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外文翻译--立体光照成型的注塑模具工艺的综合模拟 中文版【优秀】.doc

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外文翻译--立体光照成型的注塑模具工艺的综合模拟 中文版【优秀】.doc

立体光照成型的注塑模具工艺的综合模拟摘要功能性零部件都需要设计验证测试,车间试验,客户评价,以及生产计划。在小批量生产零件的时候,通过消除多重步骤,建立了有快速成型形成的注塑模具,这种方法可以保证缩短时间和节约成本。这种潜在的一体化由快速成型形成注塑模具的方法已经被多次证明是可行的。无论是模具设计还是注塑成型的过程中,缺少的是对如何修改这个模具材料和快速成型制造过程的影响有最根本的认识。此外,数字模拟技术现在已经成为模具设计工程师和工艺工程师开注塑模具的有用的工具。但目前所有的做常规注塑模具的模拟包已经不再适合这种新型的注塑模具,这主要是因为模具材料的成本变化很大。在本文中,以完成特定的数字模拟注塑液塑造成快速成型模具的综合方法已经发明出来了,而且还建立了相应的模拟系统。通过实验结果表明,目前这个方法非常适合处理快速成型模具中的问题。关键词注塑成型,数字模拟,快速成型1引言在注塑成型中,聚合物熔体在高温和高压下进入模具中。因此,模具的材料需要有足够的热性能和机械性能来经受高温和高压的塑造循环。许多研究的焦点都是直接有快速成型形成注塑模具的过程。在生产小批量零件的时候,通过消除多重步骤,直接由快速成型形成的注塑模具可以保证缩短时间和节约成本。这种潜在的有快速成型形成注塑模具的方法已经被证明成功了。快速成型模具在性能上是有别与传统的金属模具。主要差异是导热性能和弹性模量(刚性)。举例来说,在立体光照成型模具中的聚合物的导热率小于铝制的工具的千分之一。在用快速成型技术来制造铸模时,整个模具设计和注塑成型工艺参数都需要修改和优化,传统的方法是改变彻底的刀具材料.不过,目前还没有对如何修改这个模具材料的方法有根本的了解.在当前的模具中,仅仅改变一些材料的性能是不能得到一个合理的结果的。同样,使用传统方法的时候,实际生产的零件也会有出先次品。因此,研究出一个快速成型过程,材料和注塑模具之间的互动关系是非常火急的。这样就可以确定模具设计标准和快速模具的注塑的技术。此外,计算机模拟是一种预测模塑件的质量的有效的方法。目前,商用仿真软件包已经成为模具设计师和工艺工程师在注塑过程中例行性的工具。不幸的是,目前常规注塑成型的模拟程序已经不再适用于这个快速成型模具,因为它极大的需要不同的刀具材料。例如,利用现在的仿真软件在铝和立体光照模具之间做个实验比较一下,虽然铝模具模拟植的部分失真是合理的,但是结果是不可以接受的,因为误差超过了百分之五十。在注塑成型中,失真主要是由于塑料零件的收缩和翘曲,模具也是一样的。对于通常模具,失真的主要因素是塑料件的收缩和翘曲,这个在目前的模拟中能测试准确。但是对于快速成型模具,潜在的失真会更多,在当前的测试中,其中就会有些失真会被忽视。例如,用一个简单的三步骤模拟分析模具变形的时候,就会出现很多偏差。在本文中,基于以上分析,一个新的快速成型模具的仿真系统已经开发出来了。拟议制度着重于预测部分失真,主要是用与预测快速成型模具的缺陷。先进的仿真系统可以用于预测快速成型模具设计和工艺是否最合理。我们的仿真系统已经被我们的实验证明是没有错误的。虽然有很多材料可以用于快速成型技术,但是我们还是专注于利用立体光照模具的技术来制造聚合物模具.立体光照成型的过程是利用激光能量一层一层建立零件的部分。使用立体光照则可以体现出双方在快速成型工业的商业优势,而且在以后也可以生产出准确的,高品质的零部件。直到最近,立体光照主要是用于建立物理模型,为了检查视觉效果,仅仅只利用了它的一点点功能。不过,新一代的立体光照的光改善了立体化,机械性能,热学性能,所以它可以更好的应用于实际的模具中。2综合仿真的成型过程2.1方法为了在注塑成型过程中模拟立体光照模具的功能,反复的试验中得到了一个方法。不同的软件组已经开发出来了,而且也已经做到了这一点。主要的假设是,温度和负载边界条件造成立体光照模具的扭曲,仿真步骤如下1部分几何模型则作为一个实体模型,这将通过流量分析软件包被翻译到一个文件中。2模拟光聚合物模具中熔融体填充的过程,然后输出温度和压力的资料。3在前一步获得了热负荷和边界条件,然后对光模具进行结构分析,其中失真的计算是在该注塑过程中进行的。4如果模具的扭曲收敛了,那么直接进行下一步.否则,扭曲的型腔(改动扭曲后的型腔的尺寸)返回第二个步骤,以熔体形式模拟注入扭曲的模具中。5然后注射成型零件的收缩和翘曲模拟就开始应用了,算出该成型零件最终的扭曲部分.上述的模拟流动中,基本上是三个仿真模块。2.2充型模拟的熔体2.2.1数字建模计算机仿真技术已经能成功的预测到在极其复杂的几何形状下的填充情况。然而,目前大多数字模拟是基于一种混合有限元和有限差的中性平面上的。模拟软件包的应用过程基于这一模型说明图1。然而,不同与CAD系统中模具设计中的表面/实体模型,这里所谓的中性平面(如图所示,图1B)是一个假想的在中间型腔中有距离和方向的一个平面,这个平面可能会在应用的过程中带来很大的不便。举例来说,模具表面常用于目前的快速成型系统中(通常是STL格式),所以当用模拟软件包的时候,第二次建模是不可避免的。那是因为模型在快速成型系统和仿真系统中是不一样的。考虑到这些缺点,在模拟系统中,型腔的表面将以基准面来引入,而不是中性平面。根据以往的调查,流量和温度场的方程式可以写为X,Y是中性平面坐标系中的两个平面,Z是高度坐标,U,V,W是X,Y,Z方向上的速度.U,V是整体的平均厚度,η,ρ,CPT,KT分别表示聚合物的粘性,密度,周期热,热导率。图1A-D是中性平面的模拟程序.A是3维表面模型,B是中性平面模型,C是网状的平面模型,D是最后的模拟结果此外,在高度方向上的边界条件的误差可以表示为正如图2中的A中表示,TW是恒壁温度.结合方程1-4和方程5-6,表明了u,v,T,P在Z坐标上面应该是对称的,因此在上半个高度中的平均u,v应该和整个高度中的平均u,v是一样的。根据这个特点,我们可以把整个型腔在上下高度上分为两个部分,正如图2B中的第一部分和第二部分。同时,型腔(如图2B)表面产生的三角有限元将替代了中性平面(如图2A)。因此,在高度方向上的有限元误差仅仅限于型腔表面,正如图2B所示,高度上的误差将从0到B。这是中性平面上的单一性。此外,从图2A到图2B,坐标也随之改变了。为了配合上述调整,方程仍是用方程1-4。然而,原来的边界条件高度方向则改写为与此同时,为了保持在同一坐标(7)上的两部分能够流动,那么更多的边界条件必须满足Z=B。下标I和II则分别代表第一部分和第二部分的参数.CmI和CmII则表示在填充阶段中分开的两个表面上的自由移动的熔融线。应该指出的是,方程9与10和方程7与8不同,9和10在数字模拟过程中将变的更难,主要原因是以下几点1同一个断层的表面都已经都已经有着特殊的网格,这将导致同一层上的独特的格局.因此,在比较两个熔接口的时候,应该计算出各自的u,v,T,P。2因为两个部分都有各自的流道通向节点A和节点C(如图2B所示).在同一段中,有可能两个都充满,也有可能一个满,一个空.这两个情况应该分开处理,应该平均流动,使后者也分配到流动。3这意味着在前线熔合处出现一点点小的误差是可以允许的.通过控制时间和选择更好的位置来控制前线熔合节点。4每个流场的边界都扩张到熔线前线,所以核查方程10是否准确是相当重要的。5鉴于上述分析,在同一个节点处的物理参数应该加以比较和调整。所以在进行模拟之前,描述同一节点有限元的信息应该准备好,也就是说,匹配的原理应该先预备好。

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