玩具车轮注塑模浇注系统CAE分析

论文摘要

注塑成型是现代塑料工业中极为重要的一种加工技术,适于大批量生产形状复杂、尺寸要求精确的塑料制品。随着计算机软、硬件技术的发展,注塑模CAE技术也得到了前所未有的发展。CAE技术在模具生产制造之前就能发现设计中存在的问题,改变了主要依靠经验和直觉,反复试模、修模的传统设计方法。本文以注塑工程分析软件为工具,对注塑过程中所涉及的流道设计、浇口设计等方面进行了比较深入的研究,并针对玩具车轮的主要注塑缺陷熔接痕进行了有效的改善。此外,对塑料的粘度模型、流变理论及数值计算方法进行了初步研究。本文主要研究内容分为以下几个方面：首先概述了注塑成型技术、注塑模CAE技术,并介绍了注塑模CAE技术发展的概况和流动模拟技术研究现状。根据注塑模流动模拟理论,建立了流动过程的数学模型,并对注塑成型模型进行了简化,得到了易于数值求解的数学模型,认识了各物理变量对成型过程的影响。分析阐述了流道和浇口的设计理论与方法,研究了基于CAE技术并结合了聚合物流动原理的流动分析在流道设计和浇口设计中的应用,并应用于实例玩具车轮注塑模中。熔体流动模拟的一个主要任务是进行成型缺陷预测,本文针对玩具车轮的主要缺陷熔接痕进行了系统的阐述,并利用CAE技术有效对熔接痕进行了控制。利用CFD商用软件对浇注系统进行了温度场分析,得到流道尺寸与注塑完成时熔体温度的关系,进而解释了熔接痕得到改善的原因。从上述工作中,可以看出只有充分认识了CAE分析结果的物理意义以及这些结果对模具设计的影响,才‘能更好地利用这些知识解决实际生产中遇到的问题；利用注塑模CAE技术对模具内熔体的动态模拟分析研究,可直观了解制品所需要的最大锁模力、最大注塑压力以及制品成型时熔接线和气穴位置,从而对模具进行有针对性的优化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 注塑成型
• 1.3 注塑模具CAE技术国内外研究现状
• 1.3.1 当前国际流行的注塑成型CAE软件
• 1.3.2 当前国内有关注塑成型的软件
• 1.4 注塑成型流动模拟技术研究现状
• 1.5 熔接痕问题的国内外研究现状及发展趋势
• 1.5.1 熔接痕问题的国内外研究现状
• 1.5.2 解决熔接痕问题的国内外发展方向
• 1.6 课题研究目的及主要研究内容
• 1.6.1 课题研究的目的
• 1.6.2 课题主要研究内容
• 1.7 本章小结
• 第2章 注塑成型流动数学模型
• 2.1 塑料的粘弹性及粘度模型
• 2.1.1 塑料的基本力学模型
• 2.1.2 塑料的粘度模型
• 2.2 充填流动过程塑料熔体的流动行为
• 2.2.1 充填阶段
• 2.2.2 加压阶段及补偿阶段
• 2.3 充模过程的数学模型
• 2.3.1 粘性非牛顿流体力学基本方程
• 2.3.2 充模流动过程假设与简化
• 2.3.3 三维薄壁型腔充填分析的控制方程
• 2.3.4 浇注系统充填分析的控制方程
• 2.4 数值求解方法
• 2.4.1 几何离散
• 2.4.2 压力场
• 2.4.3 温度场
• 2.5 本章小结
• 第3章 玩具车轮注塑模三维建模
• 3.1 前言
• 3.2 Unigraphics NX在模具设计中的应用
• 3.3 模具设计参数计算
• 3.3.1 产品介绍
• 3.3.2 注塑模具三维建模
• 3.4 注塑模UG三维建模
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于CAE技术的注塑模数值模拟分析
• 4.1 注塑模具CAE分析
• 4.1.1 Moldflow软件
• 4.1.2 分析前处理
• 4.2 流动分析在浇口设计中的应用
• 4.2.1 浇口的种类及其特征
• 4.2.2 浇口数量和浇口位置
• 4.2.3 浇口平衡
• 4.2.4 浇口数目和位置的优化流程
• 4.2.5 玩具车轮最佳浇口分析
• 4.3 流动分析在流道设计中的应用
• 4.3.1 流道的截面形状
• 4.3.2 流道布置与平衡
• 4.3.3 玩具车轮充填及冷却分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 熔接痕的预测及控制
• 5.1 熔接痕形成条件及特点
• 5.1.1 熔接痕形成条件
• 5.1.2 熔接线和熔合线特点
• 5.2 熔接痕形成过程及控制对策
• 5.2.1 熔接痕形成过程
• 5.2.2 熔接痕控制对策
• 5.3 玩具车轮熔接痕控制
• 5.3.1 初始条件下熔接痕情况
• 5.3.2 改变主流道入口直径熔接痕情况
• 5.3.3 改变分流道直径熔接痕情况
• 5.4 本章小结
• 第6章 浇注系统热分析
• 6.1 FLOTRAN热分析概述
• 6.1.1 FLOTRAN分析单元
• 6.1.2 FLOTRAN热分析步骤
• 6.2 浇注系统热分析
• 6.2.1 分析前处理
• 6.2.2 施加载荷及边界条件
• 6.2.3 设置FLOTRAN热分析参数
• 6.2.4 计算结果的分析
• 6.2.5 改变主流道入口直径
• 6.2.6 改变分流道直径
• 6.2.7 分析小结
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢