中文译文-模拟气体辅助注塑成型过程中的平面模型通道

模拟气体辅助注塑成型过程中的平面模型通道摘要电脑辅助工程（CAE）仿真和实验研究已经进行了腔、气体充填的包装步骤，一个包含通道的一部分气体辅助注塑成型。作者的模具型腔立体几何中平面模型由有限元法进行分析。这个镜头的大小，气泡的分布和剩余壁厚为模拟计算软件（MOLDFLOW的塑料透视版本41）来完成。通过模拟预测的结果得出了比较良好的指示模型预测能力的实验结果。1引言如今气体辅助注塑成型（气辅注塑）不是以创新科技为制造业空洞化塑料件的第一项专利，然而建立作为共同的成型过程尚未实现在聚合物行业。这是在一些先进结果实际应用在气辅注塑过程中，由于固有天然气不稳定之间的复杂关系参数，控制气体流量和质量模塑部件。其较高的限制是理解这一进程的特点，专门就典型流动的现象。有四种不同的工艺，生产气辅注塑部件短杆的过程中，充分拍摄过程中，后端到螺丝过程有可伸缩的核心模具。我们研究了第一个过程，也被称为标准气辅注塑。该过程可以描述一个简单的三个步骤1一个短期的熔融聚合物填充拍摄最初的7090模具冲压下腔注射速度控制成型机（图1A）。2经过短暂的延迟时间，压缩氮气内核出熔融聚合物。留下的穿透气在模具壁聚合物层，达到一个成型零件以聚合物皮肤和内部气体通道（图1B）条。气体渗透其中发生在这一步的地方是计价主要气体渗透。这一步完成时，模具腔已完全填补（图1C）。3天然气是不断注入转交包装压力以聚合物。在这个阶段，聚合物收缩抵消由气体核心增长。气体包装压力仍然存在，直到所有的聚合物材料具有固化。在全杆气辅注塑的短杆过程的第一步是直到熔化的聚合物注射重量扩展完全填充模腔。关于加工条件的影响的气体渗透在全气辅注塑的行为已拍摄其他研究人员调查3,4。返回到螺丝过程类似于全过程拍摄，最后的气辅注塑工艺，模具可伸缩的核心，是基于变化模腔，这是使用一个核心。最初的体积该模具是最低，当气体注入，同时，核心是增加拉回腔量。图1说明短杆的过程（标准气辅注塑的步骤）（一）聚合物短杆（二）开始，小学气体渗透（三）主要气体结束渗透（四）二级气体渗透。气辅注塑提供超过传统的优势相当多注射成型。这些优势主要来源于从附近的气体压力恒定值在整个天然气作为在气体的压力下降导致核心是微不足道的，相对于在同等熔融压降聚合物5。传统的注射成型的优点是降低零件重量，注射压力，锁模力，收缩，翘曲和残余应力，除了更好的表面6。此外气辅注塑增强了设计的可能性和厚切片组件可能不会过度翘曲，收缩7。所有这些优势只有在设计和工艺参数时完全理解。气辅注塑的应用更重要的是比传统的注射成型好，由于这是介绍，额外的参数，如随着数字和注气点，位置熔融聚合物注入量（拍摄大小），气体延迟时间，注入气体的压力和保温时间为气体注射。模具和产品优化了尝试和错误的方法，即通过修改模具和改变的过程在一系列的测试模具参数，既昂贵又费时。随着科学为基础的仿真工具，工程师可以评估另类设计路线和材料。他们在优化注塑的预测过程中，分析出成型的部分气体分布和由此产生的部分性能79。这样，可以对气辅注塑模拟帮助澄清这一过程的特点，并延长成型的经验。要执行模拟，CAE技术，必须通过这一个合适的模具模型的创建腔。这种模式应该优化，以适用于他们的这是需要进行模拟数值方法，也就是说，有限差分法（FDM），有限元方法（FEM），边界元法（BEM）和有限体积法（FVM）10。这些数值方法要求离散的物理域（几何模型）为有限子域（元素）索取有关网模型模腔。通过离散，连续执政方程转换成一个集离散代数方程可以解决计算机的使用。有三大不同类型的网格模型为基础的类型用于建造他们该元素的一维管状元素（带网眼），二维三角形元素（中机网）和（三维四面体元素目）。根据该模型使用不同的分析可以演出2，25和三维模拟。显然，更高的复杂性元素尽管使用了较高的计算模拟的准确性，时间大大增加。一个二维分析的主要优点是速度，虽然他们的结果并不等同于那些生产更先进的分析。在气辅注射成型模拟，带案模型的预测能力缺乏一个不对称聚合物墙分布在任何交叉的部分条文。大多数商业注射成型模拟软件包基于所谓的薄膜，其中的事实，大部分注塑件是薄壁用来解耦流和热效应中平面和厚度方向这导致了所谓的25维的方法称为14。如一中所产生的飞机模型是一个表面，这是一个双向电泳几何实体，实现了的代表性立体几何部分，一个数值属性所谓厚度分配给所有的元素组成单位中间平面网格。许多作者研究的可靠性这些对于以模拟商业包装常规注射成型1520，并就气道设计与气辅注塑部件7,21,22。这种方法已成为先进的系统仿真。有些方案提供了三维仿真聚合物气辅注塑过程。不过分析时间很长，即使使用高速并行处理的CPU。更重要的问题是，如果我们正在处理模具设计阶段23,24。此外，今天这些方案无法执行所有可以进行分析内中有一平面模型，如冷却、翘曲和应力分析。根据这一工作，它已被创建一腔的模具中，涉及面相当的具有代表性，由于几何简化中期平面网状要从头开始创建，也可以或退化（崩溃）从现有的三维CAD设计模型。一些商业模拟程序能够自动处理这一任务。然而，当对一些地区的部分中一个独特的平面代表不存在，发生在研究的部分，中间平面创作必须完成手动25。这项工作的目的是为了显示近似实现使用中平面模型（25维分析）来模拟气辅注塑，而不是使用一种复杂的三维模型这是高消耗和计算时间不允许，如今，在分析，最能模拟执行的一个部分中平面模型2实验和仿真21材料规格聚合物的研究中使用的是商业聚丙烯注射模塑级ISPLE外周130G1由雷普索尔YPF公司提供。表1列出了制造商所提供的属性。22部分几何据埃弗里2提出的分类我们的几何模腔（图2）导致了中通道的一部分地方的控制气体流量依赖于总的部分几何图形。该部分是在横截面圆有一16毫米的外部跨梁（标记为1和4）和直径有一个14毫米的两个内部跨梁（标2和3）直径。该部分的总面积为200毫米60毫米一二八毫米。图2部分几何（交叉用于比较的剩余壁厚部分指示）。23注塑机及气体注射装置实验于1300千牛使用巴顿菲尔TM1300/750UNILOGB4的注塑机配备了AIRMOULD模块化系统是基于压力控制的过程，包括四个单元天然气供应氮气瓶（），压缩机，气体压力控制和天然气注射。注塑机有一个直径50毫米的螺丝提供了理论杆体积四百四十二立方厘米（聚苯乙烯），最高具体压力1714条。24工艺参数固定工艺参数见表2。他们选择了基于有关材料和设备供应商建议的处理范围。该熔融聚合物注入量注气开始前进行了优化如下所述。采用50零件成形的最佳条件为了实现在稳定成型零件的特点（体重控制）。最后，制作了20多件，并贴上标签，进行研究。该聚合物注入模腔通过浇口和一个气针被安排在热流道系统在后面的特别接待室门和腔（见图。3）。如果气针将直接进入腔聚合物流将被分割的气针和焊接线将挑起产生的气泡缺陷的传播26。图3加料系统与聚合物和注气位置模具25表征的气辅注塑成型零件的要确定模拟结果的准确性气泡穿透在实验部分进行了研究。此外，它已被测量剩余壁厚，这是作为厚度定义聚合物层，是留在身后的墙壁模具气体前面已经过去。据POSLINSKI等。27在气辅注塑残余壁厚确定两个现象一个天然气成一种粘性液体的渗透，以及增长的固体层。为了评价上述模塑零件的两个特点截面平行飞机在20MMINTERVALS其对称面全该部分（200毫米）的完整长度。26计算机模拟气辅注塑成型的部件进行了模拟使用商业软件，MOLDFLOW的塑料透视（41版本）。任何第一阶段的模拟有限元法（FEM）被称为“预进程”。这是最TIMECONSUMING第一步，建立了模具型腔的几何模型组成进行分析。这可以通过使用进行仿真软件本身或计算机辅助设计（CAD）计算机程序1。在这工作，外部CAD软件，被称为GID的（由国际开发数值方法在工程中心）已被使用。它由一个交互式图形用户界面，提供了预先处理工具工业和学术问题的数值模拟28。以下，网状几何模型必须用三角元素。此后，聚合物被选中，注射地点设置。要完成这第一阶段，它需要将仿真软件引入进程创造条件。在一个仿真过程的第二阶段，流体力学和传热计算应用进行了有限元，有限差分分析。该气辅注塑模拟进行了使用的MPI/气体模块仿真软件。一个模拟的最后阶段被称为“后过程”，这里就需要经验的分析师，以提取可靠最重要的倍数信息提供彩色效果图由模拟结果和讨论图5横截面使用一个中等飞机模型的一部分代表组由五个部分（数字成盒的厚度以毫米为单位每个中平面部分）。31检查中期的飞机模型的适用性为了证明，如果中期飞机模型提出足以气辅注塑模拟，我们比较了模拟结果由一个与中平面所提供的三维模型当一个传统的模型注塑分析进行。特别地，我们的重点是填补时间的结果，显示了在定期为流动前沿位置腔填充。图。6所示，在每个瞬间，该位置在前面两个模型流通过填充分析阶段传统的注塑成型。可以看到，在聚合物流动方面的进展几乎是在两种情况下相同。例如，两个模型预测，横梁3是第一两个内部交叉横梁将完全由填充熔化的聚合物。因此，中期提出的飞机模型可以被视为准确地反映真实了三维模具几何形状，它被用来执行模拟气辅注塑技术。图4有限元模型的提出。腔是由一，而亚军系统中使用了飞机模型代表条模型。31检查中期的飞机模型的适用性为了证明，如果中期飞机模型提出足以气辅注塑模拟，我们比较了模拟结果由一个与中平面所提供的三维模型当一个传统的模型注塑分析进行。特别地，我们的重点是填补时间的结果，显示了在定期为流动前沿位置腔填充。图。6所示，在每个瞬间，该位置在前面两个模型流通过填充分析阶段传统的注塑成型。可以看到，在聚合物流动方面的进展几乎是在两种情况下相同。例如，两个模型预测，横梁3是第一两个内部交叉横梁将完全由填充熔化的聚合物。因此，中期提出的飞机模型可以被视为准确地反映真实了三维模具几何形状，它被用来执行模拟气辅注塑技术。32模拟和实验结果首先，熔融聚合物（拍摄的最低数量重量）避免了整个熔体前沿（也气吹所谓气突破）已被用于比较试验与模拟气辅注塑过程。当发生煤气突破天然气方面赶超聚合物的前面。在气道1质量平衡保护规定，天然气前面速度总是比前面的速度较大的聚合物。因此，熔融聚合物数量未来的气体前（流动阻力）注气过程中不断降低造成这两个方面必须加快。禁止这种现象的完整填写模具的，应当通过注入足够的预防熔融聚合物用量在气体注入。据杨和远流29，在GAIM等有固定熔化温度最关键的参数是镜头的重量。为了获得为成型零件的最佳工艺条件是首先制造无气体的利用援助的一部分传统注射成型过程。这个镜头的重量，仅仅填补了腔没有任何短期射击或包装为120克，这MASSWAS作为参考。此后，注入量聚合物减少，注气开始。以下此过程中，熔融的聚合物质量最小的避免气体突破为1017克这意味着，对于一个巢穴，077公克立方公分的熔融聚合物减到最低量熔融聚合物注入方面的总体积模腔（155毫升）为85。另一方面，模拟预计，注入聚合物体积最小为88这是非常接近实验值。此外，模拟部分的重量是1035克构成为小偏差18的问候大规模的塑造部分。其他结果为特征的气辅注塑的部分是一个空心由气体造成的部分，通过核心。图。7显示了轮廓（黑线）的气体口在成型零件（测量第2节中所述）与油气分布重叠预测模拟方案（灰阶）。由于可以待观察，有一个非常好的协议。结果从模拟预测，天然气方面进行完全内核横梁3和几乎完全跨梁二是在按照成型的一部分。还有一个很大的相似性在气泡穿透通过外部跨梁1和4）。此外，模拟能够预测不对称的存在，当气体前面是被迫改变方向。这是固有的气辅注塑技术，由于事实上，天然气总是选择最简单的路径流量和一肘以下路径内半径最短长度26。因此，在内部交叉梁气泡是流离失所的对称轴。此事件更加明显在横梁2。小的差异存在泡沫渗透在横梁1，那里的模拟估，在泡沫的长度。为了更好地评估结果由壁厚提供仿真程序，图。8显示了聚合物的厚度测量从塑造的一部分，由厚度预测在横截面仿真甲和乙（如图所示。2）。虽然聚合物厚度中期预测是一个平面粗略的估计，这一结果使得辨别趋势对在成型零件气泡的横截面面积。在这样的模拟预测，在一个更大的泡沫区内部交叉梁（2和3）比外部的（14）后观察到的趋势成型件。甚至，为外部跨梁（1和4）的模拟结果同意圆满的结果与实验有关在泡沫直径减小时CROSSSECTION从一个移动到乙的模拟能够预测准确的不对称而在气体孔，特别是存在在内部交叉在跨节梁（图8）。图6在流动前沿位移比较两个模型使用的是传统的注射成型充填分析图7之间的比较成型（黑线天然气模式）和模拟部分（灰阶）。图8之间的塑造和模拟