Moldflow Plastics Insight Een eerste kennismaking
Inhoudsopgave Omschrijving Pagina Voorwoord 1 1 Modelleren 2 2 Starten met Moldflow 3 3 Mesh 5 4 Simulatie en resultaten 8 Nawoord 10
Voorwoord Moldflow is een eindig elementen pakket dat de mogelijkheid biedt spuitgietprocessen te analyseren en optimaliseren zonder dat er kostbare matrijzen geproduceerd hoeven te worden. Dit opstapje in Moldflow kan niet beschouwd worden als naslagwerk, het dient slechts als introductie tot het programma en de gebruiker zal niet genoeg hebben aan alleen deze handleiding. Als zeer nuttige informatiebron zij verwezen naar de Tutorials van Moldflow en natuurlijk naar de Helpfunctie. Moldflow is een nuttig pakket dat U bij het ontwerpen van matrijzen zeer veel tijd kan besparen, vertrouw echter niet altijd blindelings op de uitvoer van het pakket! Denk zelf na en ga na of de resultaten overeenstemmen met Uw verwachtingen. Om zelf een volledige analyse te kunnen doen is enige kennis van Unigraphics NX vereist.
1 Modelleren Voordat er met Moldflow gewerkt kan worden dient het te analyseren werkstuk gemodelleerd te worden. Dit gebeurt in Unigraphics NX. Naast het werkstuk zelf dient Uw NX-model ook de runners en dergelijke te bevatten. Deze kunnen ook in Moldflow gemodelleerd worden, maar het modelleren van de runners blijkt in NX prettiger te werken. Het modelleren van het werkstuk kan op twee manieren in NX. U maakt of gebruik van standaard features of U tekent het volledige model in een sketch en extrudeert die vervolgens. Als het werkstuk gereed is kunnen de runners gemodelleerd worden. Ook hiervoor kunt U de sketcher gebruiken, of de standaard features gebruiken (pads, bosses etc.). Een voorbeeldmodel is weergegeven in figuur 1. Belangrijk: Voordat U gaat analyseren in Moldflow dient U alle geometrie samen te voegen tot één solid body door middel van een unite-operatie Figuur 1: Model inclusief runner Het model inclusief runners dient nu opgeslagen te worden in het STL-formaat, met extensie.stl. Kies hiervoor File Export STL
2 Starten met Moldflow Het importeren van het NX-model gaat via File Import. Nadat U het model heeft geselecteerd wordt U gevraagd een meshtype te selecteren. Er zijn drie soorten meshes: Midplane. Dit type gebruikt U bij dunwandige producten, bijvoorbeeld covers voor een mobiele telefoon. Bij dit soort producten is de dikte van het product dermate klein dat deze een verwaarloosbare invloed heeft op de koeling van het product. Fusion. Complexe producten, minder nauwkeurig dan 3D 3D. Complexe producten met een groot volume. Nauwkeurigere resultaten dan Fusion, vergt echter meer rekentijd. Nu wordt het werkstuk in Moldflow geïmporteerd. Rechts is in het werkscherm het werkstuk te zien, links is het tasks-tabblad te zien, zie figuur 2. In het tweede vak staat genoemd Study Tasks. Dit is een nuttig onderdeel, omdat hierin alle stappen genoemd staan die genomen moeten worden om tot een analyse te komen. De eerste stap is Part, het te analyseren onderdeel. Dit onderdeel is al geselecteerd met het importeren van Uw model. Vervolgens dient een Mesh gecreëerd te worden. Deze stap blijkt veel problemen te geven, meer hierover in het volgende hoofdstuk. Als er een Mesh gemaakt is wordt de Analysis Sequence ingesteld. In figuur 2 is hierbij gekozen voor Fill, maar er zijn meer opties. Het is verstandig te beginnen met slechts een Fill analysis en als het resultaat daarvan U tevreden stelt verder te gaan met andere analyses. Zie ook hoofdstuk 4 in deze handleiding. Het te gebruiken materiaal kan in de volgende stap geselecteerd worden. Figuur 2: Tasks-tabblad in Moldflow U kunt een Manufacturer selecteren en vervolgens een Trade name. Wanneer U een materiaal geselecteerd heeft kunt U de eigenschappen van het materiaal bekijken door op Details te klikken. Nu dient U de Injection Locations aan te geven. Dit kan één, of meerdere punten zijn waar het polymeer wordt ingespoten. Wanneer U gebruik wilt maken van
Gas-assisted Injection Molding is het ook noodzakelijk de injectielocatie van het gas aan te geven. Daarvoor dient eerst gekozen te worden voor Analysis Set molding process Gas-assisted Injection Molding. Vervolgens verschijnt in het Tasks-tabblad, direct onder Set Injection Locations, de optie Set Gas Entrances. Met deze optie wordt het punt, of punten, aangegeven waar het gas moet worden geïnjecteerd. Uiteraard kan hiervoor hetzelfde punt gekozen worden als waar het polymeer wordt geïnjecteerd. Het plaatsen van de injectiepunten wordt afgesloten door op de rechtermuistoets te duwen en te kiezen voor Finish Set Injection Locations / Finish Set Gas Entrances. De laatste stap is het aangeven van de Process Settings. In dit menu worden diverse parameters ingegeven die het proces bepalen. Ook kan hier bijvoorbeeld de injectiedruk en tijd worden aangegeven.
3 Mesh Het creëren van de mesh is een belangrijke stap. De volledige numerieke analyse is afhankelijk van de mesh, deze moet dus goed zijn. Voordat U begint met het creëren van een mesh dient U eerst Uw werk te saven. Het verschil tussen het creëren van een Fusion-mesh en een 3D-mesh is dat een 3D-mesh gemaakt wordt uit een Fusion-mesh. Het volgende stuk heeft betrekking op het creëren van een 3D-mesh, maar voor het creëren van een Fusion-mesh verloopt het proces vrijwel hetzelfde. De verschillen ziet U vanzelf. Wanneer U dubbelklikt op Create Mesh in het Tasks-tabblad, zal Moldflow melden dat er eerst een Fusion-mesh gemaakt wordt. Het maken van een 3Dmesh gaat namelijk via een kleine omweg. Moldflow maakt eerst een Fusionmesh en zet deze vervolgens, in een tweede stap, om in een 3D-mesh. Wanneer U op OK klikt verschijnt het Generate Mesh scherm, zie figuur 3. Het belangrijkste gegeven dat hier ingegeven kan worden is de Global edge length. Deze waarde geeft aan hoe fijn de mesh wordt. Een kleine waarde geeft een goed resultaat, maar kost veel rekentijd. Simulaties kunnen een dag kosten bij een fijne mesh. De juiste waarde voor Global edge length bestaat niet. Het is verstandig te beginnen met een grove mesh. Vervolgens kiest U voor een volgende stap een fijnere mesh en U herhaalt dit proces net zo lang, tot dat de resultaten van twee opeenvolgende stappen niet meer significant van elkaar verschillen. In die situatie heeft U een mesh die goede resultaten geeft en niet onnodig veel rekentijd vereist. Figuur 3: Generate Mesh scherm Klik op Mesh Now en Moldflow start met het creëren van de mesh. U kunt dit proces volgen in het scherm onder het werkscherm, in het tabblad Mesh Log. Wanneer dit scherm niet zichtbaar is vinkt U in het Tasks tabblad de optie Logs aan. Als het zogenaamde meshen gereed is heeft Moldflow de eerste stap gezet in het creëren van de 3D-mesh. Op dit moment beschikt U dus over een Fusionmesh, die U nog moet omzetten in een 3D-mesh. Het is echter noodzakelijk om
eerst mogelijke defecten uit de Fusion-mesh te halen. Dit proces wordt Mesh Repairing genoemd en zorgt er voor dat U een foutloze mesh krijgt. Allereerst dient U te bekijken of Uw mesh wel enige fouten bevat. Immers, een foutloze mesh hoeft niet gerepareerd te worden. Klik hiervoor op Mesh Mesh Statistics. Vervolgens verschijnt het Mesh Statistics scherm, zie figuur 4. In dit scherm kunt U verschillende details zien, die U iets zeggen over de kwaliteit van de mesh. De volgende opmerkingen gelden voor Fusion- en 3D-meshes. Voor een Midplane-mesh zijn er namelijk wel free edges in het model. Ook is dan de waarde van Elements not oriented niet van belang. Onder Entity counts is de waarde van Connectivity regions van belang. Dit getal geeft het aantal losse delen van Uw mesh weer. Als Uw model uit één stuk bestaat, moet de waarde 1 zijn. In Edge details moeten de waardes bij Free edges en bij Non-manifold edges allebei 0 zijn. Onder Orientation details en onder Intersection details moeten alle waardes 0 zijn. Tot slot worden er waardes gegeven voor de aspect ratio. Figuur 5: aspect ratio Figuur 4: Mesh Statistics scherm Dit getal geeft de verhouding weer tussen de lange en korte zijde van de driehoeken waaruit de mesh is opgebouwd. In figuur 5 is dit getal gedefinieerd als a/b. De aspect ratio moet niet te hoog zijn, omdat berekeningen dan niet meer nauwkeurig zijn. Streef naar een maximale aspect ratio van 6, maar houd er rekening mee dat deze waarde lang niet altijd haalbaar is. Nu U iets weet over het al dan niet aanwezig zijn van defecten in Uw mesh is het zaak deze te repareren. Hiervoor zijn twee methoden, te weten met de Mesh Repair Wizard en handmatig. Het handmatig repareren van de mesh zal niet verder aan de orde komen, dit ligt buiten het doel van deze handleiding. Meer informatie over het handmatig repareren is te vinden in de Help en in de Tutorials. U start de Mesh Repair Wizard via Mesh Mesh Repair Wizard. Vervolgens verschijnt het eerste scherm van de Mesh Repair Wizard, zie figuur 6. De wizard laat per onderdeel zien wat de diagnose van Moldflow is. In het eerste scherm laat Moldflow zien dat er geen free edges zijn. Wanneer dit wel het geval is, klikt U op Fix. Als het defect is gerepareerd klikt U op Next. Op deze manier loopt U
alle mogelijke problemen na. Het laatste scherm waar U de mesh nog kunt aanpassen is het Aspect Ratio scherm. Hierin kunt U een target aspect ratio ingeven. Nadat U op Fix geklikt heeft zal Moldflow proberen de aspect ratio s in Uw mesh naar die waarde te verlagen. De door U opgegeven target ratio zal echter lang niet altijd gehaald worden, handmatig repareren is dan eventueel nog een optie. Als Uw mesh geen defecten meer bevat kunt U de mesh een tweede keer genereren. Immers, het produceren van een 3D-mesh bestaat uit meerdere stappen. Eerst het creëren van een Fusionmesh, vervolgens die Fusionmesh repareren en daarna deze mesh omzetten naar een 3D-mesh. U bent nu toe aan de laatste stap, het omzetten naar een 3D-mesh. Dubbelklik nu weer op Create Mesh in het Tasks-tabblad. Figuur 6: Mesh Repair Wizard Denk er aan eerst Uw werk te saven. Opnieuw verschijnt het Generate Mesh scherm. Klik op Mesh Now. Nu wordt de 3D-mesh gemaakt. Als alles goed gaat geeft Moldflow een melding dat de mesh gemaakt is en er verschijnt een groen vinkje voor Create Mesh in het Tasks-tabblad.
4 Simulatie en resultaten Alvorens op de resultaten in te gaan wordt nog kort besproken wat de verschillende Analysis Sequences inhouden. Er zijn verschillende mogelijkheden, waarvan er drie kort uitgelegd zullen worden: Fill. Deze stap omvat slechts het injecteren van het polymeer in de matrijs. Het is aanbevolen te beginnen met deze analyse. Hiermee controleert U het vloeipatroon, injectiedruk, aanwezigheid van airtraps en/of weld lines. Als U tevreden bent met de resultaten kunt U verder gaan met andere analyses Flow. Naast het injecteren wordt ook de nadruk meegenomen in de simulatie. Flow + Warp. Met deze analyse kunt U bekijken of het model kromtrekt. U wilt dit uiteraard te allen tijde voorkomen. Indien U alle stappen correct heeft uitgevoerd staat nu voor ieder punt in het Tasks-tabblad een groen vinkje, behalve voor Analyze Now! Dubbelklik op Analyze Now! De simulatie zal, nadat U in het volgende scherm op OK klikt, starten. De voortgang hiervan kunt U volgen in het Screen Output scherm, dat te zien is als de optie Logs staat aangevinkt in het Tasks tabblad. U kunt de simulatie eventueel afbreken via de Job Manager. U opent de Job Manager via Analysis Job Manager, of makkelijker via Ctrl-J. Houd er rekening mee dat simulaties lang kunnen duren, enkele uren tot een dag is niet ongebruikelijk. Als de simulatie succesvol is afgerond verschijnt er in het Tasks tabblad een optie Results. U kunt een resultaat bekijken door een vinkje te zetten in het betreffende vakje. In figuur 7 is voor Fill time gekozen. Goed te zien is dat er sprake is van een hesitation-effect. Figuur 7: Fill time resultaat U kunt een animatie van het resultaat zien door in de werkbalk de Animate optie te gebruiken. Deze optie is overigens niet voor alle resultaten beschikbaar. De volgende resultaten zijn van belang bij het ontwerpen van de matrijs:
Fill time. Geeft de tijd weer die nodig is om de matrijs te vullen. Wanneer er aan de wanden grote verschillen zijn in vultijd is er een probleem. Weld lines. Bij een weld line komen twee vloeifronten samen. Een weld line kan leiden tot zwakke plekken in het model (breuk), maar is ook vaak goed zichtbaar, niet mooi dus. Air traps. Punten waar lucht opgesloten zit. Air traps ontstaan wanneer de lucht niet kan ontsnappen uit de matrijs. Warpage. Kromtrekken van het model, uiteraard dient dit vermeden te worden. Clamp force. De maximale clamp force van de gebruikte machine mag (kan) niet overschreden worden. Het is dus belangrijk hier naar te kijken. Shrinkage. Krimpen van het model. U kunt krimpen compenseren met behulp van de procesparameters. Afhankelijk van welke analysis sequence U gekozen heeft kan een aantal van de genoemde resultaten niet beschikbaar zijn.
Nawoord U heeft nu in vogelvlucht het programma Moldflow doorlopen. Er zullen ongetwijfeld nog zaken onduidelijk zijn, het is niet het doel van deze handleiding geweest een Moldflowexpert van U te maken. Wat wel de bedoeling is geweest, is dat U enigszins begrijpt wat het pakket kan en verder zelf Uw weg kunt vinden. Daarbij kunt U, zoals eerder genoemd, gebruik maken va Help en Tutorials. Wat ook eerder genoemd is, maar zeer belangrijk: blijf altijd zelf nadenken over de resultaten. Wanneer U denkt dat Moldflow resultaten geeft die onmogelijk zijn, bestaat er altijd de mogelijkheid dat de resultaten ook daadwerkelijk onmogelijk zijn.