du maillage Corrections et affinage 11/06

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Interfaçage géométrique

Simulation d ’injection

MODELEUR CAO Volumique / Surfacique

Interfaçage de la géométrie IGES STEP VDA PARASOLID …

LOGICIEL DE SIMULATION D’INJECTION

11/06

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Interfaçage STL

Simulation d ’injection

MODELEUR CAO Volumique / Surfacique

Fichier STL

LOGICIEL DE SIMULATION D’INJECTION

Interfaçage

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Interfaçage maillage Relecture par le logiciel de simulation d’un maillage réalisé sur

Simulation d ’injection

un mailleur externe et sauvegardé sous un format standard type .nas (Nastran)

Format unv.txt

.pat (Patran)

plaqueUNV.unv

.ans (Ansys) dominique.mpi

.unv (Ideas)

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Maillage Eléments Poutres 2 Noeuds

Discrétisation de la géométrie

Simulation d ’injection

Eléments Triangulaires

Arête Noeuds

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Précision / Temps de calcul 4000

50

3500 3000 2500

46

2000 44

1500 1000

42

500 40

CPU TIME [Sec]

Pressure [MPa]

Simulation d ’injection

48

0 564

1078

2424

4212

6564 10752

Pression No. of Elements Temps de calcul

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Types de Maillages

Simulation d ’injection

Maillage Fibre Neutre

Maillage FUSION

Maillage volumique

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Simulation d ’injection

Maillage Solide

Eléments tétrahèdres

Dédié aux pièces massives 11/06

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Maillage peau moyenne

Simulation d ’injection

Modèle géométrique

Maillage peau moyenne Interfaçage géométrique

Travail surfacique très long : Création des peaux moyennes Relimitation des surfaces entres elles Affectation manuelle des épaisseurs

11/06

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Maillage Dual domaine

TM

Simulation d ’injection

Modèle géométrique

Maillage Dual domaine Interfaçage géométrique

Utilisation du modèle volumique Affectation automatique des épaisseurs Nécessite quand même un « nettoyage » du modèle ( suppression des congés et des chanfreins trop petits ) Type maillage

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TM

Simulation d ’injection

Maillage Dual domaine

Synchronisation des fronts par éléments connecteurs

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Simplification du modèle

Simulation d ’injection

Le modèle doit représenter les caractéristiques de l ’écoulement: Épaisseur Longueur d ’écoulement Volume

Éliminer les détails: Faibles rayons Congés Chanfreins

11/06

Congés

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Simulation d ’injection

Type d’éléments utilisés Modélisation des canaux (Alimentation – Régulation) Éléments poutre 1D ( 2 nœuds )

Maillage de la pièce Éléments coque triangulaires Éléments 1D ( grilles )

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Simulation d ’injection

Algorithmes de maillage

Algorithme de remplissage à surface constante 11/06

Algorithme de remplissage par couches

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Contrôles de forme et de facettisation Forme des éléments

Simulation d ’injection

L’élément idéal est le triangle équilatéral. La forme de l’élément réel est comparée à celle du triangle idéal Critères: Angle ; rayon des cercles circonscrits… Élément réel

Facettisation- Erreur de corde Surface de l’élément

Surface réelle 11/06

R r

Élément idéal

d Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

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Simulation d ’injection

Contrôle de facettisation

Algorithme de remplissage à surface constante avec contrôle de l’erreur de corde

11/06

Algorithme de remplissage par couches avec contrôle de l’erreur de corde

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Simulation d ’injection

Contrôles de forme et de facettisation

Algorithme de remplissage par couches avec contrôle de l’erreur de corde et de la déformation des éléments

11/06

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Simulation d ’injection

Densités locales

Densités locales

11/06

Affinage des frontières

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Simulation d ’injection

Variation d’épaisseur

3 mm

1 mm

2 mm

3 rangées d’éléments pour traduire correctement les variations d’épaisseur 11/06

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Simulation d ’injection

Variation d’épaisseur

3 mm

11/06

1 mm

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Simulation d ’injection

Lignes de soudure

Raffiner le maillage dans les zones de lignes de soudure 11/06

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Simulation d ’injection 11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

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Bords libres

Simulation d ’injection

Mise en évidence des défauts de connectivité entre les éléments Maillage peau moyenne uniquement

Limites du modèle

Défaut de connectivité

Bords libres OK

11/06

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41

Simulation d ’injection

Forme des éléments

La qualité des résultats est très dépendante de la qualité des éléments. La forme idéale est le triangle équilatéral. Les éléments réels ne doivent pas trop s’éloigner de cette forme

11/06

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Autres critères

Simulation d ’injection

Recouvrement d’éléments Intersection Orientation

( Thermique et déformation )

Connectivité Concordance des faces

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( Maillage fusion )

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Simulation d ’injection 11/06

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Injection sous marine Canal

Simulation d ’injection

L/D

Plan de joint

Rupture à l’ouverture

11/06

1,5

Seuil

3 éléments mini

Carotte conique

Rupture à l’éjection

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Injection en nappe

Simulation d ’injection

Linéaire

seuil

3 éléments dans la nappe

Annulaire

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Autres types d’alimentation

Simulation d ’injection

Carotte en direct

Pin Point moule 3 plaques

Dans le plan de joint

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Alimentation par buse chaude

Simulation d ’injection

Buse chaude à obturateur Pas de bavure Injection séquentielle

Obturateur

Buse chaude sans obturateur Risque de bavure

11/06

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Simulation d ’injection 11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

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Vitesse de cisaillement S

Simulation d ’injection

y

V=0

r V

ΔX

r V

r F r F

F τ= S dV γ& = dy τ = ηγ&

η est appelée Viscosité dynamique 11/06

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Simulation d ’injection

Viscosité

Viscosité dynamique très élevée ( 106 celle de l’eau )

11/06

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51

Différents types d’écoulement

Simulation d ’injection

τ

γ& 11/06

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Simulation d ’injection

Viscosité

Comportement Newtonien

11/06

Polypropylène ELTEX P RP210

Comportement Pseudo-plastique

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Simulation d ’injection

Viscosité

Polycarbonate Makrolon 2405

Comportement Newtonien

11/06

Comportement Pseudo-plastique

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Simulation d ’injection

Thermo dépendance

11/06

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Simulation d ’injection

Pièzo dépendance

11/06

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Modélisation de la Viscosité loi puissance

η = Aγ& e

CT

T température ( °K) A,B,C coefficients

Simulation d ’injection

B

11/06

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Modélisation de la Viscosité

Simulation d ’injection

loi de cross WLF

11/06

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Gaine solide

Simulation d ’injection

Profil de vitesses

Épaisseur solidifiée

Effet fontaine

Front de matière

he

hf

hf: épaisseur de la veine fluide he: épaisseur de l’empreinte 11/06

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Dissipation visqueuse Zone de cisaillement élevé

Simulation d ’injection

T Écoulement

Profil thermique à l’équilibre

Profil thermique près des points d’injection

11/06

T

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60

Pression de remplissage

Simulation d ’injection

Pression de remplissage

Viscosité élevée Gaine solide importante

Temps de remplissage optimal

Cisaillement élevé Gaine solide faible

11/06

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Temps 61

Simulation d ’injection

Influence de l’épaisseur sur la pression de remplissage

11/06

Épaisseur 2.2 mm

Épaisseur 2 mm

Pression maxi 24.9 MPa

Pression maxi 27.6 MPa Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

62

Relation Pression Longueur d’écoulement Simulation d ’injection

Instants de remplissage

Pressions de remplissage

11/06

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Simulation d ’injection 11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

64

Simulation d ’injection

Instants de remplissage

11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

65

Simulation d ’injection

Équilibre du remplissage

Défaut d’équilibrage dû à des longueurs d’écoulement différentes

11/06

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66

Simulation d ’injection

Pression

surcompactage

Déséquilibre

Capacité machine 11/06

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67

Flux constant

Simulation d ’injection

Vitesse de vis constante

Flux matière constant

11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

68

Ligne de soudure

Simulation d ’injection

Injection

Recollement frontal + réorientation : fragilité , déformation , traces

Injection

Recollement frontal en fin d’écoulement : fragilité importante

Ligne de soudure Injection Recollement des flux

11/06

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Effet d’hésitation

Simulation d ’injection

Ralentissement matière Echanges thermiques importants Taux de cisaillement faible BLOCAGE FRONT DE MATIERE

0.8 mm 3 mm Chemin privilégié

Ne pas injecter au proche d’une zone de faible épaisseur jouxtant une zone de forte épaisseur 11/06

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70

Simulation d ’injection

Effet d’hésitation

Détection des inclusions ( Jeu sur pavets rapportés; Ejecteurs )

11/06

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71

Effet d’hésitation

Simulation d ’injection

Dimensionner les canaux pour assurer un remplissage simultané des empreintes

11/06

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Température au front matière Historique de la température matière au remplissage des éléments

Simulation d ’injection

Variation de ± 2 à 3° par rapport à la consigne

11/06

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Simulation d ’injection

Déflecteurs et chemins privilégiés Aménagement des épaisseurs pièce pour modifier l’écoulement et rééquilibrer le remplissage

11/06

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Simulation d ’injection

Ecoulement unidirectionnel Éviter les réorientations matiére sources de tensions internes et de traces

Bon

Pas bon !

11/06

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75

Respect du cisaillement maximum Simulation d ’injection

La contrainte de cisaillement en paroi dans l’empreinte doit être inférieure au niveau critique défini pour la matière La valeur atteinte dans les seuils n’est pas significative ( temps de passage très bref )

11/06

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Simulation d ’injection 11/06

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77

Objectifs

Simulation d ’injection

Obtenir un retrait volumique homogène et minimum Limiter les retassures L’étude de compactage ne doit se faire que sur un remplissage maîtrisé et une thermique optimisée

11/06

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78

Retrait

Simulation d ’injection

seuil

Pièce finale

Moule

Le retrait est habituellement plus élevé dans le sens de l’écoulement pour des matières non-chargées

11/06

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79

PVT

(Tait)

Simulation d ’injection

Technyl S 216 V30 Matériaux cristallin

11/06

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80

PVT

(Tait)

Simulation d ’injection

Makrolon 2405 Matériaux amorphe

11/06

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81

Simulation d ’injection

Profil de compactage

Fill time

Pression

Palier constant

Palier constant en fin de remplissage

Zone de relâchement de la pression

Augmentation de la pression en zone de fin de remplissage

Temps de refroidissement

Zone de relâchement de la pression Accompagnement de la chute de pression dans l’empreinte

Temps

11/06

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Évolution du profil Diminuer ou augmenter

Simulation d ’injection

Région fin de remplissage Modifier la longueur du 1er palier • Plus court ⇒ retrait augmente • Plus long ⇒ retrait diminue

Région du seuil Modifier la pente du profil • Plus lentement ⇒ retrait diminue • Plus rapide ⇒ retrait augmente

Région intermédiaire Echelonner la pente • Augmenter ⇒ retrait diminue • Diminuer ⇒ retrait augmente 11/06

Plus vite

Plus lentement

Augmenter Diminuer

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Simulation d ’injection

Méthodologie Première analyse avec palier constant au delà du gel du seuil Analyse des pressions dans l’empreinte ( Plot XY )

Détermination du temps de gel du seuil Fin de compactage

11/06

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Méthodologie Fin de palier constant Simulation d ’injection

Avant le point de retour à zéro de la pression sur un nœud loin du seuil

Fin de compactage Gel du seuil

Ajuster les profils suivants en fonction des résultats Resserrer les courbes de descente en pression des nœuds le long du parcours d’écoulement

11/06

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85

Définition du process

Simulation d ’injection

Profil de pression

Durée du palier

Niveau de pression 11/06

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86

Résultats Minimiser et homogénéiser

Simulation d ’injection

Retrait volumique

11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

87

Résultats Minimiser

Simulation d ’injection

Retassures ( sink index )

11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

88

Simulation d ’injection 11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

89

Objectifs

Simulation d ’injection

Obtenir une surface moule à température idéale et homogène en phase d’écoulement Obtenir une température de la pièce uniforme au cours du refroidissement Maîtriser le temps de cycle

11/06

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90

Transferts de chaleur

Simulation d ’injection

Evacuation par radiation

Evacuation par convection

Evacuation par les plateaux

Transmission par le plastique fondu

Evacuation ou transmission par les canaux

11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

91

Transfert du plastique vers la paroi du moule Simulation d ’injection

Propriété du matériau

(Conductivité

thermique et chaleur spécifique )

Gradient de température entre le plastique et la paroi Qualité du contact entre le plastique et la paroi Le contact pièce moule est considéré comme parfait T surface moule = T paroi pièce 11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

92

Simulation d ’injection

Propriétés thermiques matériaux

11/06

Material

Thermal Specific Density 3 Conductivity Heat Kg/m J/kg/degK W/m/deg K

Tool steel 420SS Tool steel P-20 Tool steel H-13 Carb steel C17200 (BeCu) Beryllium copper B1 Aluminum A1 C18000 (NiSiCrCu) C17510 (BeCu0)

25 29 29.5 41 105 130 138 207.6 245

462 460 462 460 380 420 782 404 380

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

7730 7800 7760 7833 8350 8415 2800 8580 8820

93

Paramètres des circuits de régulation Simulation d ’injection

Débit Suffisant pour obtenir un écoulement turbulent Température d’entrée des circuits Environ 10° à 20° en dessous de la température de la surface de l’empreinte

Pertes de charge Position

11/06

Longueur et nombre de circuits

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

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Conception des circuits de régulation Simulation d ’injection

Dimension et nombre de circuits Distance entre le canal et la surface du moule Distance entre canaux adjacents W

b D

b

a

D

a

EXTRACTION DE CHALEUR NON-UNIFORME EXTRACTION DE CHALEUR UNIFORME Grand entraxe : a 1. Eapisseur pièce : W Diametre de canal : D + faible distance : b < 2mm 8mm-10mm + canaux de gros diamètre : D < 4mm 10mm-12mm < 6mm 12mm-15mm

11/06

2. Distance :

b

= 2-3 X diamètre canal D

3. Entraxe :

a

= max 3 X damètre canal D

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95

Conception des circuits de régulation Simulation d ’injection

Pour obtenir une régulation uniforme Plus près des points chauds Plus loin ailleurs

11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

96

Simulation d ’injection

Conception des circuits de régulation

Circuits série Débit uniforme Extraction de chaleur uniforme Pertes de charge élevées

11/06

Circuits parallèle Meilleure couverture de la pièce Volume élevé à faible pression Débits non uniformes Efficacité plus faible

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

97

Puits de régulation

Simulation d ’injection

Puit fontaine

Puit à lame

Vis à pas double

11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

98

Modélisation Circuit de régulation Simulation d ’injection

Éléments poutre 2 Nœuds

Inserts Plan de joint Frontières du moule Éléments coque 3 Nœuds Seuls les circuits sont nécessaires. Les autres éléments sont optionnels 11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

99

Simulation d ’injection

Modélisation

Entrées du fluide de régulation

Circuit coté fixe

L/D Attention à l’orientation des éléments

11/06

2,5

Circuit coté mobile

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

100

Modélisation des puits

Simulation d ’injection

Création de deux courbes Propriété physique Baffle ou Bubbler Coefficient d’efficacité de 0,5

D

2 courbes

Entrée

11/06

1/2 D.

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Sortie

101

Types d’analyse

Simulation d ’injection

Automatique Le logiciel calcul un temps de cycle pour respecter un refroidissement uniforme

Manuelle L’utilisateur impose un temps de cycle Le logiciel analyse le refroidissement dans ces conditions

11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

102

Simulation d ’injection

Température top

Analyse de la différence de température entre les deux cotés de la pièce

11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

103

Simulation d ’injection

Température profil

Profil de température dans l’épaisseur de la pièce 11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

104

Simulation d ’injection

Température dans les circuits

2° à 3° d’élévation de température du fluide de régulation 11/06

Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow

105

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