注塑工艺参数优化的数值模拟分析

采用数值模拟和正交试验相结合的方法,对注塑成型过程进行模拟分析,得到工艺参数对制品翘曲值的影响次序和最佳工艺参数组合.结果表明:各工艺参数对翘曲值的影响依次为保压压力、熔体温度、模具温度、注射时间、保压时间、冷却时间,且保压压力和熔体温度对制品翘曲值的影响较为明显;最佳工艺参数组合是模具温度为75℃、熔体温度为260℃、注射时间为1.3s、保压时间为10s、保压压力为48MPa和冷却时间为2s.将得到的最佳工艺参数组合输入Moldflow中进行模拟,得到的翘曲值为0.089 3.该翘曲值比正交试验中任何一组翘曲值都小,验证了通过极差分析得到的最佳工艺参数组合的有效性.     

某水箱盖注塑成型数值模拟

通过对某水箱盖注塑成型过程的分析,应用正交试验法研究了保压时间,保压压力,熔体温度,冷却时间,注射时间,模具温度等工艺条件,应用PRO/E软件建立了三维模型。用Moldflow/MPI软件对其进行模拟,得到不同参数对翘曲量的影响规律,确定了影响翘曲变形的最主要因素为保压时间,其次是熔体温度。此外,进行单变量分析,分别分析了保压压力、保压时间、熔体温度对变形量的影响。综合两项分析,得出一组使注塑件翘曲变形量最小的工艺参数。     

气辅共挤精密成型中2种方法处理气体层的比较

将共挤口模内气体层分别简化为完全滑移边界条件和不可压缩流体,基于流变学基本方程和Phan-Thien Tanner(PTT)本构方程,建立L型截面三维非等温黏弹性多层气辅精密共挤成型数值模型,并采用稳定的数值求解技术对数值模型进行模拟计算,将2种数值模型模拟计算所得结果进行对比分析。研究结果表明:2种数值模型模拟所得口模内熔体的速度场、压力场、剪切速率、应力场和温度场等分布基本一致,但两者模拟所得口模出口端面熔体的边界和层间界面形貌略有差异,将气体层简化为完全滑移边界条件模拟所得口模出口端面熔体的边界和层间界面形貌更接近实验结果。     

基于Matlab的回归分析在注塑翘曲预测中的应用

以汽车外饰件观后镜注塑件成形质量中的翘曲量为优化目标,对注射温度、模具温度、注射时间、保压时间、冷却时间等影响翘曲量的工艺参数,以数值模拟得到的数据为实验数据,通过回归分析,建立预测注塑产品翘曲量的数学模型,并比较其预测精度从而得到有效的预测模型,最后达到对注塑工艺条件进行优化的目的.     

汽车塑料油底壳注塑成型数值模拟与结构优化研究

根据汽车油底壳的结构特征和复合材料结构设计原则对塑料油底壳进行三维造型,并基于Abaqus有限元分析软件对塑料油底壳的加强筋结构进行静力分析。结合塑料油底壳的实际应用情况优化出合理的加强筋结构;基于Moldflow软件,运用热流道顺序阀的方式对塑料油底壳进行注塑成型模拟;通过正交试验分析各顺序阀的开启时间、模具温度、熔体温度和注射压力对塑料油底壳边翘曲的影响;运用极差分析和方差分析对影响塑料油底壳边翘曲的各因素进行分析。结果表明,顺序阀2的开启时间对塑料油底壳的边翘曲影响最显著,模具温度次之,且其他因素对边翘曲也有一定的影响。     

基于超声技术的塑料注射成形过程在线检测

提出一种新的塑料注射成形过程在线检测方法,利用超声波在异质界面的反射与透射行为以及对温度和压强的响应特性,研究注射成形过程中无定形塑料聚苯乙烯(GPPS)和结晶型塑料聚丙烯(PP)的超声衰减行为,探讨工艺参数(模具温度和保压压力)对无定形塑料超声衰减行为的影响规律.实验结果表明:超声衰减信号能准确反映出塑料熔体的注射、冷却、收缩以及结晶过程信息,可用于注射成形过程的在线检测.     

无管式按摩泵泵体注塑成型工艺的稳健设计

为减少无管式按摩泵的翘曲变形量,引入稳健设计方法,使用模流分析软件Moldflow6.1对注塑成型的泵体进行模拟分析.将注塑成型过程中的模具温度(A)、熔体温度(B)、保压压力(C)、保压时间(D)、冷却时间(E)等5个因素作为影响因子,设计了L16(45)正交试验矩阵.通过信噪比分析,得到各工艺参数对泵体翘曲变形的影响程度,获得了最佳工艺参数组合.结果表明:保压压力和保压时间是影响泵体翘曲变形的主要因素,优化后的工艺参数组合为模具温度80℃、熔体温度275℃、保压压力90 MPa、保压时间6 s、冷却时间10 s.优化后泵体的最大翘曲变形量为1.098 mm,变形量减小了12.87%,泵体质量得到了较大的提高.     

中厚板控冷过程的温度-应力耦合计算与翘曲分析

以集管冷却时钢板表面的对流换热边界条件为基础,利用ANSYS软件,采用间接热力耦合法对三种冷却模式下钢板冷却过程的温度场和应力/应变场进行数值模拟,分别对模拟得到的横断面上的温度时间历程曲线和应力应变曲线进行比较,在此基础上进行了三种冷却模式下钢板翘曲变形的分析.分析结果表明,交替冷却方式有助于减小钢板厚度方向的温度梯度,温度梯度对钢板的翘曲变形影响不大,上下表面的冷却均匀性是钢板翘曲的主要原因.此分析结果为中厚板控冷获得平直板形提供了理论基础.     

汽车车窗摇手柄注塑成形优化设计与试验分析

利用Moldflow软件对汽车车窗的塑料摇手柄注塑成形过程进行模拟和优化,通过DOE试验对工艺因素熔体温度和保压压力进行分析,生成3D响应曲面图,对比分析填充时间、流动前沿温度、体积收缩率、翘曲变形等参数,然后进行模流分析,使用正交试验法分析影响摇手柄翘曲变形和体积收缩率的因素,寻找最优加工参数.结果表明:保压压力和熔体温度对各参数影响程度较大,响应曲面图形状比较陡峭,各因素对翘曲变形和体积收缩率影响的最优组合为A1B3C1D4E4,利用最优参数进行模拟,得到最大翘曲变量和体积收缩率为0.636 mm和11.37%.     

模型简化对注塑成形模拟分析结果的影响

以某型笔记本电脑前盖板的注塑成形过程模拟为例，采用Moldflow对比分析了网格模型的简化对注塑成形流动、冷却和翘曲变形模拟结果的影响。对比分析表明，除了被删除小几何特征处的充填不足、气穴和熔接线模拟结果外，模型简化基本不影响其他模拟结果，但可以缩短70％的模型准备时间和50％的计算时间，从而快速提高整个分析进度。     

基于Moldflow的电池盒工艺参数优化及注塑成型研究

以电池盒的注塑成型模具设计为例,利用Moldflow对电池盒的浇口位置进行有限元分析,确定出最佳浇口位置及浇口数目。电池盒的翘曲变形主要受到熔体温度、模具温度、注射时间、保压时间、冷却时间5个工艺参数的影响。利用Moldflow软件对电池盒进行翘曲分析,采用正交实验方法对这5个工艺参数进行组合分析,得出影响翘曲变形的主要因素是保压时间,并得到最佳成型工艺参数组合。通过注塑成型实验验证了Moldflow模拟分析结果的可靠性。     

金属三维塑性成形过程无网格伽辽金法数值模拟技术

将无网格伽辽金法(EFGM)与三维刚(粘)塑性流动理论相结合,对EFGM在金属三维塑性成形过程数值模拟中的应用技术进行了研究.分别采用边界奇异权法和修正的罚函数法处理速度边界条件和体积不可压缩条件,采用反正切摩擦模型处理摩擦边界条件,推导了金属三维塑性成形过程EFGM法数值模拟的刚度方程,给出了关键算法.对长方体金属镦粗过程进行了数值模拟,并将数值结果与三维刚塑性有限元体积成形商品软件Deform3D计算结果作了比较.发现两者吻合良好,表明了本文方法的正确性和有效性.     

注射成型流动数值模拟技术研究

流动数值模拟技术在注射成型过程中有很高的工程应用价值。首先建立了塑料熔体流动过程的数学模型,并对注射成型模型进行了简化,得到了易于数值求解的数学模型,可以更清楚的认识各物理变量对成型过程的影响。最后通过实例说明了注射成型流动数值模拟技术的合理应用。     

复合材料等离子直接熔积成形过程多相瞬态场数值模拟

提出了等离子直接熔积成形复合材料过程的固／液/气三相统一模型．该模型采用焓孔隙度方法来描述固／液（S／L）界面处的熔融和凝固过程;采用水平集（level-set）方法处理液／气（L／V）界面物理边界条件并追踪液／气界面的自由表面发展,考虑了熔体流动的主要驱动力——表面张力梯度和浮力以及工件表面的强制对流散热等因素,从而综合考察熔积层熔池内溶质扩散、液相流动和传热的瞬态演变过程．基于交错网格SIMPLEC算法编制了二维数值程序,对中碳钢基体、镍基高温合金粉末直接熔积成形的溶质扩散过程、流场、温度场瞬态分布及熔积层表面形貌的演变过程进行了数值模拟,此方法可进一步拓展到功能梯度材料熔积成形过程的数值模拟研究．     

基于GLS／SUPG的三维注射成形充模过程数值模拟

为稳定地求解速度、压力、温度并准确跟踪流动前沿,实现三维塑料注射成形充模过程数值模拟,采用迦辽金最小平方法(GLS)消除因速度和压力的不当插值组合导致的数值震荡问题,建立了速度与压力同次插值的对称、稳定的集成有限元计算格式;用流线迎风Petrov伽辽金法(SUPG)消除因能量方程中的对流项而导致的数值震荡问题,建立了能量场的稳定有限元计算格式.比较了不同网格密度对计算结果的影响,并通过与文献中实验结果及现有的商业分析软件Moldflow的模拟结果对比,表明提出的数值模拟方法具有良好的稳定性和精度.     

基于Polyflow对纤维拉伸成形过程的模拟

纺丝熔体从喷丝微孔挤出之后,经过冷却、拉伸最终凝固成丝条.这个过程主要受到纺丝卷绕拉伸力和冷却空气对流传热等条件影响.利用Polyflow软件建立纤维拉伸成形的数值模型,模拟圆形截面纤维在冷却空气和不同的拉伸力等条件作用下纤维拉伸成形的过程.分析在此过程中拉伸速率、丝条温度和丝条半径的变化情况,在聚合物熔体纺丝工艺研究中起到一定的指导作用.     

移动边界下塑料熔体充填模拟的稳定性方法

针对具有移动边界的塑料复合成形过程模拟中因网格变形而导致的数值稳定性问题,提出了塑料熔体充填模拟的稳定性方法．该方法基于任意拉格朗日欧拉法建立移动边界下充填模拟的控制方程,采用四面体单元中引入中心速度稳定的速度压力耦合计算方案,提升了移动网格下塑料熔体充填模拟的稳定性和精度;进一步针对计算过程中网格变形导致四面体单元反转错误的问题,采用引入反转单元罚函数的线弹性网格优化方法,提升了移动边界下网格变形的稳定性;数值稳定性实验表明该方法在网格极端变形和不同单元纵横比下均能稳定求解．最后采用具有柔性移动边界特征的注射压缩-热压复合成形工艺对该方法进行验证,发现移动边界下塑料熔体流动前沿的模拟误差为3.3%,实现了对此类成形工艺的精确模拟．     

注射成形残余应力与翘曲变形的数值模拟

根据注射成形的特点,建立了制品残余应力和翘曲变形的综合数值模拟方法.残余应力的模拟采用线性粘弹性模型.数值实现中,根据成形不同阶段的特点提出复合边界条件和假设,采用在时间上有限差分和在厚度方向分层处理的计算方法.翘曲变形的模拟中,采用平面膜元和弯曲板元组成的平板型壳元模型,并提出了基于制品表面网格的改进模型,避免了使用传统板壳模型的缺陷.通过与实际生产的制品的对比分析,证明了所提出数值模拟方法的可行性,表明所开发应力翘曲分析模块对提高制品质量和生产效率具有一定的应用价值.     

具有动态接触边界自动识别功能的刚(粘)塑性无网格RKPM法

将刚(粘)塑性流动理论与再生核质点法(RKPM)相结合,提出了基于刚(粘)塑性不可压缩材料的无网格RKPM法.分别采用边界奇异权法和修正的罚函数法处理本质边界条件和体积不可压缩条件,根据刚(粘)塑性材料的不完全广义变分原理,推导了金属塑性成形过程无网格RKPM法数值模拟的刚度方程.将动态接触边界自动识别技术引入无网格法.最后,对金属塑性成形过程进行了数值模拟,并将模拟结果与刚塑性有限元商品软件Deform2D及实验结果作了比较.无网格RKPM法计算结果与有限元结果和实验结果均吻合良好,表明了该方法的正确性.     

金属熔积直接成形翘曲变形的有限元分析

为了研究不同热边界条件对熔积直接成形金属零件翘曲变形的影响,运用有限元法建立了三维模型,通过变换冷却和加热条件来分析直壁件熔积成形过程在不同热边界条件成形过程中温度、应力变化和最终翘曲变形.模拟结果表明：熔积过程中运用随焊冷却技术,能使熔积层温度迅速降到接近环境温度,并在随后的时间内保持很低的温度梯度,从而减小了冷却阶段的应力水平,使得翘曲变形量降低;而熔积成形前对基板预热处理会增加热积累和温度梯度,导致残余应力及翘曲变形量的增加.