注塑加工成型模擬與現實(shí)世界相遇

注塑加工成型模擬和注塑機之間的直接數據接口將計算機模型與現實(shí)世界的過(guò)程聯(lián)系起來(lái)。這可以通過(guò)持續生產(chǎn)改善產(chǎn)品和模具設計的結果。一個(gè)案例研究展示了家庭模具中汽車(chē)部件的這些好處。

使用當今的數字工具，甚至在新注塑產(chǎn)品的模具配置之前就已經(jīng)生成了大量信息。例如，使用仿真來(lái)識別可能的澆口位置、檢查型腔的填充行為、設置注塑工藝的邊界條件以及優(yōu)化模具冷卻。當模擬結果令人滿(mǎn)意時(shí)，可以開(kāi)始模具生產(chǎn)，然后進(jìn)行試制、優(yōu)化機器設置，進(jìn)行批量生產(chǎn)。然而，在取樣期間，通常需要對型腔進(jìn)行返工以達到所需的產(chǎn)品質(zhì)量。這會(huì )顯著(zhù)提高項目成本并延長(cháng)新產(chǎn)品的上市時(shí)間。

模擬中定義的許多工藝參數沒(méi)有轉移到生產(chǎn)過(guò)程中這一事實(shí)可能是額外工作的原因之一。為什么會(huì )這樣？主要問(wèn)題在于對模擬過(guò)程生成的值進(jìn)行耗時(shí)的轉換以使其有用。此外，模擬技術(shù)人員收到的關(guān)于隨模具提供的配置數據記錄質(zhì)量或模擬質(zhì)量的反饋幾乎為零。

首先，模擬和注塑機控制器需要學(xué)習如何用同一種語(yǔ)言相互交談。

為了突破這一數據障礙，Engel開(kāi)發(fā)了一種數據接口，稱(chēng)為simlink，該接口有助于將在模具生產(chǎn)之前通過(guò)仿真定義的參數設置以以下形式直接傳輸到注塑機的控制單元一組初始的建議設置。相反，該接口還可以將現實(shí)世界的工藝數據從成型機傳輸回模擬環(huán)境。目的是通過(guò)迭代進(jìn)步來(lái)提高模擬的質(zhì)量。這樣，仿真技術(shù)人員和生產(chǎn)技術(shù)人員就可以互相利用彼此的知識和成果，互相學(xué)習。

模擬的準確性很大程度上取決于建模和材料數據的質(zhì)量；換句話(huà)說(shuō)，它是一個(gè)“garbage-in/garbage-out”系統。仿真越逼真，結果越好，仿真的好處也越大。因此，simlink接口同樣可以作為后處理器來(lái)導出注塑機的初始設置，也可以作為預處理器將生產(chǎn)數據導入模擬環(huán)境。因此，simlink旨在從注塑產(chǎn)品的模擬中生成一組初始建議設置，同時(shí)通過(guò)生產(chǎn)反饋穩步提高模擬質(zhì)量。為此，simlink配備了三個(gè)功能：修改、導出和導入。

在修改功能中，將模擬的邊界條件和工藝設置與為產(chǎn)品設想的注塑機進(jìn)行比較。例如，目標動(dòng)力學(xué)包含在邊界條件中，并且根據機器限制檢查模擬的過(guò)程設置。修改可以衡量產(chǎn)品是否可以在選定的成型機上實(shí)際制造。

在Export中，接收用于在機器上取樣新模具的建議初始設置，并直接傳輸到Engel注塑機的控制裝置。因此，模擬的邊界條件被轉換為可以寫(xiě)入成型機的零件數據集，其設置值可以由控制器正確解釋。過(guò)程參數和配置文件會(huì )自動(dòng)與所選機器的極限值進(jìn)行比較。通過(guò)這種方式，處理器可以使用經(jīng)過(guò)仿真測試的設置更有效地開(kāi)始生產(chǎn)。

注塑機數據庫確保通過(guò)對實(shí)際機器能力的準確建模來(lái)執行模擬。

在導入的情況下，情況正好相反：來(lái)自生產(chǎn)機器的真實(shí)參數值和信號被引導回模擬程序。使用該反饋，模擬技術(shù)人員可以驗證模擬質(zhì)量、比較壓力曲線(xiàn)并積累專(zhuān)業(yè)知識。

當前版本的simlink可與兩個(gè)仿真工具一起使用——Autodesk的Moldflow和Simcon的Cadmould。數據接口與帶有CC200和CC300控制單元的Engel注塑機兼容；不需要額外的軟件或硬件。

simlink生成的建議設置可以通過(guò)多種方式傳輸到注塑機。數據傳輸可以通過(guò)公司網(wǎng)絡(luò )（例如網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)器或MES）或通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行。如果機器未聯(lián)網(wǎng)，也可以使用U盤(pán)進(jìn)行傳輸。敏感數據（例如CAD文件和完整模擬項目的信息）保留在用戶(hù)的本地系統中，不需要使用simlink。只有必要的參數和設置通過(guò)接口傳輸，因此用戶(hù)在任何時(shí)候都可以完全透明地了解數據流量。

通過(guò)模擬確定的初步設置和真實(shí)世界的成型過(guò)程結果來(lái)回共享有助于改進(jìn)模擬和優(yōu)化機器設置。

進(jìn)行測試

Engel與OerlikonHRSflow和Borealis合作，對simlink進(jìn)行了廣泛的實(shí)際測試。三腔一熱流道葉柵8個(gè)伺服電動(dòng)噴嘴的家庭模具投入生產(chǎn)。有問(wèn)題的部件是車(chē)門(mén)的內部裝飾、地圖袋和加強元件，所有部件均由含有7%礦物填料的聚丙烯制成。

零件生產(chǎn)的設置將通過(guò)模擬確定和優(yōu)化。優(yōu)化的重點(diǎn)是所有三個(gè)型腔的流動(dòng)前沿速度恒定，以及熱流道伺服電動(dòng)噴嘴的切換點(diǎn)。在這個(gè)具有不同尺寸型腔的家庭模具中，的挑戰是協(xié)調熱流道噴嘴的級聯(lián)到流動(dòng)前沿位置。

仿真模型在A(yíng)utodeskMoldflow中建立，包含型腔、整個(gè)熱流道、伺服電針關(guān)閉噴嘴和機器噴嘴，包括螺桿前面的一些空間。模具冷卻也包括在模擬中。

用于汽車(chē)熱流道系列模具的AutodeskMoldflow仿真模型具有八個(gè)伺服電動(dòng)閥式澆口噴嘴。

首先，使用相對注射曲線(xiàn)進(jìn)行與機器無(wú)關(guān)的模擬，注射速度被定義為通過(guò)型腔填充水平的體積流量百分比。因此，型腔中任何點(diǎn)的熔體前沿速度與系統中的熔體壓縮無(wú)關(guān)。

首先，使用相對注射曲線(xiàn)執行與機器無(wú)關(guān)的模擬，其中注射速度被定義為通過(guò)型腔填充水平的體積流量百分比。

目的是在整個(gè)灌裝過(guò)程中保持恒定的流動(dòng)前沿速度。各個(gè)熱流道噴嘴的切換點(diǎn)是根據灌裝期間的流動(dòng)前沿位置確定的。指定腔中的流動(dòng)前沿將在相應的澆口處與來(lái)自噴嘴的流動(dòng)前沿相遇。這很容易通過(guò)初始的獨立于機器的模擬來(lái)實(shí)現；各個(gè)噴嘴的打開(kāi)時(shí)間完全相互分離，并與系統中的熔體壓縮完全分離。這表明，通過(guò)選擇與機器無(wú)關(guān)的仿真，即使是復雜的系統也可以非?？焖俚貎?yōu)化，并且仿真中的迭代次數很少。

通過(guò)模擬優(yōu)化流程

在與機器無(wú)關(guān)的模擬中，所有初始設置都是使用simlink為所選注塑機確定和修改的。為了在特定生產(chǎn)機器的基礎上進(jìn)一步優(yōu)化流程，再次模擬獲得的機器相關(guān)設置。

由于與機器相關(guān)且因此非?，F實(shí)的參數的結果非常令人滿(mǎn)意，因此生成了一個(gè)初始數據集用于采樣并輸出到生產(chǎn)機器的CC300控制單元。

根據從模擬中獲得的值，在HRSFLEXflow控制單元中手動(dòng)輸入開(kāi)針設置。當啟動(dòng)注塑機時(shí)，實(shí)際的切換點(diǎn)隨后被設置為與模擬相匹配。不需要其他優(yōu)化步驟來(lái)生產(chǎn)所需質(zhì)量的零件。

標有箭頭的針式關(guān)閉噴嘴打開(kāi)時(shí)的填充過(guò)程快照。模擬數據與實(shí)際短射之間有很高的一致性。

顯示了在圖像中標記的針式關(guān)閉噴嘴打開(kāi)時(shí)間的填充過(guò)程中的快照。在模擬中，注意確保對于所有針式關(guān)閉噴嘴，相應腔體的流動(dòng)前沿和要打開(kāi)的關(guān)閉噴嘴在澆口處相遇，以避免焊接線(xiàn)。該描述顯示了初始模擬數據和實(shí)際短射之間的高度一致性。

描繪了從速度控制的注射階段切換到壓力控制的保壓階段時(shí)的快照。再次，模擬和實(shí)際零件之間的一致性水平非常高。

從注射階段切換到保壓階段時(shí)的快照也顯示了仿真和實(shí)際零件之間的極好一致性（注意突出顯示的細節區域）。

為了向模擬技術(shù)人員提供有關(guān)在模擬中確定的設置參數的可用性的反饋，在實(shí)際過(guò)程中使用的零件數據和測量結果通過(guò)simlink從機器傳回模擬程序。由于simlink自動(dòng)編輯和導入生產(chǎn)中的實(shí)際數據，仿真技術(shù)人員可以立即開(kāi)始后期仿真；無(wú)需繁瑣的手動(dòng)輸入值和配置文件。具有特殊價(jià)值的事實(shí)是，實(shí)際機器行為被傳送到具有實(shí)際曲線(xiàn)的模擬程序中，包括切換期間注射壓力的波動(dòng)，直到達到所需的保壓壓力。

比較注射壓力曲線(xiàn)表明，盡管使用了真實(shí)的工藝設置，但模擬預測的峰值遠低于在成型過(guò)程中測量的峰值。然而，在初的成型試驗中沒(méi)有測量粘度的壓力依賴(lài)性。為粘度的壓力依賴(lài)性添加因子D3產(chǎn)生了更接近實(shí)際成型試驗的模擬結果。

模擬的流動(dòng)前沿速度與實(shí)際注入參數非常吻合。當比較圖7中的注射壓力曲線(xiàn)時(shí)，很明顯模擬預測的峰值遠低于在成型過(guò)程中測量的曲線(xiàn)，盡管使用了實(shí)際的工藝參數。仔細觀(guān)察材料參數（Moldflow“三重金標準”）表明，沒(méi)有測量粘度的壓力依賴(lài)性。在普遍使用的cross-WLF模型中，壓力依賴(lài)性用參數D3來(lái)描述；在這種情況下，D3=0。通過(guò)根據經(jīng)驗調整此參數，可以快速實(shí)現測量和模擬壓力曲線(xiàn)之間更好的一致性。

來(lái)自生產(chǎn)的反饋有助于模擬技術(shù)人員更好地了解生產(chǎn)中使用的材料以及相關(guān)工藝參數的質(zhì)量。這樣，其他應用程序的模擬質(zhì)量就會(huì )提高。例如，可以對后續項目進(jìn)行更準確的壓力預測。

型腔壓力曲線(xiàn)的比較還可以提供有關(guān)諸如存儲在模擬數據庫中的材料參數質(zhì)量等方面的附加信息。型腔壓力的發(fā)展對所討論的模制零件的收縮和翹曲有重大影響。因此，目的是通過(guò)模擬盡可能準確地預測型腔壓力的發(fā)展。

根據所選注塑機修改模擬參數，可以使用更復雜的注塑曲線(xiàn)并真實(shí)地評估循環(huán)時(shí)間。來(lái)自生產(chǎn)的反饋有助于提高模擬質(zhì)量，從而避免昂貴的模具返工。