钢网增强HDPE球阀注射成型的CAE分析

论文摘要

随着HDPE管在城市给排水、建筑给排水、城市燃气、农用排灌以及石油化工等诸多领域的应用,与之配套的HDPE球阀需求也大大增加。为了使HDPE塑料球阀在安装和使用上达到要求,常采用厚壁和钢塑复合方式增加其强度,降低使用时的蠕变性。然而钢塑复合增强的厚壁HDPE球阀在生产过程中存在两个问题:一是厚壁塑料球阀的收缩大;二是如果钢骨架设计不当,在注塑过程中容易发生变形。随着CAE技术的广泛应用,计算机辅助设计已经在产品开发和设计中起到了举足轻重的作用,不仅节约了开发的成本和时间,而且为一些分析研究提供了可靠的科学依据。本课题利用注塑成型分析软件Moldflow,模拟分析注塑工艺条件对球阀收缩性的影响。再利用Moldflow和ANSYS耦合方法模拟钢网嵌件在球阀注塑过程中的形变,从而优化钢网的直径和结构。模拟分析的结果表明:(1)厚壁球阀的收缩性与注塑工艺条件有较大关系。保压时间,熔体温度和模具温度是其主要的影响因素。保压时间越长,补缩作用越明显,使得制品成型后的收缩性大幅度减小。熔体温度对芯层的影响较大,较低的熔体温度能有效减小芯层的收缩率,这说明对于芯层,热收缩起主导作用。模具温度主要影响表层的收缩率,较低的模具温度能减小表层的收缩率。通过正交试验优化的工艺参数为:熔体温度230℃,模具温度50℃,保压压力为注射压力的90%,保压时间1500s。(2)通过ANSYS的形变分析模拟,钢网嵌件在模具型腔中的形变主要与钢丝直径和钢网结构有关。5mm直径钢丝的形变比3mm直径钢丝的形变降低了近60%,然而随着钢丝直径的进一步增大,形变减小的趋势变缓。从钢网结构考虑,纵向排列8根钢丝是较理想的结构,此时钢网嵌件的最大形变为0.566mm,符合球阀的使用要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 聚乙烯材料在管材应用中的发展
• 1.3 钢骨架HDPE 塑料复合材料的特点
• 1.4 钢网增强HDPE 厚壁球阀存在的技术问题
• 1.5 CAE 技术在刚度研究中的应用概况
• 1.6 注塑制件收缩研究
• 1.6.1 收缩类型
• 1.6.2 收缩机理
• 1.6.3 收缩的国内外研究进展
• 1.7 本文研究的内容和意义
• 1.7.1 本课题研究的背景
• 1.7.2 本课题研究的内容
• 1.7.3 创新点
• 第二章 厚壁球阀收缩率的 CAE分析
• 2.1 引言
• 2.2 实体模型的注塑三维流动模拟
• 2.2.1 数学建模
• 2.2.2 变分方程
• 2.2.3 数值求解
• 2.2.3.1 拟Poisson 方程
• 2.2.3.2 迭代法求解压力场和速度场
• 2.3 球阀的三维实体建模和浇注系统的设计
• 2.4 Moldflow 3D 网格划分和材料选择
• 2.4.1 三维实体网格的划分
• 2.4.2 阀体材料的选择
• 2.5 CAE 技术和正交实验法分析厚壁球阀收缩问题
• 2.5.1 工艺参数正交试验设定
• 2.5.2 正交试验结果
• 2.5.3 正交试验结果分析
• 2.6 各工艺条件对制品收缩的影响分析
• 2.6.1 熔体温度对厚壁球阀收缩的影响
• 2.6.2 模具温度对厚壁球阀收缩的影响
• 2.6.3 保压压力对厚壁球阀收缩的影响
• 2.6.4 保压时间对厚壁球阀收缩的影响
• 2.7 本章小结
• 第三章 钢网形变分析
• 3.1 引言
• 3.2 刚度CAE 分析的理论基础
• 3.3 Moldflow 钢网所受压力分析
• 3.3.1 建模
• 3.3.2 Moldflow3D 填充分析
• 3.3.3 压力结果分析
• 3.3.4 数据处理
• 3.4 ANSYS 钢网形变分析
• 3.4.1 瞬态动力学概论
• 3.4.2 Pro/E 和ANSYS 的无缝连接
• 3.4.3 钢网的Pro/E 建模
• 3.4.4 钢网受力计算
• 3.4.5 ANSYS 求解
• 3.4.5.1 前处理
• 3.4.5.2 设定求解类型和施加载荷和约束
• 3.4.5.3 求解和后处理
• 3.5 ANSYS 形变分析结果及讨论
• 3.5.1 钢丝沿注塑方向排列根数对形变的影响
• 3.5.2 钢丝垂直于注塑方向排列根数对形变的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 嵌件注塑成型分析
• 4.1 引言
• 4.2 嵌件注塑成型方法
• 4.3 嵌件注塑成型结果分析
• 4.3.1 注射时间
• 4.3.2 注射压力
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文