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    對液態硅膠(LSR)模具進行了虛擬分析,優化熱布局,降低廢品率,提升廠商盈利能力

    責任編輯:盈泰高精  發布日期:2022-04-15
    文章導讀

    在LSR注射成型中,SIGMASOFT? Virtual Molding可替代真實的注塑機,對部件和模具進行優化,對模具布局、生產率和部件質量等作出重要決策。

    法國CVA Silicones公司使用SIGMASOFT? Virtual Molding對一副4腔lsr模具進行了虛擬分析,優化了熱布局,降低了廢品率,避免了高昂的質量問題,提升了盈利能力。

    液態硅膠lsr)制品的需求正在不斷增長,特別是在醫療和嬰兒護理市場,高的熱穩定性和極佳的生理性能,使得LSR成為未來廣泛應用的首選材料(如圖1所示)。然而,成型LSR卻具有挑戰性:它是一種反應性材料,加工窗口窄,產生的廢品廢料無法再加工;正確的模具排氣對于避免空氣滯留也至關重要;熔接線位置和填充方式(比如噴射)會影響最終產品的質量。另外,為縮短循環時間、降低成本以及獲得良好的產品質量,整個成型周期中還要確保合適的模具溫控。

    圖1 醫療保健和消費市場的不斷增長顯示出對硅膠制品需求的不斷增加

    要實現利潤最大化并降低廢品率,必須深入了解整個成型過程,預測可能出現的問題,包括流動和硫化,以及整個成型過程的溫控條件。為了采用一副4腔模具生產硅膠奶嘴,CVA Silicone公司聯系了Sigma公司,希望就此項目為其決策提供技術支持。他們將SIGMASOFT? Virtual Molding用于模具開發的各個階段,以評估流道設計、模具溫控以及成型系統的整體效率。

    第一種方法構思了一種X形流道布局,如圖2左所示。由于采用了傳統流道,所以可以最大程度地減少廢品。其流道是圓柱形的,最小直徑4mm,流道容積占整體注射量的52%。

    圖2左:最初的流道布局采用傳統流道,產生了52%的廢料;右:優化的冷流道布局消除了廢料的產生,通過SIGMASOFT? Virtual Molding迭代實現了最佳布局

    找到最佳流道

    對傳統流道布局的首次填充分析進一步表明,部件會產生熔接線,如圖3所示,這對于機械完整性和部件美觀性而言都不是理想的效果。因此,需要考慮冷流道的替代方案。在冷流道中,沒有出現材料網格,無廢料產生。由于需要額外的投資,必須仔細評估這一方法的可行性。

    采用SIGMASOFT? Virtual Molding對不同的冷流道布局方案進行了評估。通過幾次虛擬迭代,對填充平衡、壓降、飛邊、鎖模力和硫化時間等參數進行了評估。在迭代分析中,模具就像在實際中運行一樣,所有的組件,每一個都有自己的材料特性。最佳的流道布局可最大程度地減小壓降和飛邊,同時確保最佳熱性能,如圖2右所示。用于分析的模具配置如圖4所示,所需的循環時間、能源效率和壓力證實了該替代方案的經濟可行性,每一次注射量顯著減少了52%。

    圖3 最初的X形流道布局將澆口放在部件側面,從而沿著部件產生了不理想的熔接線

    圖4 優化的完整模具配置,包括冷流道系統

    硫化:復雜的熱相互作用結果

    找到最佳填充概念后,就可以對模具進行熱分析。在這種情況下,目標是獲得成型過程中每個點和每個步驟真實的模具溫度,以預測LSR材料硫化所需的能量。與實際生產一樣,模具連同所有組件(如圖4所示)在多次成型周期中反復再生產,生產參數與實際生產相同:填充和硫化條件,甚至包括循環之間的非生產時間。模具從室溫開始,通過加熱筒進行調溫,就像在注射機中一樣,虛擬“運行”幾個周期,直到系統達到準穩定的熱狀態——與實際相同的模擬條件,這將幫助模擬出和實際生產一致的部件質量。

    如圖5所示,模具冷熱區非常明顯??梢暬男袨?,為改善加熱帶的幾何形狀以及規劃系統內傳感器的位置帶來了可能。圖6表示模具動模的溫度分布,這是經過幾次成型周期后的真實溫度,由加熱系統、模具材料、冷流道和進入的冷熔體之間的相互作用而產生。如圖6所示,各部分都有明顯的溫度梯度,型腔底部的溫度大約是160℃,而奶嘴尖部,溫度幾乎降低到了20℃。如此大的溫度梯度誘發了硫化行為的變化,增加了理論上的循環時間。

    圖5 真實的模具熱分布:模具冷熱區非常明顯

    圖6 真實的模具動模溫度分布,底部和尖部之間形成了明顯的溫度梯度

    為便于比較,采用160℃的均勻的模具溫度獲得的硫化結果如圖7左所示,在此理想情況下,需要30s的硫化時間。圖7右給出了采用實際模具溫度下的硫化結果??梢悦黠@看出,30s時部件尖部只實現了43%的硫化。由此可以看出,不考慮模具因素的話,部件性能會受到影響,導致作出昂貴的決策,且很可能要在真實模具上進行多次盲目的迭代,才能找到失敗的原因。

    圖7 左:采用160℃的均勻的模具溫度,30s后奶嘴尖部的硫化程度;右:采用圖5所示的實際模具溫度,30s后奶嘴尖部真實硫化僅為43%

    在LSR注射成型中,SIGMASOFT? Virtual Molding可替代真實的注塑機,對部件和模具進行優化,對模具布局、生產率和部件質量等作出重要決策。通過短時間內低成本地嘗試概念,顯著減少了在生產車間的迭代次數,加快了產品開發過程,降低了研發成本,最終,節省了資源,提高了生產過程的利潤率,進一步釋放了機器和人員的效能。

    借助SIGMASOFT? Virtual Molding,CVA Silicones公司改進了部件,避免了質量問題。此外,由于模具設計和工藝設置的變化,以及預先在計算機上進行的安全嘗試,避免了昂貴的模具迭代和生產之初反復的試驗,贏得了產品競爭力。


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