利用分析软件发现部件的最薄弱之处

作者:本刊记者 Heather Caliend 文章来源:PT塑料网 发布时间:2019-03-08
注塑部件断裂如何解决?本文介绍了Piper塑料公司采用专有有限元结构分析软件发现部件的最薄弱之处,进而解决部件断裂的问题。

注塑成型商和塑料零部件设计公司Piper塑料公司(位于美国亚利桑那州钱德勒,以下简称Piper公司)始终在挑战现状。“我们所做的一切都是基于科学和技术,”Piper塑料公司材料工程经理Dave Wilkinson说,“我们接受任何客户的最严格要求并在整个业务上推动它。我们设法减少“技艺”,而使它尽可能多地具有科学性。”

Piper塑料公司
对于Piper塑料公司的材料工程经理Dave Wilkinson而言,其公司的业务归根到底是用科学和技术取代“技艺”

Piper公司提供工程设计、聚合物开发和加工的服务。2016年早些时候,该公司被瑞士Quadrant公司的子公司Quadrant工程塑料制品公司收购,该公司具有类似的产品线(美国办事处位于宾夕法尼亚州雷丁)。Piper塑料公司总裁兼首席执行官Randy White表示,此次收购将有助于使Piper公司具有更大的全球影响力,因为Quadrant公司在全世界各地都拥有工厂设施。

在其位于钱德勒的工厂中,Piper公司采用了各种塑料制备方法,包括一种专有的注塑工艺,用于开发很厚的净形部件。Piper公司还推出了一系列可注射成型的热塑性复合材料,称为Kyron Max,它们使部件可以大批量的加工,强度接近于手糊复合材料和金属。目标市场包括航空航天、汽车、工业、石油和天然气以及医疗。

此外,Piper公司还开发了先进的分析软件,根据聚合物基体、加工工艺、应力载荷和环境条件来预测其成型部件的力学性能。“我们的高分子科学家、结构工程师和机械工程师使Piper公司能成为客户的‘塑料专家’,并且我们参与了上千个金属转换塑料的项目。” Wilkinson说。

Piper公司针对从航空航天到体育和娱乐行业进行了很多塑料替代金属的试验。许多公司与其合作,以推进他们开展聚合物及加工技术的研发。

依靠分析软件,Piper公司能够对一个部件进行多项分析,以此向客户显示将如何成型以及提供由于纤维取向产生的非均匀(各向异性)性能的结构分析。该公司还可评估预期使用的部件中的应力以及该应力对各种聚合物的影响。Piper公司基于开发的软件包,可以校核部件的实际强度。“我们是为数不多的不依赖于数据表而能准确校核强度的公司之一。” Wilkinson说。

使用金属的工程师们经常可以充满信心地使用数据表,但使用塑料的工程师却不能这样做,尤其是对于经过填充和增强的塑料。Wilkinson强调,这是因为数据表是基于一个成型的测试试样,这个试样可能并没有反映在实际部件中关键区域上的分子或纤维取向,这样在应用中就可能发生断裂。而采用分析软件和相应技术就能有效避免这一部件的断裂。

White称,Piper公司通过树脂供应商获得大多数的客户。“许多公司会使用特殊的聚合物,一旦部件发生了断裂,他们就会去找树脂公司,并问道:‘我本来认为这种材料应该比那种强度更大,可为什么我的部件会断裂呢?’然后树脂供应商就把客户介绍到Piper公司,让其帮助修改设计来消除断裂。” White说道。

高电压结构件的有限元分析
针对一个高电压结构件,Piper公司用其软件进行了几何形状预测,以确保该部件的尺寸在公差范围内,并满足客户的关键功能要求(左)。其专有的有限元分析(FEA)(右)被用于准确预测该部件的机械性能

Wilkinson补充说:“我们有强大的软件和经验丰富的工程师,从而可以预测一个部件的强度。这样,我们可以帮助客户分析他们的部件。例如,我们可以告诉一个客户,在他们部件的局部区域中,由于注射成型引起的聚合物基体中的缺陷,将会使部件失去80%的力学性能。根据这个预测,我们可以做一个该部件的有限元分析(FEA)。”

White指出,虽然在开发周期的早期知道部件的强度十分重要,但是有时候了解它的薄弱之处更有价值。“我们能够告诉客户部件设计的最薄弱之处及最薄弱的环节在哪里,这对许多不希望部件断裂的公司是有价值的,”White说,“例如,对于涉及到人生命的领域,如航空航天、自行车赛车等,让每个人都了解产品设计中的最薄弱部分,以及可以做什么使最薄弱的部分达到平均水平的强度,是很重要的。”

“在大多数的情况下,我们让客户知道问题后,他们就会要求使用我们的工艺技术来解决这个问题。” White说,“这对我们的客户是一项非常好的服务,使他们能够发现问题,并通过我们开发的先进技术,来消除或减少它的发生。”

White提醒道,正在寻求最便宜价格的公司不应该来找Piper公司。他说,Piper公司首先从正确选择聚合物开始,然后修改设计,这将为客户节省更多的金钱。

“很多时候,他们不相信我们,所以我们说:‘我们的模具是免费借你给的,而且我们将向你展示我们可以成型多么高强度的部件’。我们希望和他们合作设计新一代的部件,并用我们的机器成型。”White补充道,“最重要的是我们测试了一切,而且有很多的工作是在加工一个部件之前进行的。”

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