Como Alcançar o Sucesso em Simulação: Parte 2 – Caracterização de Materiais
Nesta série de três partes, estamos examinando os componentes de uma simulação bem-sucedida de moldagem, incluindo as perguntas a serem feitas e os fatores-chave a serem considerados para garantir que a simulação seja realizada corretamente desde o início. Na parte um, discutimos a precisão do modelamento e a malha. Continuando nesta série, este artigo explorará a caracterização de materiais.
Qualidade do Material
Para fazer previsões precisas, são necessários dados de material de alta qualidade. O Moldflow ajuda os analistas a determinar a qualidade de sua caracterização de material, fornecendo Indicadores de Completude de Dados de Material para preenchimento, embalagem e deformação. Esses indicadores são classificados como bronze, prata ou ouro. Os níveis de classificação são baseados no método de teste, na qualidade dos dados testados (número de pontos de dados registrados) e na recente atualização dos testes (as classificações expiram com o tempo).
Quando a precisão é fundamental, a análise deve ser realizada usando materiais com classificação ouro.
Uma classificação ouro, com sua caracterização detalhada, dará ao usuário uma confiança considerável nos resultados. Classificações de bronze podem consistir em dados potencialmente de ponto único (dados incompletos) e/ou dados suplementares (valores não testados e calculados). As classificações prateadas podem ser uma combinação dos dois, com alguns valores testados, mas também alguns dados suplementares ou incompletos. Para ser claro, materiais classificados como bronze ainda podem fornecer resultados úteis e ajudar a tomar decisões de design, mas não devem ser esperados para fornecer valores precisos. Quando a precisão importa, a análise deve ser realizada usando materiais com classificação ouro.
Fontes de Teste
Existem várias fontes para obter caracterizações de materiais para o Moldflow. Os Laboratórios de Plásticos Autodesk Moldflow possuem seu próprio laboratório de testes localizado na Austrália. Também existem laboratórios dedicados a testes de materiais, como Beaumont Advanced Processing (Erie, Pa.) e DatapointLabs (Ithaca, N.Y.). Além disso, fabricantes de materiais muitas vezes possuem suas próprias capacidades de teste. Naturalmente, as capacidades e equipamentos de teste variarão entre essas fontes. Apenas os Laboratórios de Plásticos Autodesk Moldflow e seu parceiro Beaumont Advanced Processing possuem métodos de teste proprietários como Reômetro de Injeção de Moldagem (IMR) para viscosidade e dados de contração medidos (CRIMS), que discutiremos logo mais.
Dados Medidos
Na Figura 1, vemos uma captura de tela dos detalhes da propriedade do material que o analista pode visualizar dentro do software. Esses detalhes do material podem começar a dar ao analista mais insights sobre a qualidade da caracterização, além de uma simples classificação de ouro, prata ou bronze. A linha destacada mostra quem testou os dados e então dois campos adicionais: um para dados de pvT e um para propriedades mecânicas. Entre esses dois campos, existem duas opções: medidos ou suplementares. Dados medidos significam que foram medidos para aquele grau específico de material. Dados suplementares são valores não testados, derivados de valores médios da família do material.
FIG 1 Se o material estiver no banco de dados, os usuários podem ver detalhes adicionais sobre a resina.
(Ilustrações: AIM)
Na Fig. 1, os dados pvT são medidos especificamente para aquele grade exato de resina. As propriedades mecânicas são suplementares. Neste caso, isso seria um valor médio da família de todos os PP não preenchidos no banco de dados. O problema com valores suplementares é que, sem um teste real para aquelas propriedades mecânicas, não há como saber como os valores testados reais se comparariam com os valores médios da família.
Múltiplos Pontos de Dados
No Moldflow, as propriedades térmicas, como condutividade térmica e calor específico, estão incluídas nos dados de caracterização. Muitos materiais classificados como bronze incluirão apenas um ponto de dados único, mas materiais classificados como ouro terão até 12 pontos de dados. A Figura 2 mostra as propriedades térmicas para o mesmo grau de um material amorfo (ABS) com duas caracterizações diferentes. Note que o material de bronze contém dados de ponto único e não coincide com os valores testados reais. Como ambas as propriedades mudam em várias temperaturas, obviamente, quanto mais pontos de dados tivermos, mais precisos nossos resultados serão.
FIG 2 Propriedades térmicas para caracterizações bronze e ouro.
Dados de Encolhimento (CRIMS)
Para complicar ainda mais este já complexo assunto, a classificação ouro para deformação é algo dependente da malha. Para alcançar ouro, você precisa de dados de encolhimento medidos (CRIMS) ou propriedades mecânicas testadas, mas não precisa ter ambos.
CRIMS é a abreviação de Estresse Residual Corrigido em Moldagem, e é destinado a melhorar as previsões de deformação em malhas de plano médio e Dual-Domain. A tendência seria semelhante com ou sem esses dados, mas o modelo CRIMS ajuda a ajustar a magnitude da deformação, fornecendo assim resultados mais precisos.
Atualmente, o banco de dados público do Moldflow contém quase 12.500 grades de resina, com um pouco mais de um terço tendo um indicador de Completude de Dados de Material classificado como ouro para deformações.
O modelo CRIMS é gerado moldando placas retangulares em várias condições. Essas podem consistir em uma variedade de temperaturas de fusão, temperaturas do molde, taxas de fluxo, pressões de embalagem e um mínimo de três espessuras de parede diferentes. As placas são armazenadas em uma sala climatizada por uma semana para condicionamento, e então múltiplas medições são registradas usando um escopo óptico. Todos esses dados medidos do mundo real são usados para ajudar a construir o modelo de encolhimento CRIMS. O CRIMS ajudará a melhorar as previsões de deformação, mas é exclusivo para malhas de plano médio e Dual-Domain, uma vez que previsões de deformação 3D dependem mais das propriedades mecânicas.
FIG 3 Encolhimento e propriedades mecânicas (inserção).
Testes de Caracterização de Materiais
A Figura 4 mostra os testes disponíveis para a caracterização de materiais. Os códigos de caracterização listados são válidos tanto para os Laboratórios de Plásticos Autodesk Moldflow quanto para o Beaumont Advanced Processing, mas outros recursos podem ter códigos diferentes. Essa variedade de pacotes de teste permite que o usuário selecione a melhor opção para sua situação. Se o usuário estiver apenas preocupado com o preenchimento, poderia solicitar o teste MPL-110. Se ele apenas quisesse realizar análises 3D, poderia solicitar o MPL-130 para uma caracterização completa, uma vez que não haveria necessidade de dados de encolhimento CRIMS.
Os dados CRIMS não são usados nas previsões de deformação 3D, mas adicionam ao custo e ao potencial tempo de espera do teste. O MPL-150 seria a minha escolha preferida porque cobre todos os bases para a caracterização de materiais, pois inclui tanto CRIMS quanto propriedades mecânicas medidas. Portanto, proporciona os resultados mais precisos em todos os tipos de análises/malas de malha.
FIG 4 Uma variedade de opções de teste de caracterização de materiais estão disponíveis.
Estudo de Caso de PC
Vamos aplicar esses conceitos a um exemplo do mundo real usando nosso molde de oito cavidades. Na Figura 5, seis diferentes caracterizações do mesmo exato grau de PC estão representadas. As diferenças nas caracterizações de materiais são as fontes de teste, métodos de teste e os indicadores de completude de dados. Existem materiais com classificações de bronze e ouro representados. O tipo e a densidade da malha são idênticos, assim como as condições de processamento. O gráfico mostra as pressões do sistema resultantes para o que deve ser o mesmo exato grau de material. Você pode ver que, dependendo da caracterização do material, as previsões de pressão variam bastante.
FIG 5 Comparando o efeito da caracterização do material nas previsões de pressão.
Observe de perto PC-5 e PC-3, ou as pressões previstas mínima e máxima. O PC-5 resulta em uma pressão de 26.156 psi, enquanto o PC-3 resulta em uma pressão de 10.703 psi, ou aproximadamente uma diferença de pressão de 15.000 psi! O PC-5 era um material com classificação ouro, enquanto o PC-3 era um material com classificação bronze. O PC-5, com sua classificação ouro, deve dar ao analista mais confiança nesses resultados.
Na Fig. 6, vamos tirar a caracterização do material da equação. Este exemplo é executado com o mesmo grau de caracterização de material, especificamente o arquivo PC-5 (completamente caracterizado, classificado como ouro) e as mesmas condições de processamento. A única coisa que mudou foi malha da peça/canais.
FIG 6 Mesma caracterização de material, diferentes malhas de peça/canais.
Aqui você ainda pode ver cerca de uma diferença de pressão de 7.500 psi nas três corridas, o que destaca as diferenças do solucionador entre os vários tipos de malha. Este exemplo ajuda a demonstrar como as escolhas do analista de material e malhagem podem impactar os resultados finais.
Para comparar com a moldagem real, devemos primeiro subtrair as perdas de máquina e de transporte do parafuso para uma comparação justa. Após subtrair o tiro de ar, a pressão vista no chão de moldagem foi de 27.389 psi. Isso se compara relativamente bem contra a previsão de 26.156 psi da simulação, mas certamente não em comparação a algumas das outras.
O Diabo Está nos Detalhes
Atualmente, o banco de dados público no Moldflow contém quase 12.500 graus de resina. Dessas, pouco mais de um terço têm um indicador de Completude de Dados de Material classificado como ouro para deformações. Essa situação melhorou ao longo dos anos e continuará a melhorar à medida que a conscientização e os testes aumentem.
Como você sabe com o que sua análise foi executada? Seu analista do Moldflow pode e deve fornecer esses detalhes. Eles devem especificar se o grau de material real foi usado para a análise, ou se tiveram que escolher um material substituto, e, em caso afirmativo, qual foi o substituto. Idealmente, o nível de caracterização também deve ser comunicado, para que você saiba qual confiança ter nos resultados.
No próximo artigo desta série, revisaremos os fatores restantes: entradas de processamento, relatórios detalhados e o analista.
SOBRE A AUTORA: Jennifer Schmidt é a instrutora sênior de Moldflow no Instituto American Injection Molding (AIM). Ela possui mais de 20 anos de experiência na indústria de plásticos, com foco em simulação de fluxo. Ela é uma Especialista Certificada em Moldflow e Analista de Moldflow Aprovada pela GM. Schmidt possui um diploma de bacharel em Tecnologia de Engenharia de Plásticos pela Penn State Erie. Contato: 866-344-9694; jschmidt@aim.institute; aim.institute.com
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