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基于流动模拟的注塑成型浇注系统优化设计与缺陷控制

作　者: 邹用生
导　师: 胡树根；黄长林
学　校: 浙江大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 注塑模流动模拟浇注系统 CAE技术 Moldflow 成型缺陷
分类号: TQ320
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

注塑成型是现代塑料工业中极为重要的一种加工技术,适于大批量生产形状复杂、尺寸要求精确的塑料制品。随着计算机软、硬件技术的发展,注塑模 CAE技术也得到了前所未有的发展。CAE技术在模具制造之前就能发现设计中存在的问题,改变了主要依靠经验和直觉,反复试模、修模的传统设计方法。本文以注塑工程分析软件为工具,对注塑过程中所涉及的流道设计、浇口设计、工艺参数设计等方面进行了比较深入的研究,提出了比较切合实际并容易提高产品质量的流道优化设计、浇口优化设计、注塑工艺方案。此外,还对塑料的黏度模型、流变理论及数值计算方法等方面进行了初步研究。本文研究的重点内容分为以下几个方面: (1)首先概述了注塑成型技术、注塑模CAE技术,并介绍了注塑模CAE技术发展的概况和流动模拟技术研究现状; (2)根据注塑模流动模拟理论,建立了流动过程的数学模型,并对注塑成型模型进行了简化,得到了易于数值求解的数学模型,认识了各物理变量对成型过程的影响; (3)分析阐述了流道和浇口的设计理论与方法,合理确定各分支流道的截面形状、尺寸和浇口的类型、数量及位置,并研究了基于CAE技术并结合聚合物流变学原理的流动分析在流道设计和浇口设计中的应用,并且提出了流道优化算法和浇口优化设计流程,通过具体实例得到了验证; (4)当提出某一种塑料件的使用性能和其它有关要求后,首先应在经济合理和技术可行的原则下,选择最合适的材料、生产形式、注射设备及模具结构。当这些条件确定之后,工艺条件的选择和控制就是主要考虑的因素。注射成型工艺条件最主要的因素为温度、压力和时间。本文对主要的工艺条件如何影响塑料制品的质量作了探讨,借助注塑工程分析软件对塑料制品的成型过程进行模拟,合理确定这些工艺参数,并举了一个利用CAE技术优化工艺参数的实例; (5)熔体流动模拟的一个主要任务是进行成型缺陷预测,本文详细介绍了几种主要成型缺陷,并提出了利用CAE软件解决成型中几种主要缺陷的方法; (6)以mp3外壳和连接转换器两注塑件成型过程为实例,进行流动模拟,对模拟结果作了详细地分析,反复修改模具设计方案,得到了较理想的结果。从上述工作中,可以看出只有充分认识了CAE分析结果的物理意义以及这些结果对模具设计、工艺条件的影响等,才能更好地利用这些知识解决实际生产中遇到的问题;利用注塑模CAE技术对模具内熔体的动态模拟分析研究,可直观了解制品所需的最大锁模力、最大注塑压力以及制品成型时的熔体前沿,熔接线和气穴位置、压

全文目录

第1章绪论  11-23
  1．1 引言  11-12
  1．2 注塑成型技术概述  12-13
  1．3 注塑模 CAE技术国内外研究现状  13-19
    1．3．1 CAE技术概述及其在注塑成型中的应用  13-15
    1．3．2 注塑模CAE技术研究现状  15-16
    1．3．3 注塑模CAE软件  16-19
      1．3．3．1 注塑模CAE软件的基本结构和分析流程  16-18
      1．3．3．2 注塑模CAE技术商品化软件  18-19
  1．4 注塑成型流动模拟技术研究现状  19-20
  1．5 课题研究背景和主要研究内容  20-22
    1．5．1 课题研究背景  20-21
    1．5．2 本文主要研究内容  21-22
  1．6 本章小结  22-23
第2章注塑成型流动数值模拟理论分析  23-36
  2．1 塑料的粘弹性及粘度模型  23-25
    2．1．1 塑料的基本力学模型  23
    2．1．2 塑料的粘度模型  23-25
  2．2 充填流动过程塑料熔体的流动行为  25
    2．2．1 充填阶段  25
    2．2．2 加压阶段  25
    2．2．3 补偿阶段  25
  2．3 充模过程的数学模型  25-30
    2．3．1 粘性非牛顿流体力学基本方程  26-27
    2．3．2 充模流动过程假设与简化  27-28
    2．3．3 三维薄壁型腔充填分析的控制方程  28-29
    2．3．4 浇注系统充填分析的控制方程  29-30
  2．4 数值求解方法  30-32
    2．4．1 几何离散  30-31
    2．4．2 压力场  31
    2．4．3 温度场  31-32
  2．5 熔体剪切黏度  32-33
  2．6 熔体波前  33-35
    2．6．1 熔体波前位置的确定  33-34
    2．6．2 熔体波前速度和熔体波前面积  34
    2．6．3 流动平衡  34-35
  2．7 本章小结  35-36
第3章基于CAE技术的注塑成型流动数值模拟分析  36-55
  3．1 流动分析在流道设计中的应用  36-42
    3．1．1 流道的截面形状  36-38
    3．1．2 流道尺寸设计  38
    3．1．3 流道布置与平衡  38-39
    3．1．4 流道优化算法  39-41
      3．1．4．1 目标函数与设计变量的确定  40
      3．1．4．2 流道优化设计算法  40-41
    3．1．5 流道优化设计实例  41-42
  3．2 流动分析在浇口设计中的应用  42-47
    3．2．1 浇口的种类及其特征  42-43
    3．2．2 浇口尺寸的设计  43
    3．2．3 浇口数量和浇口位置  43-44
    3．2．4 浇口平衡  44-45
    3．2．5 浇口数目和位置的优化流程  45
    3．2．6 手机外壳浇口优化设计  45-47
  3．3 流动分析在优化工艺参数中的应用  47-54
    3．3．1 温度对注塑成型的影响  48-49
    3．3．2 压力对注塑成型的影响  49-50
    3．3．3 时间对注塑成型的影响  50
    3．3．4 基于CAE技术的工艺参数优化  50-51
    3．3．5 工艺参数优化设计实例  51-54
      3．3．5．1 建立模型  51
      3．3．5．2 实验结果分析  51-54
      3．3．5．3 分析小结  54
  3．4 本章小结  54-55
第4章注塑成型主要缺陷预测和控制  55-67
  4．1 熔接线  55-61
    4．1．1 熔接线形成过程及结构特点  55-56
    4．1．2 熔接线和熔合线特点：  56-57
    4．1．3 熔接线结构和性能的主要影响因素  57-59
    4．1．4 熔接线的位置预测  59-60
    4．1．5 熔接线控制对策  60
    4．1．6 实例分析  60-61
  4．2 翘曲变形  61-65
    4．2．1 翘曲变形形成原因分析  61
    4．2．2 翘曲和收缩预测和控制  61-62
    4．2．3 实例分析  62-65
  4．3 气穴  65-66
    4．3．1 气穴的产生原因和对注塑件的影响  65
    4．3．2 实例分析  65-66
    4．3．3 气穴的控制方法  66
  4．4 本章小结  66-67
第5章注塑成型流动模拟实例研究  67-81
  5．1 mp3外壳注塑件流动模拟分析  67-73
    5．1．1 建立注塑件几何模型  68-69
    5．1．2 确定浇口位置和数目  69-71
    5．1．3 流道尺寸确定  71-73
  5．2 连接转换器外壳注塑件的流动模拟分析  73-80
    5．2．1 制品材料特性  73-74
    5．2．2 型腔模型准备  74-75
    5．2．3 模拟结果分析  75-80
      5．2．3．1 方案一  75-78
      5．2．3．2 方案二  78-80
    5．2．4 分析总结  80
  5．3 本章小结  80-81
第6章总结和展望  81-83
  6．1 总结  81-82
  6．2 展望  82-83
参考文献  83-86
致谢  86

基于流动模拟的注塑成型浇注系统优化设计与缺陷控制

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