模具优化设计

优秀文件你我共享模具优化设计课程论文学生姓名：李成彬学习编号：6专业课：材料控制0802导师：耿蒂2012年4月7日摘要：应用CAE技术的直接好处是节省时间和精力，减少测试模具、维修次数和模具报废比例，缩短模具设计制造周期，降低成本，提高产品质量。本文介绍了注射模拟CAE软件的原理，介绍了Moldflow系统的结构，分析了塑料的基本机械和粘度模型，建立了注射填充过程、保压阶段和冷却阶段的数学模型，确定了相应的边界条件后，可以分析数学模型。介绍了使用CAE优化铸造系统的方法，介绍了塑料零件浇注系统设计的理论计算方法，包括平衡布局流道系统、不平衡布局和单腔多浇口模具的流道系统，并分析了非自然平衡流道系统的实例。还介绍了浇口设计的相关标准，例如浇口类型选择、浇口大小和浇口位置确定、分析等。分别介绍了温度、压力、时间等工艺参数对注射成型的影响以及确定每个参数的方法。但是塑料产品、模具、成型过程中出现的问题是不同的，需要通过比较分析找到解决问题的方法。关键词：CAE注射成型工艺参数的优化设计近年来，工程塑料产品的精度和强度等有了很大的提高，各种工程塑料零件的使用范围在扩大。今后，随着小型计算机的普及和汽车的轻量化，塑料产品的使用范围将越来越广。尤其是在国防和尖端科学技术领域，它占据了更重要的位置。与此同时，随着世界经济的快速发展和人民生活水平的提高，对塑料产品品位的要求越来越高，变化型不断更新。成功的产品上市要早、质量好、价格合理，在这种情况下，产品的复杂性和精度往往高，而产品的开发时间越来越短。塑料注射成型是生产塑料产品的主要手段之一。注射模具一次成型复杂、大小精确的产品，适用于高效、批量生产的方法，因此应用越来越广泛。据统计，塑料模具约占模具的38.0%。要在数千种材料、各种变化的几何造型和各种过程中找到理想的组合，很难快速找到传统的注射模具设计方法。长期以来，我国的注塑模具设计主要依靠设计师的经验和直觉，反复试验模式、维修模式、持续设计修改方案、缺乏科学依据、大盲目性，导致模具的生产周期长、成本高、质量也难以保证，从而可能失去市场竞争力。使用计算机辅助设计(CAD)技术，模具设计人员多年来一直希望预测塑料熔体在注射成型时在模具型腔中流动的情况，以及模具型腔内塑料产品的冷却、硬化过程，从而在模具制造前确定设计中的问题，并修改工程图而不是修复模具。注射模具CAE技术的出现使人们的这种愿望变成了现实。计算机辅助工程(CAE)可快速执行各种计算和分析。使用CAD/CAE技术可以通过更少的工作量实现巨大的经济效果。注射模具CAE技术是根据塑料加工流变和传热的基本理论，建立模具型腔中塑料熔体流动、传热的物理数学模型，使用数值计算理论构建解决方案，使用计算机图形技术直观地模拟实际成型中熔体的动态填充、冷却过程，并定量提供成型过程(例如压力、温度、速度等)的状态参数。使用注射模具CAE技术，您可以在制造模具之前在计算机上分析和模拟模具设计方案，从而替代实际的测试模式操作。CAE软件的具体作用可以概括为：1、塑料产品设计优化模具设计质量直接关系到塑料产品的质量、成本和生产周期。模具设计不合理会导致产品中出现明显的表面熔接线、充填不足、凹痕、聚焦点、翘曲和过度残余应力等缺陷。塑料壁厚、浇口数和位置、注射模具流道系统设计等对塑料产品的成功或失败以及质量有很大影响。过去完全依靠设计师个人的经验，用手完成，经常辛苦费时，设计不合理。使用注塑模具CAE系统，可以快速设计最佳塑料产品。2、优化塑料模具设计如果每次考试模式都不成功，经常修改的是浇注系统。使用注射模具CAE系统可以定量分析浇口位置和大小、流道大小、冷却管道大小、冷却管道布局和连接方法，在计算机上模拟模具，修改设计可以显着提高模具质量，并减少实际测试模具数。3、注塑工艺参数优化注射模具CAE系统可帮助注射成型人员确定最佳注射压力、锁模力、模具温度、熔体温度、注射时间、保压压力和时间以及冷却时间等工艺参数，以帮助注射最佳塑料产品。因为塑料的种类和成型方法很多，所以塑料模具CAE技术应用的面不同。以下是传统塑料模具CAE技术对常规注射成型、气体辅助注射成型、挤压成型、吹塑和热成型的理论方法和工程实践的指导。注射成型注射成型是热塑性成型的主要成型方法。注射模具CAE技术根据成型过程的特性分为流、压缩、冷却、残余应力和翘曲分析等软件模块。流动模拟在非牛顿流体的非等温作用下使用广义Hele-Shaw模型描述了注射填充过程。将动量守恒方程和能量守恒方程结合为有限元/有限差分算法，得出了膨胀压力场、温度场、速度场；用控制体积法跟踪熔体的流动前沿；使用人工智能技术自动识别熔接线和包封的位置。流动模拟可提供有关型腔内部温度、压力、速度和锁模压力的信息，从而使工程技术人员可以合理设计注射系统、优化注射工艺参数、查找可能出现的成型缺陷并采取相应措施。气体辅助注射成型气体辅助注射成型是在现有注射成型的基础上开发的一种新的注射成型过程，其特点是在填充阶段，当母模仁充满70%到95%时，将高压气体注入母模仁，然后将气体流入母模仁。进入压缩阶段，继续注入高压气体，补偿熔体冷却引起的收缩。在填充阶段，由于气体，熔体的两个特性完全不同的物质的动力学相互作用，成型过程的模拟变得非常复杂，控制方程在非牛顿流体的温度下使用广义Hele-shaw流，但气体，熔体两相介质不混合，在气体熔体界面中假定。这样，流场的求解成为熔体流动方程的求解方法，仅气体熔体接口加上气体压力的边界条件。确定气体-熔体界面使用气体辅助注射成型过程的粒子跟踪方法或使用控制体积方法的CAE技术有助于设计、工程人员发现气穴、气体冲孔等潜在质量问题。确定熔体的最佳体积、气体注入的最佳切入时间等工艺参数。在整个加工过程中，得到多腔系统的材料和气体分布。优化流道、注射系统大小和布局计划。此外，还广泛进行了反应、挤出、热成型、轧制、铸造模具、纤维纺丝工艺、吹塑、涂层等成型工艺数值模拟，对聚合物加工工艺的分析和成型设备的设计具有重大影响。随着科学技术的快速发展，互联网技术的普及和全球信息化，塑料模具CAE技术功能进一步扩展，性能也呈现出以下发展趋势：1、数学模型和数值算法逐步提高了塑料模具CAE技术的实用性，取决于数学模型的正确性和数值算法的正确性。随着相关领域技术的发展，数学模型对成型过程进行了更准确、更真实的描述。由于三维复合区域中聚合物流动、传热过程的数值模拟、入口收敛效应，三维流动和模具扩展中使用的构造关系变得更加复杂，必须考虑粘弹性和非等温性。数值算法也是用二维、二维半方向实际三维计算的，并且更准确。2、用户界面使用更方便计算机技术和多媒体技术的发展使用户界面直观、直觉更强，用户具有较少的工程知识背景，可以利用“向导”或语音等信息提示执行简单的“傻瓜”任务。注塑模具CAE技术包含许多设计方案、标准组件、行业标准、规范和广泛的人类专家知识，可以使用模糊算法、人工智能和知识工程自动选择合理的计划，确定计算结果的合理性，减少用户对计算程序的干扰。3、优化理论和算法是CAE技术的“主动”优化设计传统CAE技术基于科学计算，但验证设计方案的合理性，“优化”仍需要设计人员的经验和技能，通过对多个方案的迭代计算、比较、分析和判断，在设计和分析过程中继续保持盲目性和随机性。利用现有仿真结果，通过优化理论构建有效的逆问题算法，提出了明确的改进方向和规模，对优化模具设计参数和模具工艺参数具有重要意义。可以从根本上解决依靠经验和技术的方法和方法。4、CAE技术的集成和网络的发展，使互联网技术的普及、宽带通信技术的突破、通信、广播和计算机三网融合的速度加快，计算机和网络正在改变社会各个方面的人类学习和生活。最新设计理论的应用(例如并行工程)要求用户使用5个峰值连接集成软件，生成具有专业特性的CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM/ERP产品，模拟和控制模具和成型的整个过程，从而形成了“工艺工程和技术”的核心技术。将此计算机与网络环境、实时设计和制造系统的整个过程相结合，构建用于整个制造过程的研究、开发、计划、设计、实施和控制、管理的新系统。适应电子商务发展需要的塑料模具CAE技术将基于全球开放的网络环境，实现异地“协作设计”和“虚拟制造”，构