Немецкий производитель значительно улучшает процессы разработки с помощью Simcenter FLOEFD
Сложные магистральные конструкции изготавливаются из пластиковых материалов, таких как поливинилхлорид (ПВХ), и производятся в непрерывном технологическом процессе на современных экструзионных линиях. В дополнение к детальной настройке отдельных компонентов системы основным элементом этих сложных систем является инструмент для многоручьевой экструзии. Многоручьевая конструкция обеспечивает эффективное производство с высокой производительностью. Современные технологии проектирования, сложность изделий, вариации материалов и цветов привели к увеличению количества специализированных инструментов, которые ежегодно разрабатываются и вводятся в эксплуатацию.
Рисунок 4b: Многожильный инструмент.
Hager Group является ведущим семейным поставщиком решений и услуг для электроустановок в жилых, коммерческих и промышленных зданиях со штатом в 11 500 человек.
Подразделение Tehalit GmbH, расположенное в Хельтерсберге, Германия, является частью Hager Group с 1996 года и является создателем и лидером европейского рынка транкинговых систем с высокой гибкостью для места и условий установки при соблюдении высоких стандартов безопасности и надежности.
Магистральные системы эффективно доставляют электричество и данные в различные места внутри организаций. Это требует высокой гибкости транкинговых решений для обслуживания производства, лабораторий, практик и офисных помещений (рис. 2).
Hager Group и Siemens Digital Industries Software сотрудничают с 1960-х годов, и сегодня разнообразный портфель продуктов Hager Group включает в себя широкий спектр систем от систем безопасности до устройств «умный дом» и зарядных станций для электромобилей.
Неограниченные вариации материалов, цветов и размеров
Одной из сильных сторон подразделения кабельных каналов Hager Group является его способность производить и поставлять экструзионные линии с использованием очень высокой доли собственного производства и разработок. Несмотря на то, что внешний вид транкинговых систем за последние годы немного изменился, геометрическая и системная сложность продолжает увеличиваться, а размеры варьируются от 4x4 миллиметров (мм) до 380x120 мм (рис. 3). Это в дополнение к количеству материалов и цветовых вариантов, которые также постоянно создаются.
Рисунок 3: Различия в размерах.
Уникальное конкурентное преимущество благодаря сложным многокомпонентным инструментам
Сложность, функциональные требования и требования к качеству экструзионного инструмента растут, а время цикла сокращается. В 2008 году разрабатывалось около 30 инструментов в год. Сегодня существует более 50 инструментов в год. Каждый инструмент является инструментом специального назначения. С помощью программного обеспечения Simcenter™ FLOEFD™ несколько четырехручьевых инструментов были успешно введены в эксплуатацию за более короткое время и обеспечили уникальное конкурентное преимущество (рис. 4). В сутки изготавливается сто километров (км) кабельных каналов без отходов, так как материал используется многократно. Одной из основных задач является достижение равномерного распределения расплава на выходе из инструмента для сохранения качества продукции.
Инженеры-конструкторы Hager Group несут ответственность за весь процесс разработки своих инструментов, начиная с базовой цифровой концепции и заканчивая вводом в эксплуатацию и окончательным утверждением в точке, где инструмент вводится в эксплуатацию на экструзионной линии. Важно работать без каких-либо дополнительных зависимостей от других или внешних интерфейсов, обеспечивая оптимальный процесс разработки и проектирования.
Рисунок 4b: Многожильный инструмент.
Рисунок 5: Оптимизированное распределение расплава на правом изображении (красные области).
Подход Hager Group к ускорению моделирования
Инженеры Hager Group используют Simcenter FLOEFD в процессе разработки с 2008 г. и используют результаты, полученные на первоначальном обучении. Это привело к быстрой и продуктивной реализации. Их знания расширились благодаря калибровке, команде технической поддержки, постоянному развитию программного обеспечения и регулярным семинарам. Помимо конструкции пресс-формы и инструмента, калибровка профиля, а также компоновка линии охлаждения являются частью моделирования.
Опыт инженеров Hager Group в разработке экструзионных инструментов дополняется дальнейшими теоретическими ноу-хау, опытом и знаниями о свойствах материалов или физических условиях неньютоновских сред и соответствующих моделях вязкости. Кроме того, были получены более глубокие сведения о диапазоне скоростей сдвига, которые должны охватывать новые инструменты. ПВХ, включая несколько добавок, является одним из самых сложных материалов для определения конкретных свойств. При этом материал часто обрабатывается в температурных пределах сложного инструмента, оценить которые без моделирования невозможно. В частности, благодаря полному внедрению Simcenter FLOEFD в PTC Creo в сочетании с автоматическим созданием сетки стало возможным большее количество и более быстрые прогоны оптимизации.
Чрезвычайно короткие циклы разработки с Simcenter FLOEFD
Циклы разработки инструментов для экструзии были значительно сокращены, а использование Simcenter FLOEFD позволило интегрировать моделирование вычислительной гидродинамики (CFD) в процесс проектирования. Ответственный инженер-конструктор может самостоятельно выполнить и оценить моделирование.
«В то время как в 2008 году нам требовалось несколько дней для расчетов, анализ потока для наших экструзионных головок уже завершен через несколько часов, и мы затем рассчитываем модели, содержащие до 15 миллионов ячеек», — говорит Бернд Трапп, инженер-конструктор экструзионных инструментов, Hager. Группа.
Рис. 6: Моделирование и образцы проточной части, взятые во время ввода в эксплуатацию.
Каждый экструзионный инструмент уникален и вводится в эксплуатацию и адаптируется непосредственно на машине после разработки. Для каждого проекта проводится сравнение между моделированием и проточной частью во время ввода в эксплуатацию на линии экструзии, при этом результаты непрерывно включаются в процесс моделирования. На рис. 6 показан образец первой проточной части между экструзионным инструментом и калибровочным блоком. Красные области в верхнем левом изображении были идентифицированы и оптимизированы с помощью моделирования. На нижнем изображении показана оптимизированная конфигурация, которая подходит для прохождения через калибровочный блок.
Расширение областей применения с 2008 г.
Области применения Simcenter FLOEFD постоянно расширяются. Первоначально поведение потока в экструзионных головках было оптимизировано (рис. 7). При этом оптимизировались скорость течения, давление, вязкость, скорость сдвига, температура, напряжение сдвига и распределение давления в фильере.
Затем был выполнен тепловой расчет калибровочного инструмента с особым учетом свойств материала (рис. 7 а, б) с последующей оптимизацией охлаждения калибровочного инструмента (рис. 8). Затем были проведены исследования частиц и проанализированы экстракционные системы на линии экструзии.
Наконец, результаты переносятся на дополнительное моделирование, такое как структурный анализ. С 2008 года Simcenter FLOEFD является предпочтительным инструментом для многих областей применения вместо того, чтобы использовать разные инструменты для каждой области. Simcenter является частью Xcelerator, всеобъемлющего и интегрированного портфеля программного обеспечения и услуг от Siemens Digital Industries Software.
«Когда мы начинали, мы в основном сосредоточились на скорости потока и напряжении сдвига неньютоновской среды», — говорит Трапп. «Между тем, программное обеспечение стало предпочтительным инструментом для многих различных приложений. Наша команда использует Simcenter FLOEFD как швейцарский армейский нож при разработке инструмента».
«Что касается условий потока, наши инструменты теперь оптимально спроектированы с самого начала посредством моделирования. В сочетании с нашим опытом в области усадки и усадки мы можем разработать наши идеальные инструменты».
Штефан Спайс, руководитель отдела разработки инструментов Hager Group, добавляет: «Сегодня для каждого инструмента заранее моделируется от трех до 10 циклов, а также учитываются изменения в процессе наладки. Требования к нашим инструментам с точки зрения качества, производительности и времени цикла постоянно растут. В то же время наши транкинговые системы становятся все более сложными. С Simcenter FLOEFD мы отлично справляемся с этими проблемами.
«Наш подход с 2008 года заключался в том, что каждый экструзионный инструмент должен быть оптимизирован ответственным инженером-конструктором с помощью моделирования в процессе проектирования. Это стало успешной реальностью».
Рис. 7 а, б: Анализ поведения потока в экструзионной головке.
Рисунок 8a: Калибровка профиля.
Рисунок 8a: Калибровка профиля.
Рисунок 9: Оптимизация охлаждения.
