注塑模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的要求與步驟(編輯修改稿)
2025-07-27 07:20 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的知識(shí)。2．3．1 流變學(xué)設(shè)計(jì)流變學(xué)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)有：先定性而后定量地確定型腔內(nèi)物料的填充性能；完成熔體分配系統(tǒng)（流道和管路），尤其是澆口附近的設(shè)計(jì)；計(jì)算注射機(jī)噴嘴內(nèi)的壓力損失。見(jiàn)圖813。對(duì)填充過(guò)程先進(jìn)行定性分析，是為了確定型腔中熔體流動(dòng)的路線；同時(shí)確定熔接痕和氣體雜質(zhì)（排氣口）的位置；確定分路連接點(diǎn)的種類、位置以及型件各部分壁厚和流道寬窄間的關(guān)系。確定了熔體流動(dòng)路線后，再進(jìn)行定量分析。這兒關(guān)鍵要計(jì)算填充型腔所需要的熔體流量和壓力。計(jì)算的先決條件是了解被加工物料的性能，包括粘彈性函數(shù)和熱學(xué)性能參數(shù)，同時(shí)還與過(guò)程參數(shù)有關(guān)，包括理想的注射速度，材料溫度和器壁溫度等。設(shè)計(jì)中要給出過(guò)程參數(shù)的臨界值，該臨界值保證著注塑成型過(guò)程的安全性，超過(guò)臨界值就可能因剪應(yīng)力或摩擦熱過(guò)高而造成“燒料”。第三步設(shè)計(jì)澆口及熔體分配體系的尺寸和必要的分配變量。設(shè)計(jì)時(shí)基本是通過(guò)與第二步設(shè)計(jì)等同的模擬計(jì)算來(lái)確定分配管路的直徑，同時(shí)給出分配系統(tǒng)中附加的壓力損失，物料的溫度和剪切應(yīng)力等。最后計(jì)算注射機(jī)噴嘴部分的壓力損耗。由于壓力是由注射機(jī)提供的，因此最終必須核算機(jī)器提供的壓力是否足夠完成全部充模過(guò)程。圖813 注塑模具流變學(xué)設(shè)計(jì)的任務(wù)和步驟2．3．2 熱力學(xué)設(shè)計(jì)熱力學(xué)設(shè)計(jì)的任務(wù)主要是進(jìn)行整個(gè)模具的能量衡算；完成調(diào)溫系統(tǒng)的粗設(shè)計(jì)和精致設(shè)計(jì)；完成模具熱力學(xué)均衡性的調(diào)控。注意在進(jìn)行模具熱力學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)必須兼顧前面流變計(jì)算中提出的一些限制性條件。比如確定的熔體流量，壓力損失，物料溫度、腔壁溫度等。然后根據(jù)物料溫度、腔壁溫度、環(huán)境溫度以及預(yù)先設(shè)定的脫模溫度就可能確定整個(gè)模具的能量恒算，決定是否需要以及如何給模具加熱（或冷卻），確定調(diào)溫系統(tǒng)的功率。通常脫模時(shí)腔壁各處的溫度應(yīng)定在一個(gè)較窄的范圍內(nèi)，以防止因溫差過(guò)大造成注塑制品的翹曲變形。調(diào)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（粗設(shè)計(jì)和精致設(shè)計(jì)）是要確定調(diào)溫回路的數(shù)目，調(diào)溫管路之間以及到型腔壁的距離，調(diào)溫介質(zhì)的溫度和流量。精致設(shè)計(jì)時(shí)要將注塑件（型腔）分成若干單元，每個(gè)單元分別考察，保證每一單元的型腔壁溫（這是在流變?cè)O(shè)計(jì)中確定的）在時(shí)間和空間兩方面均保持一個(gè)中值。最后為保證溫度分布的均一性，還需對(duì)調(diào)溫元件的分布情況統(tǒng)一進(jìn)行均衡性調(diào)控，必要時(shí)需改移調(diào)溫元件的位置。2．3．3 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)主要完成模具的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)；計(jì)算垂直于和平行于熔體流動(dòng)方向的模具剛性；計(jì)算脫模力、慣性力及平面壓力等。首先考察模具的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，因?yàn)槟＞叩某叽绯３Ｓ捎诎卜盼恢玫拇笮《芟?。運(yùn)動(dòng)形式確定后，再作模具構(gòu)造的力學(xué)計(jì)算。由于注塑模具主要由受擠壓元件所組成，故此強(qiáng)度計(jì)算不太重要。重要的是，模具的變形量不能超過(guò)允許值。在剛度計(jì)算方面，先計(jì)算垂直于鎖模方向的變形量，給出模具的尺寸，確定模板的厚度。這種計(jì)算也與前面的流變學(xué)計(jì)算和熱學(xué)計(jì)算有關(guān)，因?yàn)槿垠w的內(nèi)壓力及型腔內(nèi)的幾個(gè)重要尺寸，如模芯內(nèi)直徑，是通過(guò)流變學(xué)計(jì)算和熱學(xué)計(jì)算確定的。由此可見(jiàn)，整個(gè)注塑模具的設(shè)計(jì)過(guò)程是從流變學(xué)設(shè)計(jì)開(kāi)始，也是以流變學(xué)設(shè)計(jì)為核心的。有了一個(gè)優(yōu)秀的流變學(xué)設(shè)計(jì)，整個(gè)模具（型腔，澆口，分配系統(tǒng)等）就基本定型，全部填充過(guò)程得到保證，并且為后面的熱力學(xué)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)，提供了必要的參數(shù)和邊界條件。3． 注塑模具流變學(xué)參數(shù)的CAD設(shè)計(jì)通常注塑模具流變?cè)O(shè)計(jì)的步驟如圖814所示。圖814 注塑模具流變?cè)O(shè)計(jì)步驟迄今已有的計(jì)算程序多是用差分法進(jìn)行基本幾何圖形的二維計(jì)算，可以求得流道內(nèi)各處詳盡的有物理意義的結(jié)果。所謂二維計(jì)算指只考慮二維的平面流動(dòng)，要求其中熔體流動(dòng)的速度分量方向始終平行于模具器壁，流道橫截面沒(méi)有突然變化，主要物理量只在垂直于流動(dòng)方向發(fā)生變化。常用的有限元程序（FEM）比如有MOLDFLOW 和CADMOULD等。在型件壁厚及工藝條件適中的情況下，運(yùn)用這些程序的計(jì)算結(jié)果較好。但在一些特殊情況中，如壁厚太薄、或橫截面變化太大，或幾股熔體流合為一股時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)失誤。這些程序應(yīng)用于復(fù)雜模具計(jì)算時(shí)，計(jì)算機(jī)耗時(shí)量會(huì)很大。在一些場(chǎng)合為了簡(jiǎn)化程序，人們也提出許多簡(jiǎn)化算法。比如計(jì)算注射過(guò)程中的壓力損失采用一種一維的非疊代計(jì)算，僅僅計(jì)算熔體流前部位的壓力損失和平均溫度值。注射機(jī)噴嘴處的壓力損失有時(shí)也采用類似方法求解。表81 基本流道形狀及座標(biāo)系園盤型流道矩型流道園管型流道流動(dòng)方向rxz剪切方向zyr拉伸或中性方向φzφ與表81對(duì)應(yīng)的基本流道形狀見(jiàn)圖815。圖815 三種基本流道形式a) 圓盤形流道 b) 矩形流道 c）圓管形流道3． 1 差分法計(jì)算的基本方程為計(jì)算模具填充過(guò)程中的速度場(chǎng)，溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)，求得填充圖，采用的基本方程仍為第五章給出的輸運(yùn)過(guò)程三大方程：連續(xù)性方程、運(yùn)動(dòng)方程和能量方程。對(duì)于圖815中的基本流道形式，首先應(yīng)該選用不同的坐標(biāo)系，并對(duì)流場(chǎng)及其邊界條件提出若干簡(jiǎn)化假定，得到其中適合的形式。3．1．1 三種流道中的基本方程園盤型流道：帶有拉伸流動(dòng)的情形： 連續(xù)性方程 （813） 運(yùn)動(dòng)方程 （814） 能量方程 （815）沒(méi)有拉伸流動(dòng)的情形： 連續(xù)性方程 （816） 運(yùn)動(dòng)方程 （817） 能量方程 （818）矩形流道： 連續(xù)性方程 （819） 運(yùn)動(dòng)方程 （820） 能量方程 （821）園柱型（園管型）流道： 連續(xù)性方程 （822） 運(yùn)動(dòng)方程 （823） 能量方程 （824）從基本方程出發(fā)，結(jié)合物料的本構(gòu)方程和恰當(dāng)?shù)倪吔鐥l件和初始條件，可以求出各流場(chǎng)中的速度分布，平均速度，體積流量，壓力分布及形變率分量和應(yīng)力分量的分布情況。對(duì)于剪切應(yīng)力和拉伸應(yīng)力的求解可以先按照牛頓型流體求解。高分子熔體為非牛頓型流體，再采用疊代法求解。
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