精品資料（2021-2022年收藏）模具優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、精品文檔 你我共享模具優(yōu)化設(shè)計(jì)課程論文學(xué)生姓名： 李成斌 學(xué) 號(hào)： 200848480216 專業(yè)班級(jí)： 材控0802 指導(dǎo)教師： 耿鐵 2012年4月7日摘要：CAE 技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)的直接好處是省時(shí)省力，減少試模、修模次數(shù)和模具報(bào)廢率，縮短模具設(shè)計(jì)制造周期，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。本文探討了注塑模擬CAE 軟件的原理，介紹了 Moldflow系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，分析了塑料的基本力學(xué)模型和粘度模型，建立起注射填充過(guò)程、保壓階段及冷卻階段的數(shù)學(xué)模型，確定相應(yīng)邊界條件后，便可對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解。闡述了如何使用CAE 優(yōu)化澆注系統(tǒng)，闡述了塑件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論計(jì)算方法，包括平衡布置流道系統(tǒng)、非平衡布置和單型

2、腔多澆口模具的流道系統(tǒng)，并就非自然平衡流道系統(tǒng)的情況作了舉例分析。還闡述了澆口設(shè)計(jì)的相關(guān)準(zhǔn)則，包括澆口的類型選擇，澆口尺寸及澆口位置的確定，并舉例作了分析。分別討論了溫度、壓力、時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)注塑成型的影響以及各參數(shù)的確定方法。但不同的塑料制品，不同的模具，其成型過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題是不同的，須比較分析才能確定，從而找到解決問(wèn)題的辦法。關(guān)鍵詞：CAE 注塑模 注射成型 工藝參數(shù) 優(yōu)化設(shè)計(jì)近年來(lái)，由于工程塑料制品的精度和強(qiáng)度等得到很大提高，因而各種工程塑料零件的使用范圍在不斷擴(kuò)大。預(yù)計(jì)今后隨著微型計(jì)算機(jī)的普及和汽車的輕型化，塑料制品的使用范圍將會(huì)越來(lái)越大，尤其在國(guó)防和尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中占有越來(lái)越重

3、要的地位。同時(shí)，隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)塑料制品品位的要求越來(lái)越高，而且不斷地更新?lián)Q型。成功的產(chǎn)品上市要早，質(zhì)量要好，價(jià)格要合理，在這種情況下，產(chǎn)品的復(fù)雜度和精度常常要求很高，而產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)間卻越來(lái)越短。塑料注射成型是生產(chǎn)塑料制品的主要手段之一。注射模具由于能夠一次成型形狀復(fù)雜、尺寸準(zhǔn)確的產(chǎn)品，適用于高效率、大批量的生產(chǎn)方式，使用范圍愈來(lái)愈廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，塑料模具約占模具的38.0% 。在成千上萬(wàn)種材料、千變?nèi)f化的幾何造型及各種不同的工藝中，要想找出理想的組合，傳統(tǒng)的注射模設(shè)計(jì)方法是很難在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的注射模設(shè)計(jì)主要依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)，通過(guò)反復(fù)

4、試模、修模，不斷修正設(shè)計(jì)方案，缺乏科學(xué)依據(jù)，具有較大的盲目性，不僅使模具的生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高，而且質(zhì)量也難以保證, 甚至可能因此而失去市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design ，CAD）技術(shù)能使模具設(shè)計(jì)人員從繁重的勞動(dòng)中解脫出來(lái)，多年來(lái)，人們一直期望能預(yù)測(cè)注射成型時(shí)塑料熔體在模具型腔中的流動(dòng)情況及塑料制品在模具型腔內(nèi)的冷卻、固化過(guò)程，以便在模具制造之前就能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，修改圖紙而不是返修模具。注射模CAE技術(shù)的出現(xiàn)，使人們的這一愿望能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering ，CAE ）能迅速完成各種計(jì)算和分析。采用C

5、AD/CAE技術(shù)，則會(huì)事半功倍，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。注射模CAE 技術(shù)就是根據(jù)塑料加工流變學(xué)和傳熱學(xué)的基本理論，建立塑料熔體在模具型腔中的流動(dòng)、傳熱的物理數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)值計(jì)算理論構(gòu)造其求解方法，利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)在計(jì)算機(jī)屏幕上形象、直觀地模擬出實(shí)際成型中熔體的動(dòng)態(tài)充填、冷卻過(guò)程，定量地給出成型過(guò)程的狀態(tài)參數(shù)，如壓力、溫度、速度等。利用注射模 CAE技術(shù)可在模具制造之前，在計(jì)算機(jī)上對(duì)模具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和模擬來(lái)代替實(shí)際的試模工作。CAE 軟件的具體作用可概括如下： 1、優(yōu)化塑料制品設(shè)計(jì) 模具設(shè)計(jì)質(zhì)量直接關(guān)系到塑料制品的質(zhì)量、成本及生產(chǎn)周期如果模具設(shè)計(jì)不合理，則制品可能出現(xiàn)明顯的表面熔接痕、充

6、填不足、凹痕、焦斑、翹曲及殘余應(yīng)力過(guò)大等缺陷。塑件壁厚、澆口數(shù)量及位置、注塑模流道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等對(duì)于塑料制品的成敗和質(zhì)量關(guān)系極大。以往完全依賴于設(shè)計(jì)者個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)，用手工方法去實(shí)現(xiàn)，往往費(fèi)力、費(fèi)時(shí)，設(shè)計(jì)出的制品不盡合理利用注塑模CAE 系統(tǒng)，可以快速地設(shè)計(jì)出最優(yōu)的塑料制品。 2、優(yōu)化塑料模具設(shè)計(jì) 每次試模不成功后，往往要修改的是澆注系統(tǒng)。利用注塑模 CAE 系統(tǒng)，可以對(duì)澆口位置及尺寸、流道尺寸、冷卻管道尺寸、冷卻管道布置及聯(lián)接方式等進(jìn)行定量分析，在計(jì)算機(jī)上模擬試模和修改設(shè)計(jì)方案，可以大大提高模具質(zhì)量，減少實(shí)際試模次數(shù)。 3、優(yōu)化注射工藝參數(shù) 注塑模CAE 系統(tǒng)可以幫助注塑工藝人員確定最佳的注射壓力

7、、鎖模力、模具溫度、熔體溫度、注射時(shí)間、保壓壓力和時(shí)間、冷卻時(shí)間等工藝參數(shù)，以便注射出最佳的塑料制品來(lái)。由于塑料的種類和成型方法很多，塑料模 CAE 技術(shù)的應(yīng)用側(cè)重面有所不同。下面就常用的注射成型、氣體輔助注射成型、擠出成型、吹塑成型和熱成型等，說(shuō)明現(xiàn)有塑料模CAE 技術(shù)的理論方法及對(duì)工程實(shí)際的指導(dǎo)意義。 注射成型 注射成型是熱塑性塑料成型的一種主要成型方法。注射模 CAE 技術(shù)按成型工藝過(guò)程的特點(diǎn)，分為流動(dòng)、保壓、冷卻、殘余應(yīng)力及翹曲分析等軟件模塊。流動(dòng)模擬采用非牛頓流體非等溫下廣義的Hele-Shaw 模型描述注射充模過(guò)程；用有限元/ 有限差分算法耦合求解動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程已獲得壓

8、力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)；用控制體積法跟蹤熔體的流動(dòng)前沿；用人工智能技術(shù)自動(dòng)識(shí)別熔接線和氣穴的位置。通過(guò)流動(dòng)模擬可獲得型腔內(nèi)的溫度、壓力、速度及鎖模力等信息，幫助工程技術(shù)人員合理地設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，優(yōu)選注射工藝參數(shù)，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的成型缺陷并提出相應(yīng)的對(duì)策、氣體輔助注射成型 氣體輔助注射成型是在傳統(tǒng)的注射成型基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的注射成型工藝，特點(diǎn)在于：在充填階段，當(dāng)型腔充填至 70%95%時(shí)，向型腔內(nèi)注入高壓氣體，并使氣體進(jìn)入型腔；進(jìn)入保壓階段，繼續(xù)注入高壓氣體，以彌補(bǔ)因熔體冷卻而引起的收縮。 在充填階段，由于氣體、熔體兩種性質(zhì)完全不同物質(zhì)的動(dòng)力學(xué)的相互作用，使得成型過(guò)程的模擬非常復(fù)雜，控制方程仍采

9、用非牛頓流體非等溫下廣義的 Hele-shaw流動(dòng)，但在氣熔界面作了假設(shè)，認(rèn)為氣體、熔體兩相介質(zhì)不混合。這樣，流場(chǎng)的求解變?yōu)閷?duì)熔體流動(dòng)方程的求解，僅在氣熔界面上加上氣體壓力的邊界條件。氣熔界面的確定采用粒子跟蹤法或控制體積法 利用氣體輔助注射成型過(guò)程的CAE 技術(shù)，可幫助設(shè)計(jì)、工程人員解決如下問(wèn)題發(fā)現(xiàn)氣穴、氣體沖頭等潛在的質(zhì)量問(wèn)題；確定熔體的最優(yōu)體積、注入氣體的最佳切入時(shí)間等工藝參數(shù)；獲得多型腔系統(tǒng)在整個(gè)加工過(guò)程中的物料及氣體的分布；優(yōu)化氣道、澆注系統(tǒng)的尺寸、布置方案。此外，還有反應(yīng)、擠出、熱成型、壓延、流延模、纖維紡絲過(guò)程、吹塑模、涂覆等成型過(guò)程數(shù)值模擬也開(kāi)展了廣泛的工作，對(duì)聚合物加工過(guò)程的

10、分析和成型設(shè)備的設(shè)計(jì)都產(chǎn)生了相當(dāng)大的影響。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及和全球信息化，塑料模 CAE 技術(shù)功能進(jìn)一步擴(kuò)充，性能也進(jìn)一步提高，呈現(xiàn)如下的發(fā)展趨勢(shì)： 1、數(shù)學(xué)模型及數(shù)值算法逐步完善 塑料模CAE 技術(shù)的實(shí)用性，取決于數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確及數(shù)值算法的精確。隨著相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，數(shù)學(xué)模型對(duì)成型過(guò)程的描述更準(zhǔn)確、真實(shí)。如聚合物在三維復(fù)雜區(qū)域中的流動(dòng)、傳熱過(guò)程的數(shù)值分析；以及入口收斂效應(yīng)使模具內(nèi)三維流動(dòng)和出模脹大所用的本構(gòu)關(guān)系更加復(fù)雜，并應(yīng)考慮粘彈性及非等溫性。數(shù)值算法也由二維、二維半走向真三維，計(jì)算結(jié)果更為精確；2、用戶界面更加友好使用更為方便 由于計(jì)算機(jī)技術(shù)及多媒體技術(shù)的發(fā)展，用

11、戶界面具有更強(qiáng)的直觀、直感和直覺(jué)性，用戶能以較少的工程知識(shí)背景，利用“向?qū)А被蛘Z(yǔ)音等信息提示，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的“傻瓜”操作。注射模CAE 技術(shù)涉及大量的設(shè)計(jì)方案、標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件、行業(yè)性的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及大量的人類專家知識(shí)，利用模糊算法、人工智能及知識(shí)工程可自動(dòng)選擇合理的方案、判斷計(jì)算結(jié)果的合理性，減少用戶對(duì)計(jì)算程序的干涉；3、優(yōu)化理論及算法使 CAE 技術(shù)“主動(dòng)”的優(yōu)化設(shè)計(jì) 現(xiàn)有的CAE 技術(shù)是建立在科學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)上，但僅僅是校驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的合理性，“優(yōu)化”僅是反復(fù)的校驗(yàn)、試湊，最終的設(shè)計(jì)方案仍需設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和技巧，通過(guò)對(duì)多個(gè)方案的反復(fù)計(jì)算、比較、分析和判斷來(lái)確定，使設(shè)計(jì)和分析過(guò)程仍帶有盲目性和隨機(jī)性。利用現(xiàn)

12、有的模擬結(jié)果，借助于優(yōu)化理論構(gòu)造有效的反問(wèn)題算法，給出明確的改進(jìn)方向和尺度，對(duì)優(yōu)化模具設(shè)計(jì)參數(shù)和成型工藝參數(shù)十分重要?？蓮母旧辖鉀Q依賴經(jīng)驗(yàn)和技巧的方法和手段；4、CAE 技術(shù)的集成化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，寬帶通訊技術(shù)的突破，以及通訊、廣播和計(jì)算機(jī)三網(wǎng)融合步伐的加快，計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)正從社會(huì)的各個(gè)方面改變著人類的學(xué)習(xí)、生活?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)理論的應(yīng)用，如并行工程等，用戶將需要五峰連接的集成化的軟件，具有專業(yè)特色的CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM/ERP產(chǎn)品將應(yīng)運(yùn)而生，逐步完成模具及成型加工全過(guò)程的模擬及控制，形成“過(guò)程工程與技術(shù)”的關(guān)鍵技術(shù)。該計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的全過(guò)程結(jié)合，建立整個(gè)制造過(guò)程的研究、開(kāi)發(fā)、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施與控制及管理的新體系。為適應(yīng)電子商務(wù)的發(fā)展要求，塑料模 CAE 技術(shù)，將立足于全社會(huì)的公開(kāi)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)異地的“協(xié)同設(shè)計(jì)”及“虛擬制造”，建立專業(yè)化的虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)環(huán)境，并開(kāi)發(fā)相關(guān)產(chǎn)品，實(shí)施網(wǎng)上經(jīng)銷、培訓(xùn)與服務(wù)。沁園春·雪北國(guó)風(fēng)光， 千里冰封， 萬(wàn)里雪飄。望