注射模具澆注系統(tǒng)設計Ch注射成型CAE

第三章注射成型CAE目錄3.1聚合物模具型腔內(nèi)流動的模型理論與模擬方法3.2注射成型CAE主流軟件3.3三種流動模型及其實現(xiàn)方法3.4中面模型的建立與抽取3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.1聚合物模具型腔內(nèi)流動的模型理論與模擬方法3.1.1數(shù)值模擬的基本理論3.1.2數(shù)值模擬的實現(xiàn)過程3.1聚合物模具型腔內(nèi)流動的模型理論與模擬方法3.1.1數(shù)值模擬的基本理論1.質量守恒方程2.動量守恒方程3.1聚合物模具型腔內(nèi)流動的模型理論與模擬方法3.1.1數(shù)值模擬的基本理論3.能量守恒方程4.本構方程3.1聚合物模具型腔內(nèi)流動的模型理論與模擬方法3.1.1數(shù)值模擬的基本理論5.狀態(tài)方程3.1聚合物模具型腔內(nèi)流動的模型理論與模擬方法3.1.2數(shù)值模擬的實現(xiàn)過程3.2注射成型CAE主流軟件3.2.1注射成型CAE的發(fā)展階段3.2.2注射成型CAE的代表性軟件3.2注射成型CAE主流軟件3.2.1注射成型CAE的發(fā)展階段塑料注射成型CAE的發(fā)展大致經(jīng)歷三個階段，現(xiàn)正進入第四個階段。70年代以前，由于計算機條件的限制，對充模過程和冷卻過程都是采用一維模擬，在1960年，Toor、Ballman和Copper最先用數(shù)值的方法計算了塑料熔體的充模過程，隨后，許多研究者對一維流動進行了大量研究，主要是計算塑料熔本在等直徑圓管、中心澆口的圓盤以及端部澆口的矩形型腔中的流動過程。Catic通過建立模具內(nèi)的熱平衡方程，考慮模腔與準卻介質之間的一維傳熱，采用分析解或有限差分法求解熱平衡方程，由此得到最小冷卻時間的計算公式。3.2注射成型CAE主流軟件3.2.1注射成型CAE的發(fā)展階段70年代中期至80年代中期，充模流動模擬和冷卻模擬采用二維模擬技術，在二維流動分析中，除數(shù)值方法本身的難點外，另一個新的難點是對移動邊界的處理，如何確定新時刻的熔體流動前沿位置。Broyer、Gutfinger和Tadmor運用流動網(wǎng)格分析法（FlowAnalysisNetwork)對二維等溫流動進行了計算，并對保壓、固化及分子取向問題進行了有益探索。Takahashi和Matsuoka基于FAN法，考慮熔體溫度的變化，將三維制件展平為二維平面，實現(xiàn)了對三維制件的非等溫流動分析。Hieber和Shen將Hele-Shaw流動推廣到非牛頓流體的非等溫流動情況，得到了描述二維充模流動的數(shù)學模型，并分別采用有限元差分法和有限元與有限差分混合求解。Shen還嘗試了用邊界元法求解述問題。兩位學者采用網(wǎng)格擴展法（MeshExpansionScheme)確定流動前沿位置，并對其中的計算穩(wěn)定性進行了研究。此階段熱傳導方程擴展到二維的情形。此時，有限差分是主要的分析方法，Schaefer、Singh及Chen用有限差分法、將模具劃分大的網(wǎng)格、制件劃分較小的網(wǎng)格，冷卻裝置以一維單元近似，同時進行分析計算，給出制件和模具的二維溫度場。3.2注射成型CAE主流軟件3.2.1注射成型CAE的發(fā)展階段80年代后期，開展了三維流動和冷卻模擬研究，三維流動模擬主要采用二種方法：其一，Hieber采用流動路徑法（FlowPathScheme)實現(xiàn)了對三維制件的流動分析。其二，V.W.Wang及Hieber用有限元與有限差分混合法，沿用Hieber和Shen提出的數(shù)學模型，求解壓力場、速度場和溫度場，針對三角形線性單元，定義了控制體積，并沿用FAN法的思想，提出用控制體積法(ControlVolumeScheme)來確定熔體流動前沿位置。在這一階段，采用邊界元法對冷卻過程進行了三維模擬。進入90年代后，開展了成型過程流動、保壓、應力應變及翹曲的全過程模擬，將各獨立模塊有機地結合起來，考慮它們之間的相互影響，以提高模擬軟件的分析精度和擴大適用范圍。同時，為提高CAE系統(tǒng)的實用化程度，提高系統(tǒng)幾何模型的生成速度，開展了CAE與CAD/CAM集成化研究，這一階段，工人智能CAE中的應用也取得了一系列進展。3.2注射成型CAE主流軟件3.2.2注射成型CAE的代表性軟件1.AMI（AutodeskMoldflowInsight）2.C－MOLD（已經(jīng)并入Moldflow公司）3.MOLDEX3D4.3DTIMON5.PLANETS6.CADMOULD7.I-DEAS此外，還有美國的GRAFTEK公司的SIMUFLOW，意大利P&C公司的TMConcept和英國的DeltaCAM公司的注射模設計制造軟件包。3.2注射成型CAE主流軟件3.2.2注射成型CAE的代表性軟件國內(nèi)開展塑料成型數(shù)值模擬研究起步較晚，但通過不懈努力，以及對國外軟件開發(fā)經(jīng)驗與技術的吸收和研究，發(fā)展較快，并取得了一定成果。華中科技大學模具技術國家重點實驗室自行開發(fā)了國內(nèi)第一個注射模CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)HSCAE，現(xiàn)在已經(jīng)推出了最新版本HSCAE7.0。鄭州大學橡塑模具國家工程中心推出了自主知識產(chǎn)權的CAE分析軟件Z-Mold。另外上海交通大學、四川大學、浙江大學、大連理工大學、北京化工大學、合肥工業(yè)大學等在注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)研究方面都做了許多研究工作。北京CAXA公司與美國前AC-Tech公司合作開發(fā)的面向注射模的中文輔助分析軟件CAXA-IPD也正在推出。3.3三種流動模型及其實現(xiàn)方法3.3.1中面流技術3.3.2雙面流技術3.3.3實體流技術3.3三種流動模型及其實現(xiàn)方法3.3.1中面流技術3.3三種流動模型及其實現(xiàn)方法3.3.2雙面流技術3.3三種流動模型及其實現(xiàn)方法3.3.3實體流技術3.3三種流動模型及其實現(xiàn)方法目前聚合物注射成型數(shù)值模擬呈現(xiàn)中面流、雙面流和實體流三駕馬車并駕齊驅的形式，三者各有優(yōu)勢，但也各有缺點?？傮w來看，在具體實踐之中，3D的實體流動由于計算效率的問題，仍然短期內(nèi)難以徹底全面實現(xiàn)；雙面流在CAE軟件中較方便得到其模型，但在后續(xù)模型的有限元網(wǎng)格劃分和為匹配雙面之間的節(jié)點時花費的功夫將較多；中面流的模型得來不太方便，CAE軟件的建模功能差，CAD中的實體模型無法直接導入CAE之中，但由于塑料制件的薄壁特征使得這種模型是發(fā)展最成熟，在注射CAE中應用最廣泛，結果認可度也較高的一種模型。因此，完全有理由可以相信，如果克服了中面模型建立的重重困難，使得CAE分析師們能夠方便的獲得其分析所用的中面模型，把他們從繁雜的前處理過程中解放出來則必定是深受歡迎的。所以，能夠快速解決CAE軟件所使用的中面模型的建立問題對于CAE模擬具有較大的意義。3.4中面模型的建立與抽取3.4.1基于CAD軟件的中面模型直接建立實現(xiàn)方法3.4.2利用HyperMesh軟件抽取中面的方法3.4中面模型的建立與抽取3.4.1基于CAD軟件的中面模型直接建立實現(xiàn)方法1.CREO自頂向下的數(shù)據(jù)共享方法直接建立中面模型1)制件前處理2)選取表面3)中面修理3.4中面模型的建立與抽取3.4.1基于CAD軟件的中面模型直接建立實現(xiàn)方法2.基于CREO的中面模型分區(qū)域建立與整合3.4中面模型的建立與抽取3.4.2利用HyperMesh軟件抽取中面的方法1.HyperMesh軟件簡介3.4中面模型的建立與抽取3.4.2利用HyperMesh軟件抽取中面的方法2.HyperMesh抽取中面的實現(xiàn)方法1)HyperMesh讀入原始CAD模型3.4中面模型的建立與抽取3.4.2利用HyperMesh軟件抽取中面的方法2.HyperMesh抽取中面的實現(xiàn)方法2)HyperMesh抽取中面前的處理工作3.4中面模型的建立與抽取3.4.2利用HyperMesh軟件抽取中面的方法2.HyperMesh抽取中面的實現(xiàn)方法2)HyperMesh抽取中面前的處理工作3.4中面模型的建立與抽取3.4.2利用HyperMesh軟件抽取中面的方法2.HyperMesh抽取中面的實現(xiàn)方法2)HyperMesh抽取中面前的處理工作3.4中面模型的建立與抽取3.4.2利用HyperMesh軟件抽取中面的方法2.HyperMesh抽取中面的實現(xiàn)方法3)HyperMesh抽取中面過程3.4中面模型的建立與抽取3.4.2利用HyperMesh軟件抽取中面的方法2.HyperMesh抽取中面的實現(xiàn)方法4)HyperMesh抽取中面后的清理和修補3.4中面模型的建立與抽取3.4.2利用HyperMesh軟件抽取中面的方法2.HyperMesh抽取中面的實現(xiàn)方法5)利用HyperMesh劃分網(wǎng)格3.4中面模型的建立與抽取3.4.2利用HyperMesh軟件抽取中面的方法2.HyperMesh抽取中面的實現(xiàn)方法6)導入AMI軟件，運行分析3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.1利用AMI軟件運行流動分析的主要實現(xiàn)過程3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.1利用AMI軟件運行流動分析的主要實現(xiàn)過程典型的流動分析一般過程

新的研究項目網(wǎng)格模型建立工藝參數(shù)設定（施加邊界條件）模擬結果分析與討論前處理模擬分析后處理導入或新建CAD模型劃分網(wǎng)格網(wǎng)格檢查與修復確立分析類型選擇材料根據(jù)需要，創(chuàng)建澆注系統(tǒng)根據(jù)需要，創(chuàng)建冷卻系統(tǒng)確立澆注入口設置工藝參數(shù)運行分析計算查看分析結果制作分析報告結果分析判斷3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.1利用AMI軟件運行流動分析的主要實現(xiàn)過程1)模型導入2)網(wǎng)格生成與修補3)創(chuàng)建澆注系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)4)設置分析類型5)選擇材料6)工藝參數(shù)設置7)運行分析3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋1)充模時間（FillTime）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋2)體積/壓力控制轉換時的壓力（PressureatV/Pswitchover）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋3)流動前沿溫度（Temperatureatflowfront）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋4)體積溫度（Bulktemperature）3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋5)體積剪切速率（Shearrate,bulk）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋6)注射位置壓力：XY圖（Pressureatinjectionlocation:XYPlot）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋7)頂出時體積收縮率（Volumetricshrinkage(atejection)）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋8)達到頂出溫度時所需時間（Timetoreachejectiontemperature）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋9)冷凝層厚度（Frozenlayerfraction）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋10)注射量百分比：XY圖（%Shotweight:XYPlot）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋11)氣穴（Airtraps）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋12)平均速度（Averagevelocity）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋13)充模結束時的體積溫度（Bulktemperature(endoffilling)）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋14)鎖模力中心（Clampforcecentroid）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋15)鎖模力：XY圖（Clampforce:XYPlot）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋16)管道單元內(nèi)的流速（Flowrate,beams）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋17)充模結束時冷凝層厚度（Frozenlayerfraction(endoffilling)）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋18)充模起點（Growfrom）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋19)型腔內(nèi)第一主應力方向的殘余應力（In-cavityresidualstressinfirstprincipaldirection）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋20)型腔內(nèi)第二主應力方向的殘余應力（In-cavityresidualstressinsecondprincipaldirection）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋21)芯層取向（Orientationatcore）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋22)皮層取向（Orientationatskin）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果解釋3.5.2流動分析后處理主要結果的解釋23)壓力（Pressures）

3.5AMI注射流動分析過程及模擬結果