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1、第26卷第1期沈 阳 工 业 大 学 学 报Vol126No112004年2月JournalofShenyangUniversityofTechnologyFeb.2004机械工程文章编号:1000-1646(2004)01-0001-03基于虚拟现实的注塑模工作过程仿真马正元,金 艇(沈阳工业大学机械工程学院,辽宁沈阳110023)摘 要:利用计算机辅助工程分析方法进行注塑模工作过程仿真.以有限元、有限差分和注塑成型理论为基础,通过计算机仿真聚合物熔体的充模、冷却过程分析模具设计的参数是否合理,发现模具设计中
2、潜在的问题并进行修正,由此减少反复试模和修模的过程,缩短了产品开发周期,降低了成本.关 键 词:虚拟现实;注塑模;有限元;仿真中图分类号:TG76;TQ3201662文献标识码:A 随着计算机技术和注塑成型理论的发展,有2 注塑过程仿真限元和有限差分等数学理论在计算机仿真分析中得到了广泛的应用.通过计算机仿真聚合物熔体注塑模工作过程的仿真按顺序可分为:计算的充模、冷却过程来优化模具设计参数,可以缩短机仿真的前置处理;计算机仿真的分析计算;分析模具制造周期,降低成本.本文采用12DEAS软结果的后置处理.件,结
3、合虚拟现实技术,研究了注塑模的工作过程211 前置处理仿真及其设计参数优化.所谓前置处理是指塑件的几何形状的建立及有限元网格的自动剖分,注塑材料特性参数及注1 注塑成型工程的理论方法塑工艺条件的交互输入,为数学模型所建立的方目前常用于注塑成型过程的数学方法是有限程组提供边界条件来完成方程组的求解.图1显元法和有限差分法.示了采用I2DEAS软件将一塑件进行网格剖分的有限元法的基本原理是将变形体(连续体)进结果.首先采用I2DEAS软件的模型设计模块构行离散化,即将一个原来是连续的物体剖分成有建塑件的三维实体模型
4、.然后利用曲面修改工具限个单元.各个单元之间相互铰接在有限个单元将塑件三维实体模型简化为中面模型(利用塑件节点上,当物体承受外力产生变形时,各单元之间的中面模型将使得塑件的填充分析得到简化,减的作用力通过节点传递,承受等效的节点载荷,然少计算的工作量).在中面模型上进行四边形有限后根据平衡条件进行分析,按变形协调条件,把这元网格的划分.接着基于此有限元模型建立模具些单元重新组合起来成为一个组合体再综合求的流道和浇口的物理三维实体,并在实体上定义解.塑料的注射特点是聚合物在通过浇口时在一一维有限元元素.最后需要对
5、塑件的数字化模型定限度内对剪切率非常敏感,随着剪切率的增加,进行物理属性配置.如形成塑件所用的聚合物的聚合物的粘度会下降.同时剪切率的增加会使塑材料、热流道各部分的直径尺寸、浇口的位置和形料熔体内部产生热量而使熔体温度升高进一步降状等一系列参数.对于所选取注塑材料,I2DEAS低粘度.因此对于这些材料在成型过程中的应力软件提供了填充材料的材料库.对材料的流变学应变分析可采用粘塑性有限元法.特性数据和热力学特性数据有较详细地说明.如有限差分法是将物体的支配方程(即描述解材料的密度、固化温度、滞流温度、比热容、导热
6、系析对象的方程式多数属于偏微分方程式)在区域数等.对于成型的工艺条件,主要包括模具温度、内所确定的各点(称格子点)用差分来表示进行解熔体温度、填充时间以及关于模具冷却的一些工析.但对于不规则的几何形状和不规则的特殊边艺参数.可在分析前依据个人的经验进行人工交界条件差分法就难以应用了.互输入也可利用I2DEAS软件的MOLDFLOW模收稿日期:2002-10-10作者简介:马正元(1946-),男,辽宁沈阳人,教授.©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allr
7、ightsreserved.2 沈 阳 工 业 大 学 学 报第26卷块依据塑件的有限元模型进行成型工艺条件优化理的假设进行简化,得到一组控制方程组,使得数分析来的得出较合理的工艺参数.本例将依据优学模型既便于求解又能比较客观地反映塑料熔体化后的成型工艺参数进行分析.在模腔内流动的过程.通常,为了减少数学模型计算量常把塑件的三维实体模型进行中面处理.即计算时将薄壳塑件的厚度方向的节点忽略,只处理厚度之间位置的有限元网面.分析时对厚度方向进行分层处理得出相应的结果.213 后置处理后置处理是指注塑工程模拟结果
8、的表格化图形化.I2DEAS软件的MOLDFLOW模块对塑件有限元模型的分析结果非常丰富.除了一般流体分析所具有的等压线图、等温线图、等时线图等外,还有等压线、等温线、剪切率等的时序图.图2为某一时刻的熔体前沿温度时序图.仿真结果可以按设定的时间间隔连续显示注射时间内的熔体前沿温度.熔体的温度过高可能说明该区域熔体图1 网格剖分结果流速过快导致较高的摩擦热容易产生塑件的烧结Fig.1G
