Assuring quality of injection molded products by validating design and manufacturability with injection molding simulation
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019-12-16
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
151
Series
Abstract
The purpose of this thesis is to assure quality of injection molded products by validating their design and manufacturability with injection molding simulation. Goal for this is to validate the product design already in its design phase and to recognize possible risks, in both product and mold designs, which could cause mold failure during injection molding. To gain confidence to validate design choices based on injection molding simulation, equivalency between simulation and real molding process are studied with one of ABB’s current product. For this study, the real molding parameters from production are used for simulation and cooling channels are constructed to imitate the real mold as close as possible. In addition, comparative studies with simplified cooling channels and with default process parameters are conducted to simulate the circumstances when product designer is designing a new product, mold construction and process parameters of which aren’t yet known. One additional study was done to see the behavior of polypropylene in a mold constructed for PC-ABS and to analyze the possibility to use polypropylene instead of PC-ABS in already existing mold. Another part of this thesis concerned the possibility to predict mold failure from the simulation results. This study was done by simulating one existing product case where inserts were noticed to have cracks after first tests in molding trials. The results show that simulation predicts more warping to the product than is seen in the real molding process. Reason for this unexpected high warpage was believed to be in the material data used. Studies with simplified cooling channels and process parameters showed quite consistent values and high differences weren’t seen when compared to simulation done with real process parameters. Polypropylene had slightly higher displacements than PC-ABS, but by adjusting the process parameters, it could be most likely used in the mold designed for PC-ABS. Simulation of the mold insert failing case showed some high pressure differences on the insert base, which were analyzed to be the cause for inserts’ cracking. High pressure differences resulted from the uneven filling pattern and gate locations. In order to decrease the risk for insert breaking, gate locations were moved, and changes were made to the product design to improve the melt flow pattern and to even the pressure differences. This study showed that by studying the filling pattern and pressure differences over the tool inserts, high risk areas can be identified even before mold construction.Tämän diplomityön tarkoituksena on tarkastella ruiskuvalettavien tuotteiden laatua ja valmistettavuutta ruiskuvalusimulaation avulla. Työn tavoite on varmistaa tuotegeometrian toimivuus ruiskuvalussa ja tunnistaa mahdolliset muottirikkoihin johtavat riskitekijät jo tuotesuunnitteluvaiheessa. Diplomityössä tutkitaan ruiskuvalusimulaation ja ruiskuvaluprosessin vastaavuutta, jotta ruiskuvalusimulaation käyttämiseen osana tuotesuunnittelua saataisiin varmuutta. Simulaation ja ruiskuvaluprosessin tuloksia on verrattu keskenään tuotannossa jo olevan ABB:n tuotteen avulla, jonka ruiskuvaluparametrit sekä muottimalli ovat tiedossa. Lisäksi kyseistä tuotetta on simuloitu yksinkertaistetuilla jäähdytyskanavilla sekä simulaation antamilla oletusarvoisilla parametreilla, jotta voidaan tutkia tilannetta, jossa tuotesuunnittelijalla ei ole tietoa tarkoista prosessiparametreista tai muottikonstruktiosta. Lisätutkimus kyseiselle tuotteelle on tehty käyttämällä raaka-aineena PC-ABS:n sijaan polypropeenia. Tutkimuksen tarkoituksena on kartoittaa alustavasti olisiko prosessiparametreja säätämällä mahdollista valmistaa tuotetta polypropeenista PC-ABS:lle suunnitellussa muotissa. Diplomityön toinen osakokonaisuus koskee muottirikkoihin johtavien tekijöiden tunnistamista simuloinnin avulla jo ennen muottivalmistusta. Tämä tutkimustapaus koskee tuotetta, jonka muotti-inserteissä on havaittu halkeamia jo ensimmäisten koeajojen jälkeen. Tapauksessa tutkitaan eri tuotegeometrioita ja syöttöpaikkoja, jotta muotti-insertin rikkoutuminen vältettäisiin. Tutkimusten tulokset osoittavat, että ruiskuvalusimulaatio ennakoi kappaleen kokemien vääntymien olevan suurempia kuin mitä oikeassa prosessissa nähdään. Suurten vääntymien syyksi arvioitiin simuloinnissa käytetyn materiaalin tietojen puutteellisuutta. Simuloinnit yksinkertaistetuilla jäähdytyskanavilla sekä oletusprosessiparametreilla eivät osoittaneet suuria eroavaisuuksia oikeilla kanavistoilla ja prosessiparametreilla saatuihin tuloksiin. Simulaatio käyttäen raaka-aineena polypropeenia osoitti hieman suurempia vääntymiä kuin PC-ABS, mutta tulosten perusteella polypropeenin käyttö muotissa olisi mahdollista prosessiparametreja säätämällä. Toisen tutkimustapauksen simulointi osoitti, että paine-erot muotti-inserttien yli olivat suuria, mikä oli luultavimmin syynä halkeamiin inserteissä. Korkeat paine-erot syntyivät kappaleen epätasaisen täyttymisen ja syöttöpaikkojen takia. Muottirikon riskin pienentämiseksi kappaleen geometriaa muutettiin ja syöttöpaikkoja siirrettiin, jotta kappale täyttyisi tasaisemmin. Tutkimus osoitti, että simulointi on hyödyllinen työkalu paine-erojen ja niiden synnyn tutkimiseen ja niistä aiheutuvien ongelmien ratkaisemiseen.Description
Supervisor
Partanen, JouniThesis advisor
Palojoki, VesaKeywords
injection molding, injection molding simulation, dynamic loads, mold failure