注射模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)模型及其實(shí)現(xiàn)方法3.4中面模型的建立與抽取3.5AMI注射流動(dòng)分析過(guò)程及模擬結(jié)果解釋3.1聚合物模具型腔內(nèi)流動(dòng)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(shí)現(xiàn)過(guò)程3.1聚合物模具型腔內(nèi)流動(dòng)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(zhì)量守恒方程2.動(dòng)量守恒方程3.1聚合物模具型腔內(nèi)流動(dòng)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(gòu)方程3.1聚合物模具型腔內(nèi)流動(dòng)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(dòng)的模型理論與模擬方法3.1.2數(shù)值模擬的實(shí)現(xiàn)過(guò)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(gè)階段，現(xiàn)正進(jìn)入第四個(gè)階段。70年代以前，由于計(jì)算機(jī)條件的限制，對(duì)充模過(guò)程和冷卻過(guò)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(jì)算了塑料熔體的充模過(guò)程，隨后，許多研究者對(duì)一維流動(dòng)進(jìn)行了大量研究，主要是計(jì)算塑料熔本在等直徑圓管、中心澆口的圓盤(pán)以及端部澆口的矩形型腔中的流動(dòng)過(guò)程。Catic通過(guò)建立模具內(nèi)的熱平衡方程，考慮模腔與準(zhǔn)卻介質(zhì)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(shí)間的計(jì)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(dòng)模擬和冷卻模擬采用二維模擬技術(shù)，在二維流動(dòng)分析中，除數(shù)值方法本身的難點(diǎn)外，另一個(gè)新的難點(diǎn)是對(duì)移動(dòng)邊界的處理，如何確定新時(shí)刻的熔體流動(dòng)前沿位置。Broyer、Gutfinger和Tadmor運(yùn)用流動(dòng)網(wǎng)格分析法（FlowAnalysisNetwork)對(duì)二維等溫流動(dòng)進(jìn)行了計(jì)算，并對(duì)保壓、固化及分子取向問(wèn)題進(jìn)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(shí)現(xiàn)了對(duì)三維制件的非等溫流動(dòng)分析。Hieber和Shen將Hele-Shaw流動(dòng)推廣到非牛頓流體的非等溫流動(dòng)情況，得到了描述二維充模流動(dòng)的數(shù)學(xué)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(wèn)題。兩位學(xué)者采用網(wǎng)格擴(kuò)展法（MeshExpansionScheme)確定流動(dòng)前沿位置，并對(duì)其中的計(jì)算穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。此階段熱傳導(dǎo)方程擴(kuò)展到二維的情形。此時(shí)，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(shí)進(jìn)行分析計(jì)算，給出制件和模具的二維溫度場(chǎng)。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(kāi)展了三維流動(dòng)和冷卻模擬研究，三維流動(dòng)模擬主要采用二種方法：其一，Hieber采用流動(dòng)路徑法（FlowPathScheme)實(shí)現(xiàn)了對(duì)三維制件的流動(dòng)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(xué)模型，求解壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)，針對(duì)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(lái)確定熔體流動(dòng)前沿位置。在這一階段，采用邊界元法對(duì)冷卻過(guò)程進(jìn)行了三維模擬。進(jìn)入90年代后，開(kāi)展了成型過(guò)程流動(dòng)、保壓、應(yīng)力應(yīng)變及翹曲的全過(guò)程模擬，將各獨(dú)立模塊有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，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(kuò)大適用范圍。同時(shí)，為提高CAE系統(tǒng)的實(shí)用化程度，提高系統(tǒng)幾何模型的生成速度，開(kāi)展了CAE與CAD/CAM集成化研究，這一階段，工人智能CAE中的應(yīng)用也取得了一系列進(jìn)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(guó)的GRAFTEK公司的SIMUFLOW，意大利P&C公司的TMConcept和英國(guó)的DeltaCAM公司的注射模設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)開(kāi)展塑料成型數(shù)值模擬研究起步較晚，但通過(guò)不懈努力，以及對(duì)國(guó)外軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)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(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自行開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)第一個(gè)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(xué)橡塑模具國(guó)家工程中心推出了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CAE分析軟件Z-Mold。另外上海交通大學(xué)、四川大學(xué)、浙江大學(xué)、大連理工大學(xué)、北京化工大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)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(guó)前AC-Tech公司合作開(kāi)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(dòng)模型及其實(shí)現(xiàn)方法3.3.1中面流技術(shù)3.3.2雙面流技術(shù)3.3.3實(shí)體流技術(shù)3.3三種流動(dòng)模型及其實(shí)現(xiàn)方法3.3.1中面流技術(shù)3.3三種流動(dòng)模型及其實(shí)現(xiàn)方法3.3.2雙面流技術(shù)3.3三種流動(dòng)模型及其實(shí)現(xiàn)方法3.3.3實(shí)體流技術(shù)3.3三種流動(dòng)模型及其實(shí)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(shí)體流三駕馬車(chē)并駕齊驅(qū)的形式，三者各有優(yōu)勢(shì)，但也各有缺點(diǎn)?？傮w來(lái)看，在具體實(shí)踐之中，3D的實(shí)體流動(dòng)由于計(jì)算效率的問(wèn)題，仍然短期內(nèi)難以徹底全面實(shí)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(diǎn)時(shí)花費(fèi)的功夫?qū)⑤^多；中面流的模型得來(lái)不太方便，CAE軟件的建模功能差，CAD中的實(shí)體模型無(wú)法直接導(dǎo)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(yīng)用最廣泛，結(jié)果認(rèn)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(guò)程中解放出來(lái)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(wèn)題對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)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(jiǎn)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)方法3)HyperMesh抽取中面過(guò)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(shí)現(xiàn)方法4)HyperMesh抽取中面后的清理和修補(bǔ)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(shí)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(shí)現(xiàn)方法6)導(dǎo)入AMI軟件，運(yùn)行分析3.5AMI注射流動(dòng)分析過(guò)程及模擬結(jié)果解釋3.5.1利用AMI軟件運(yùn)行流動(dòng)分析的主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程3.5.2流動(dòng)分析后處理主要結(jié)果的解釋3.5AMI注射流動(dòng)分析過(guò)程及模擬結(jié)果解釋3.5.1利用AMI軟件運(yùn)行流動(dòng)分析的主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程典型的流動(dòng)分析一般過(guò)程

新的研究項(xiàng)目網(wǎng)格模型建立工藝參數(shù)設(shè)定（施加邊界條件）模擬結(jié)果分析與討論前處理模擬分析后處理導(dǎo)入或新建CAD模型劃分網(wǎng)格網(wǎng)格檢查與修復(fù)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(shè)置工藝參數(shù)運(yùn)行分析計(jì)算查看分析結(jié)果制作分析報(bào)告結(jié)果分析判斷3.5AMI注射流動(dòng)分析過(guò)程及模擬結(jié)果解釋3.5.1利用AMI軟件運(yùn)行流動(dòng)分析的主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程1)模型導(dǎo)入2)網(wǎng)格生成與修補(bǔ)3)創(chuàng)建澆注系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)4)設(shè)置分析類型5)選擇材料6)工藝參數(shù)設(shè)置7)運(yùn)行分析3.5AMI注射流動(dòng)分析過(guò)程及模擬結(jié)果解釋3.5.2流動(dòng)分析后處理主要結(jié)果的解釋1)充模時(shí)間（FillTime）

3.5AMI注射流動(dòng)分析過(guò)程及模擬結(jié)果解釋3.5.2流動(dòng)分析后處理主要結(jié)果的解釋2)體積/壓力控制轉(zhuǎn)換時(shí)的壓力（PressureatV/Pswitchover）

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

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

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

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

3.5AMI注射流動(dòng)分析過(guò)程及模擬結(jié)果解釋3.5.2流動(dòng)分析后處理主要結(jié)果的解釋8)達(dá)到頂出溫度時(shí)所需時(shí)間（Timetoreachejectiontemperature）

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

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

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

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

3.5AMI注射流動(dòng)分析過(guò)程及模擬結(jié)果解釋3.5.2流動(dòng)分析后處理主要結(jié)果的解釋13)充模結(jié)束時(shí)的體積溫度（Bulktemperature(endoffilling)）

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

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

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

3.5AMI注射流動(dòng)分析過(guò)程及模擬結(jié)果解釋3.5.2流動(dòng)分析后處理主要結(jié)果的解釋17)充模結(jié)束時(shí)冷凝層厚度（Frozenlayerfraction(endoffilling)）

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

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

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

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

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

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

3.5AMI注射流動(dòng)分析過(guò)程及模擬結(jié)果