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TECNOLOGIE OPEN SOURCE PER INDUSTRIA 4.0 - Code_Aster & Injection Molding

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Nello stampaggio ad iniezione dei polimeri (injection molding) la termica dello stampo riveste un ruolo fondamentale sulla qualità del pezzo prodotto. Lo stampo, oltre a conferire la forma, è progettato con un circuito di condizionamento utile a smaltire omogeneamente il calore necessario a far solidificare il pezzo mantenendo allo stesso tempo una temperatura superficiale sufficientemente alta da permettere lo scorrimento del polimero nella cavità. Durante l’avvio produzione lo stampo passa da temperatura ambiente alle condizioni di regime attraverso un transitorio che dura un certo numero di cicli di stampaggio non noto a priori, normalmente i pezzi prodotti in questa fase vengono scartati in quanto non conformi. In questo lavoro Code_Aster è stato utilizzato per ottimizzare un avvio produzione simulando l’evoluzione termica derivante da una serie di cicli di stampaggio a partire da una condizione di avvio definita. Lo script di simulazione è stato inoltre progettato per interfacciare Code_Aster con un file xml contenente i parametri con cui l’operatore può facilmente modificare le condizioni del ciclo produttivo (iniezione, raffreddamento ed estrazione), i parametri del circuito di condizionamento e tutte le condizioni geometriche al contorno. Il responsabile produzione, utilizzando questo script Code_Aster, sarà così in grado di individuare preventivamente i settaggi macchina migliori per ridurre i cicli necessari al raggiungimento della condizione stazionaria, risparmiando tempo e risorse. Lo sviluppo dello script prevederà l’accoppiamento indiretto delle superfici di condizionamento con una simulazione CFD eseguita su openFoam al fine di migliorare l’accuratezza dei risultati.

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TECNOLOGIE OPEN SOURCE PER INDUSTRIA 4.0 - Code_Aster & Injection Molding

  1. 1. Code_Aster & Injection Molding process start-up optimization through simulation simulazione e ottimizzazione dell’avvio produzione
  2. 2. Injection molding start-up phase : an industrial problem with an open source solution • Have you ever dealt with a transient analysis? • Have you ever coupled CFD and FEM analysis? • Have you ever wondered to reduce the time/effor you put in setting, solving and analyzing your simulations? We (Ruggero and Andrea) did! Two little companies that aim to do big things! Our problem is not to make things the right way, but the right way and in as little time as possible!
  3. 3. Injection molding: a process to shape a product (5) by melting the polymer (2) with a screw(1) and then injecting the melt polymer (3) inside a mold (4,6) where it cools down until it can be extracted. The mold is usually cooled by a liquid circuit. Mold = heat exchanger. Ideal mold temperature range = 80°C and 120°C. (See Phase2 FEM simulation) Features of molds and processes have been standardized in our template Injection molding process
  4. 4. MoldApp -> Standardized CFD/FEM for moulds mesh .med file process parameters .xml file simulation template python / bash coding Industry User Results view in ParaVis Automated tools developed CloudHPC to execute the analysis
  5. 5. ● Mold cavities boundary condition (BC) ● Polymer temperatures and properties ● Injection molding cycle times ● Optional: hot runner systems BC ● Multiple cooling channels BCs ● Possibility to model each channel alone with his specific heat exchange coefficient (hec) and Temperature ● Mold walls exposed to external room temperature BC Standardization of mold system
  6. 6. Industrial case study • 2 different cooling circuits. Mold material: steel Part material: POM Mold has been defeatured
  7. 7. Industrial case study Defeatured mold: • mold cavities • cooling circuit #1 • cooling circuit #2 • external surface Pre-conditioning time = 300s Coolant T = 60 °C / 40 °C
  8. 8. Phase 1 – CFD Analysis Precursor CFD analysis: • Calculation of heat transfer coefficient between cooling system and mould • Non linear relation for plastic Cp and T • Definition of inlet velocities for water • Automatic detection of wall boundaries
  9. 9. Phase 1 - CFD Precursor CFD analysis: • Result example: velocity and Temperature • Extraction of heat transfer coefficient and automatic import into Code Aster for FEM analysis
  10. 10. Phase 2 – FEM transient analysis
  11. 11. Phase 2 – FEM transient analysis
  12. 12. Time and productivity • Standardization and templatization allowed to increase engineering productivity • Time to design new moulds reduced by 80% • Cloud computing (cloud HPC) allowed to free hardware resources and to parallalize design feature
  13. 13. Thanks for listening … any question? Ruggero Poletto ruggero.poletto@cfdfeaservice.it Andrea Pisa andrea.pisa@argosrl.eu

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