Fröccsöntött alkatrészek hűtése és a generatív tervezés

A fröccsöntés elengedhetetlen a komplex alakú műanyag alkatrészek tömeggyártásához. A jobb minőségű termékek alacsonyabb költségekkel történő előállítása érdekében az elsődleges prioritás minőségi hűtőrendszerek kifejlesztése volt olvadt anyagok számára. De ez nehéz, időigényes munka, még képzett mérnökök számára is. Segítheti-e az öntőforma hűtővízcsatornák tervezésének automatizálása a kihíváson dolgozó mérnököket?

Japánban a Panasonic Corporation Life Solutions Company éppen ebben reménykedik – és kifejlesztett egy új gyártási módszert a hűtővízcsatornák létrehozására. Kombinálva az additív megmunkálást és a marást, az eredmény egy olyan hűtési rendszer, amely a termék alakjához igazodó hűtési csatornákat hoz létre. Ez 20% -kal csökkentette a hűtési időket a hagyományos módszerekhez képest, ahol az egyenes csatornákat, fúrással alakítják ki az öntőformában.

A generatív tervezési folyamat során a ventilátor lapátok alakja számos iteráción keresztül változott.

Seiichi Uemoto a vállalat gyártástechnikai központjának elemzője, (ahol az öntőformákat tervezték és gyártották) tanfolyamokat tart az öntőforma tervezésről. Ezen kívül támogatja a számítógépes mérnöki készségek fejlesztését (CAE) az öntőforma tervezéshez szükséges fejlett technikák átadása érdekében.

Seiichi Uemoto, a Panasonic Life Solutions Company Gyártástechnikai Központ alkalmazottjának inspirációja ihlette a fémformák tervezésének automatizálását.

Miközben optimalizálta a hűtési hurkokat a doboz alakú fém öntőformákhoz, Uemoto az öntött termékek deformációs adatait felhasználta a hűtő csatornák közötti hézagok elemzésére. Ez a munka inspirálta őt arra, hogy megpróbálja automatizálni az öntőformák tervezését.

“Úgy gondoltam, hogy helyes beállításokkal használhatom a generatív tervezést, hogy automatikusan hozzon létre hűtőcsatornákat” – mondta Uemoto. Látta, hogy a generatív tervezés hogyan alkalmazza a szerkezeti elemzést, hatékonyan valósítva meg az alakzatokat csökkentett súlyokkal.

“A topológia optimalizálása csak egy megoldást eredményezhet a rendszer számára biztosított feltételekkel” – mondta Uemoto. „Nehéz előállítani valamit sima kontúrral a létrehozott eredményből. De számomra nyilvánvalóvá vált, hogy a generatív formatervezés természetéből fakadóan simább formákat eredményez. Úgy éreztem, hogy a generatív tervezéssel hatékonyan képesek leszünk több olyan koncepció létrehozására, amelyek figyelembe veszik a gyártási elveket.”

Egy generatív tervezéssel támogatott munkafolyamat

Uemoto azt remélte, hogy a generatív tervezés alkalmazása az öntőformákra új geometriai alakzatokat eredményez, és automatizálja a tervezési folyamatot.

A cég magasan képzett tervezői az Autodesk Moldflow által támogatott termékek széles skáláját fejlesztik ki, amely öntési szimulációkat végez a tervek további finomítása érdekében.

“Úgy éreztem, hogy ha az automatikus tervezést arra használjuk, hogy olyan betekintést kínáljunk mellyel a tervezők maguktól nem tudnak előállni, ez nagyobb szabadságot adna nekik a munkájukban” – mondja Uemoto.

Ahhoz, hogy ezt elérjék a Panasonic együttműködött az Autodesk Advanced Consulting angliai csapatával egy projekten, amely generatív tervezést alkalmazott a hűtőcsatornákra. Egy szellőző rendszerekben használt (már tömeggyártás alatt álló) ventilátor lapátot választottak próbadarabnak.

A csőventilátorban használt ventilátor lapát öntőformáját (bal szélső) választottuk a generatív tervezés céljaként.

Ezek a ventilátorlapátok kicsik voltak, bonyolult alakkal. Egy szakértő tervező korlátozásokat állított be a ventilátor lapát kezdeti alakjára, számos körülményt a létrehozandó vízcsatornákra és korlátozásokat annak megakadályozására, hogy a csatorna útvonalai befolyásolják az öntött termék finom részleteit.

A generatív tervezési folyamat során a termék alakja számos iteráció során megváltozott, amíg csak a lényeges alkotóelemek maradtak a szükséges vízcsatornák létrehozásához.

Mivel a Panasonic mérnökei már nagyon kifinomult formákat terveztek, Uemoto úgy gondolta, hogy a szoftver számára nehéz lehet drasztikusan javítani az eredeti terv hatékonyságát. “De nagyon lenyűgöztek a teljesen kialakított modellek, amelyeket automatikusan generált a szoftver” – mondta.

Még meglepőbb volt a vízcsatornák elrendezése. A formatervezés egy része tartalmazta azokat a csatornákat, amelyeket a forma külső héja mentén vezettek el, és hirtelen egyedi módon elágaztak. Uemoto úgy írta le a kapott tervet, mint amire soha nem is gondolt volna. “A generatív tervezési folyamat által biztosított formákkal senki sem tudott volna előállni” – mondja.

A C eset (bal oldalon) generatív alapon lett kialakítva, formáját a modell kezdeti alakjára korlátozva; A D esetet (jobbra) generatív módon tervezték úgy, hogy alakját csak a külső héj kezdeti alakja korlátozta.
Képesség bizonyítása gyártás révén

A tervezési folyamatot követően négy különböző öntőformát gyártottak le: B eset, a gyártás során már használt eredeti alkatrész, amelyet egy veterán mérnök tervezett; C eset, automatizált, generatív terv az eredeti alkatrészrész alapján; D eset, egy generatív tervezési forma, lazább korlátozásokkal az alakján; és az E eset, ugyanaz, mint a C eset, de további hűtőcsatornákkal. Az öntőformák felhasználásával készült termékeket részletesen lemérték az egyes öntőformák teljesítményének értékeléséhez.

A fröccsöntött termékek mérései azt mutatták, hogy az automatikusan generált hűtőcsatornákat használó formák teljesítménye nagyon csekély különbséget mutat a veterán mérnök tervezéséhez képest. “Láttam, hogy a formatervezés miként alakítja ki a terméket az öntőforma hőmérséklet-eltolódásain keresztül” – mondta Uemoto.

„Nagyon figyelemre méltó. Végül zökkenőmentesen kontúrozott CAM (számítógépes gyártási) adatokat kaptunk, teljesítve az automatizált tervezéssel kapcsolatos célkitűzésünket.”

A generatív eljárással megtervezett öntőforma előállítása, öntése és ellenőrzése megtörtént.

Egy öntőforma megtervezése egy tapasztalt mérnök számára körülbelül nyolc órát vesz igénybe, és jelenleg nincs mód a folyamat felgyorsítására, a képzettségi szinttől függetlenül. Ennek ellenére Uemoto azt várja, hogy a projekt sikere olyan megoldásokhoz vezet, amelyek csökkentik az ezen mérnökökre háruló tervezési terheket.

„Ez egy nagyszerű fejlemény” – mondta Uemoto. „Ha ez a közeljövőben csomagolt szoftver részévé válik, megoldást jelenthet a feladatok felgyorsítása érdekében, és lehetővé teheti számunkra, hogy olyan programokat dolgozzunk ki, amelyek jobban összpontosítanak a hőmérséklet-szabályozásra. Ez a felhasználók és alkalmazások széles köre számára előnyös lehet.”

Forrás: Autodesk blog


Reméljük, hogy a fenti példa meghozza a kedvét ahhoz, hogy Ön és vállalata kihasználva az újabb és újabb tervezési technológiák előnyeit új szintre emeljék tervezési hatékonyságukat. Vegye fel a kapcsolatot cégünk CAD-CAM csapatával, hogy az iparágban jártas szakértőink támogatást nyújtsanak vállalata terméktervezési és fejlesztési folyamatainak továbbfejlesztéséhez és átalakításához.

Specialistákból álló csapatunk bármikor rendelkezésére áll, hogy segítsen Önnek a legtöbbet kihozni szoftveréből. Amennyiben szakmai ismereteit bővítené és elsőként szeretne hozzáférni a legfrissebb újdonságokról szóló hírekhez vagy cikkekhez, elég egyetlen lépés. Legyen tagja Facebook közösségünknek, vagy iratkozzon fel Hírlevelünkre!

Kapcsolattartó:

Sebők Róbert
CAD üzletág igazgató
+36 1 273 3413
+36 30 977 1824
robert.sebok@cads.hu