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 MőanyagSzakcsoport (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
2500 300
200
1500
0.5
100
Loss Modulus (MPa)
0.0
2000
Tan Delta
Storage Modulus (MPa)
Heat Flow (W/g)
0.5
1000
-0.5 0 500
0 20
-1.0 0
50
100
150
Exo Up
200
250
40
60
80
Temperature (°C)
100
120
-100 140 Universal V4.3A TA Instruments
Universal V4.3A TA Instruments
Temperature (°C)
120
300
2.0
331.38°C 309.00°C
100 1.5
Weight (%)
1.0
60
0.5
Deriv. Weight (%/°C)
80
40
0.0 20
0 0
200
400
Temperature (°C)
600
-0.5 800 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
Nyúlásmérés módszere ] a P M [ g é s tl ü z s e F
180 160 140 120 100
Instron video
80
Instron kereszt
60
Virtualis extenso
40 20
Virtuális Keresztfej
0 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
12
3.0
12
2.5
10
2.0
8
200232MPa
1.5
6000
File: D:...\kereszt\alapDMTA-freqsweep220C.001 Operator: Szőcs András 1.525-Apr-2010 16:19 Run Date: Instrument: DMA Q800 V20.18 Build 37
Displacement (µm)
DMA
1.0
Stress (MPa)
6
Displacement (µm)
Sample: PAA3WGkereszt freqsweep Size: 18.8000 x 6.5000 x 1.0000 mm Method: Temperature Ramp
8
6
400 1.0
4
4 0.5
6082MPa
0.5
2
0.08
2 0.0 0.00
4000
0.004
0.01
Universal V4.3A TA Instruments
Strain (%)
0.02
0.0 0.008
0.006
0.012
0.06
200
0.04
100
3000
0.03
0.04
0 0.06
0.05
Universal V4.3A TA Instruments
Strain (%)
137.5 0.010
2000 87.5
0.008
1000 -50
0
50
100
150
0.006
0 250
200
37.5
Universal V4.3A TA Instruments
Temperature (°C)
Temperature (°C)
0.002
Tan Delta
0.000
Strain (%)
0 -0.002
300
Loss Modulus (MPa)
5000
Storage Modulus (MPa)
Stress (MPa)
10
0.004 -12.5
0.002 -62.5
0.000 0
50
100
150
200
Time (min)
250
300
350
400
Universal V4.3A TA Instruments
9
AE1141 csavarozási probléma
Hıtágulás hatására: 60 Mpa Hőtés hatására az elıfeszítés megszünt
10
Elhanyagolások: – –
LHE hıfokfüggése (Tg) LHE irányfüggése
–
Több ciklus
–
Idıfüggı tulajdonságok
–
Elıfeszítés hatása
1200 1000 800 600 400 200 0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
Maximális elmozdulás [mm] Nyomás az alátét felülületén [MPa]
Reakció erı [N]
Reakció erı és a nyomás a csavarfej alatt
60 50 40 30 20 10 0 0
0.1
0.2
0.3 0.4 Maximális elmozdulás [mm]
11
Fröccs--szimuláció Fröccs
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:
0,445mm
Moldex:
0,556mm
13
Vetemedés vizsgálat, szerszám tervezés
Fröccsöntı szerszámok formaüregének kialakítása
Mértetek tőrése általában 0,01 mm tartományban
Méretpontatlanságok – Zsugorodásból Szerszám kialakítás, technológiai beállítás – Vetemedésbıl
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
viszkoelasztikus
eredményeinek
(mőanyagok)
anyagok
alkalmazása
tulajdonságainak
modellezése 16
Köszönöm a figyelmet
[email protected] 17
