Autodesk Simulation Moldflow Insight 2013: компьютерный анализ литья пластмасс

Игорь Барвинский
Главный специалист отдела САПР и инженерного анализа ЗАО «СиСофт»

Компания Autodesk объявила о выходе новой версии программного продукта Autodesk Simulation Moldflow Insight 2013 [1-2], предназначенного для компьютерного анализа литья полимерных материалов. По сравнению с ее предшественницей, которая имела название Autodesk Moldflow Insight 2012 [3], новая версия располагает дополнительными функциональными возможностями, направленными на расширение области применения, повышение точности оценок процесса, сокращение времени расчета и облегчение работы пользователя. Рассмотрим вкратце наиболее важные из них.

Анализ кристаллизации

Моделирование кристаллизации при литье термопластичных материалов — одно из интересных нововведений Autodesk Simulation Moldflow Insight 2013.

Расчет процесса кристаллизации полимерного материала на стадиях заполнения, уплотнения и охлаждения отливки в пресс­форме позволяет учесть тепловой эффект кристаллизации, спрогнозировать влияние кристаллизации на эффективную вязкость расплава, повысить точность прогнозирования температуры и давления полимерного материала в литьевой полости, объемной и линейной усадок, коробления и механических характеристик изделия. Применяемая модель кристаллизации [2] дает возможность определить скорость кристаллизации в зависимости от температуры, давления и течения (последнее вызывает явление ориентационной кристаллизации).

Расчет кристаллизации может проводиться при использовании 2,5D­технологий анализа по «средней линии» (midplane) и на поверхностной сетке (Dual­Domain). Результаты моделирования включают распределения степени кристалличности, степени ориентации кристаллической части, продольного и поперечного модулей упругости полимерного материала с учетом влияния кристаллизации.

Анализ разрушения и ориентации волокна

Конечная длина частиц волокнистого наполнителя в отливке для определенного диаметра волокна является одним из важнейших факторов, влияющих на усадочное поведение и механические свойства литьевого изделия. Особенно интенсивно разрушение волокна происходит при литье изделий из длинноволоконных композитов.

К новым функциональным возможностям программы относится анализ разрушения длинного волокна. Разрушение частиц волокна в литниковой системе и полости при их продольном изгибе и под действием сдвиговых напряжений в процессе заполнения пресс­формы расплавом рассчитывается с использованием статистического подхода, предложенного в работе [4].

В новой версии к анализу ориентации короткого и длинного волокнистого наполнителя для термопластичных материалов добавлен расчет ориентации волокна при переработке реактопластов.

Анализ заполнения, уплотнения и охлаждения отливки

В Autodesk Simulation Moldflow Insight 2013 внесены улучшения в алгоритмы 3D­расчета заполнения пресс­формы, прогнозирования спаев и автоматической оптимизации скорости впрыска.

Добавились возможности 3D­моделирования течения расплава в горячеканальных литниковых системах при использовании незапирающихся и запирающихся сопел. В технологии анализа Dual­Domain усовершенствован метод автоматического определения толщины в области ребер, что позволяет улучшить прогнозирование утяжек.

Тепловой анализ пресс­формы

Предыдущая версия обеспечивала возможности стационарного анализа охлаждения пресс­формы с использованием модели изделия в виде 3D­сетки или поверхностной сетки (метод Dual­Domain), а также нестационарного анализа для 3D­сетки. В новой версии к ним добавлен нестационарный анализ для модели изделия в виде поверхностной сетки. Также теперь можно моделировать тепловые процессы в пресс­форме с использованием комбинации различных сеток — например при сочетании 3D­модели пресс­формы с 1D­моделью охлаждающих каналов.

3D­модель пресс­формы может содержать электрические нагреватели (в том числе со встроенным контролем температуры) при различных методах управления температурой во времени. Для расчета горячеканального литья могут применяться 3D­модели горячеканальных сопел с нагревательными элементами, позволяющими смоделировать нестационарные тепловые процессы в соплах.

Появилась возможность 3D­анализа тепловых процессов в пресс­форме при переработке реактопластов для нагрева с помощью масла и электрических нагревателей.

Анализ литья с вариотермическим термостатированием пресс­формы

Еще одна интересная возможность, предложенная в новой версии, — моделирование литья с вариотермическим (variotherm) термостатированием пресс­формы. В литературе для данной технологии применяют также альтернативные названия: литье с «пульсирующим охлаждением» (pulsed­cooling), литье «с быстрым нагревом и охлаждением» (rapid heating and cooling), литье «с быстрым циклом нагрева» (rapid heating cycle) и др. В этой технологии, которая становится всё более популярной, формующую поверхность нагревают перед стадией впрыска до более высокой температуры по сравнению с температурой формы в обычном литье термопластов под давлением, а после окончания заполнения и уплотнения (по крайней мере, его начальной фазы) производят охлаждение формы.

Расчеты могут проводиться для различных способов нагрева пресс­формы с помощью воды, водяного пара, электронагревателей и индукторов.

Подготовка геометрической модели и новые возможности интеграции

В новой версии появилась возможность чтения модели литьевого изделия в форматах Autodesk Alias, NX и Rhino, обеспечена интеграция с продуктами семейства Autodesk Vault (управление файлами проекта). Значительно сократилось время, необходимое для чтения моделей и построения сеток, что особенно важно при работе с большими сетками.

Улучшены алгоритмы построения сеток, в том числе сеток на соприкасающихся поверхностях литьевого изделия и вставок пресс­формы, а также добавлены алгоритмы проверки качества 3D­сеток.

Другие изменения

Отметим некоторые другие усовершенствования, реализованные в Autodesk Simulation Moldflow Insight 2013:

• введены улучшения в алгоритмы расчета температуры вставок при литье со вставками, деформаций знаков и пуансонов пресс­формы;
• использован более быстрый алгоритм расчета температуры при двухкомпонентном литье;
• появились возможности моделирования новых вариантов процесса герметизации интегральных микросхем;
• улучшено управление памятью компьютера при выполнении расчетов, а также управление параллельными расчетами;
• расширены возможности расчетов на графических процессорах;
• обновлена база данных по полимерным материалам.  

Литература

1. Autodesk Simulation Moldflow Insight 2013 Beta 1: What’s new in this release. Autodesk Inc., 2011. 17 p.
2. Autodesk WikiHelp. 2012 // http://wikihelp.autodesk.com.
3. Барвинский И.А. Autodesk Moldflow Insight 2012: расширение возможностей анализа литья термопластов // CADmaster. 2011. № 2. С. 20­22.
4. Phelps J.H. Processing­microstructure models for short­ and long­fiber thermoplastic composites: Ph.D. thesis. Urbana­Champaign: University of Illinois, 2009.

САПР и графика 5`2012