注塑模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的要求與步驟-資料下載頁(yè)
2025-06-30 07:20本頁(yè)面
【正文】 構(gòu)是薄殼型的。個(gè)別情況下也需涉及三維問(wèn)題。4． 1 有限元法繪制填充圖的主要步驟用有限元法求解填充圖的步驟大致如下：1， 建造有限元網(wǎng)絡(luò)；確定澆口位置；確定初始流前的位置。2， 計(jì)算填充下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元所需的壓力。計(jì)算時(shí)將這一小時(shí)間段的流動(dòng)視為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。3， 計(jì)算在當(dāng)前流前上（所有各點(diǎn)）的流速。4， 根據(jù)流前速度確定新的流前位置。5， 計(jì)算的流前可能發(fā)生“扭曲”（由于計(jì)算的流前可能與事先分割的有限網(wǎng)絡(luò)不盡符合），用近似法圓滑新的流前。6， 重復(fù)上述計(jì)算，直至全部型腔充滿為止。圖820給出了計(jì)算過(guò)程的流程圖。圖820 有限元法求解填充圖象的計(jì)算流程圖4． 2 編制有限元程序的基本方程根據(jù)上述步驟，將每一時(shí)間段中物料的填充過(guò)程均視為短暫的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，因此可以將材料參數(shù)視為常數(shù)。也就是說(shuō)，在小時(shí)間段內(nèi)，物料可視為不可壓縮的牛頓型流體，每一個(gè)流體元都有常數(shù)的粘度和密度。對(duì)不可壓縮流體的二維流動(dòng)（設(shè)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閤，y），有運(yùn)動(dòng)方程為： （832）式中u，v分別為物料在x，y方向的速度分量。因?yàn)樽⑸湫图谋诤褚话氵h(yuǎn)小于其平面尺寸（長(zhǎng)和寬），所以物料的剪切，即速度梯度主要發(fā)生在厚度（z）方向，于是上面的方程簡(jiǎn)化為： （834） （835）設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn)z = 0 在型腔流道的中線上，h為型腔壁厚（即流道高度）。對(duì)方程積分兩次得到物料沿x方向的速度分布： （836）同時(shí)得到平均速度： （837）同樣y方向有： （838）式中出現(xiàn)負(fù)號(hào)是因?yàn)閴毫μ荻葹樨?fù)值；物料粘度取粘度沿壁厚方向的平均值。由于流量和與平均速度相關(guān)， ； （839）所以連續(xù)性方程（）對(duì)于平均速度也有效。綜合上述方程，得到： （840）簡(jiǎn)寫為： （841）此方程為編制有限元程序的基本微分方程（Poisson 微分方程）。注意方程中h和η不能省略掉，因?yàn)閷?duì)不同的流道區(qū)域，這些量可能不同。4． 3 有限元程序設(shè)計(jì)有限元程序從基本微分方程（Poisson微分方程）的泛函形式出發(fā)： （842）這兒相應(yīng)于一個(gè)能量，需要通過(guò)變分使其極小化，求得過(guò)程的一個(gè)可能解。對(duì)于求一個(gè)有限元單元內(nèi)各點(diǎn)的壓力p，可以選擇下述方法來(lái)進(jìn)行求解。設(shè) （843）或 這兒是該單元各節(jié)點(diǎn)上的壓力，是x , y的形狀函數(shù)。[N]，{p}e相當(dāng)于兩個(gè)矢量。求變分的計(jì)算是通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)壓力求導(dǎo)而進(jìn)行的，因?yàn)橐髽O小值，所以有： （844）對(duì)和求導(dǎo)分別得到： （845） （846）展開(kāi)來(lái)寫，變?yōu)椋簩懗删仃囆问?，則有： （847）展開(kāi)來(lái)寫，即為： （848）矩陣稱為有限元的單元?jiǎng)傂跃仃?，其分量分別為： （849）問(wèn)題的進(jìn)一步求解就是經(jīng)典的有限元（FEM）法的應(yīng)用。需要選擇好一個(gè)有限單元及其相關(guān)的形狀函數(shù)；通過(guò)坐標(biāo)變換的規(guī)定構(gòu)造出一個(gè)總體的剛性矩陣；然后再引入邊界條件等等。有關(guān)的詳細(xì)內(nèi)容，特別是偏數(shù)學(xué)方面的問(wèn)題，有興趣者可參考有關(guān)文獻(xiàn)。4． 4 應(yīng)用舉例圖821，822給出應(yīng)用有限元法（MOLDFLOW）繪制填充圖象的一些實(shí)例。圖821是對(duì)一個(gè)膠帶紙切割器進(jìn)行有限分割及其填充過(guò)程模擬的示意圖。圖822是注塑成型一個(gè)厚薄不勻的薄板時(shí)，因澆口位置不同所形成的流前和流線的對(duì)比。其中每條流線表示相等的流量，流線間的距離代表通過(guò)型件中相應(yīng)區(qū)域的流量。圖中可見(jiàn)，澆口設(shè)在左端時(shí)（a圖），熔體熔接痕很長(zhǎng)，且熔接痕出現(xiàn)在薄板最薄處和最大的工作面上。對(duì)制品的強(qiáng)度和外觀都十分不利。當(dāng)改變澆口位置到薄板下側(cè)邊（b圖），熔體的流線和流前發(fā)生明顯變化。尤其這時(shí)的熔接痕很短，而且出現(xiàn)在厚度較大處。顯然這種澆口安排要比第一種情況優(yōu)秀得多。圖821 對(duì)膠帶紙切割器的有限分割及填充過(guò)程模擬圖822 澆口不同所引起的不同流線分布有限元法也可以用于注塑模具溫度場(chǎng)的模擬計(jì)算，具體方法因超出本書范疇暫略。這兒僅舉兩例加以說(shuō)明。圖823給出一個(gè)制品橫截面為“T”型的注塑模具的控溫管路安排及溫度場(chǎng)分布情形。其中小圓圈代表控溫管路，內(nèi)通傳熱介質(zhì)；虛線為等溫線。同樣地，圖824給出一個(gè)制品橫截面為正方形的注塑模具的四分之一中的控溫管路安排及溫度場(chǎng)分布情形。圖823 “T”型注塑模具中控溫管路安排及溫度場(chǎng)分布的比較有限元網(wǎng)絡(luò)：80x80；步長(zhǎng)：2mm；熔體溫度：200℃；介質(zhì)溫度：25℃；環(huán)境溫度：20℃；控溫管路：56條圖824 正方形注塑模具中控溫管路安排及溫度場(chǎng)分布的比較有限元網(wǎng)絡(luò)：50x50；步長(zhǎng)：2mm；熔體溫度：200℃；介質(zhì)溫度：25℃；環(huán)境溫度：20℃；控溫管路：5條與L/H法比較，有限元法的優(yōu)點(diǎn)在于，既不需要展開(kāi)型件，也不需要先給出填充圖就可以進(jìn)行流變計(jì)算。而且有限元法計(jì)算的物料填充性能是逐點(diǎn)逐步得到的，所以其提供的數(shù)據(jù)比其他方法多得多。如圖822中物料填充過(guò)程中任一點(diǎn)的速度分量的方向和大小均可知曉?？傊ㄟ^(guò)有限元法設(shè)計(jì)模具，可以用很小的代價(jià)，方便地修改和完善設(shè)計(jì)方案，避免了通常設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)性和盲目性，調(diào)動(dòng)了設(shè)計(jì)師的能動(dòng)性，使注塑模具的設(shè)計(jì)最優(yōu)化。這種稱為計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)手段，十分方便、快捷、成本低、效率高，已在諸多領(lǐng)域中得到應(yīng)用。當(dāng)然采用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的最終方案，仍然需要在實(shí)踐中檢驗(yàn)和完善。至今還沒(méi)有任何一種軟件，可以“一勞永逸”地完成全部設(shè)計(jì)任務(wù)。207 / 23
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