产品开发中的数字化工具

数字化开发链—为了确保高性能和高质量，并加快新产品上市，medmix瑞士在开发过程中使用了不同的数字化工具。现以ecopaCC系统为例对这些计算方法进行概述。

概述

下图显示了整个ecopaCC系统，包括静态混合管(1)，封板含出胶口(2)，可折叠胶筒主体(3)，支撑套筒(4)和两个活塞(5)。

图1-ecopaCC系统概述

填充仿真(注塑成型仿真)

在设计工具之前，对使用注塑成型工艺制造的所有部件进行数值填充模拟。这些模拟提供了有关部件可制造性的重要信息。除了后续部件填充的数学可视化之外，还可以从这些计算中获得有关分型面、空腔、收缩和翘曲的重要信息。此外，人们还期望从该分析中获得有关模具设计、温度控制和排气的信息，以及有关周期时间、模具成本或要选择的材料等经济问题的答案。

图2-封板填充时间等高线图

计算流体动力学(CFD)

为了保证高质量混合和优化混合系统，进行了数值流动模拟(CFD)。在这些计算中，包含两种待混合材料的体积被划分为相互连接的小单元。现有的流动过程用特殊的方程来描述，转换成线性方程组，并通过所谓的CFD求解器进行计算。这些计算的重要结果是关于流动行为(各组份的压力、速度和浓度场)以及混合质量(CoV，变异系数)的信息。

图3-螺旋型混合管某些横截面的速度等高线图

结构模拟(有限元分析FEA)

在应用和混合过程中，对两个活塞施加一个力，最终导致部件处的流体和机械载荷的压力增加。为了保证整个系统的机械完整性，同时进行了解析和数值强度模拟。一种成熟的方法是有限元分析(FEA)。与上面提到的CFD计算类似，部件(混合管、外壳、活塞等)的体积现在被划分为小的、相互连接的单元，即现在所谓的有限元。单个有限元的变形行为用专门的方程来描述，也转换成线性方程组，由FEM求解器计算。这些计算的结果是构件的变形、应力和应变，因此是关于产品功能的重要信息。除了简单的静态计算外，还进行了疲劳计算和动态分析，如跌落试验模拟。

图4-支撑套筒内机械应力的等高线图

图5-ecopaCC可折叠胶筒主体的跌落试验模拟(右)

作者简介:

Thomas Zacharias在苏尔寿不同部门工作了18年，现在是medmix Switzerland AG的“高级技术专家”。他的主要工作是确保和优化高精度应用和混合系统的结构完整性。这是通过应用分析和数值计算方法以及开发单独的实验测试方法来完成的。