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计算机模拟在气体辅助注塑成型中的应用技术研究

作　者: 解美婷
导　师: 张国强
学　校: 山东大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 气体辅助注射成型 CAE 等效半径 形状因子 气体穿透
分类号: TQ320.662
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 83次
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内容摘要


气体辅助注射成型(简称气辅成型)通过将气体引入传统注射成型,使新工艺具有注射压力低、制品翘曲变形小、表面质量好以及加工性能好等优点。但是,气体的引入也使成型工艺变得复杂,与传统注射成型相比,气辅成型对制品设计、模具设计和成型过程控制都有特殊要求。因此,合理的CAE分析方法成为该工艺得到广泛应用的重要前提。本文通过研究气辅成型工艺气道设计和参数设计的关键技术,对一件打印机覆盖件气辅成型制品进行了CAE模拟,为该产品的生产实际提供了工艺和成型质量方面的预测。最后通过该产品的实际生产,发现CAE预测结果能够较好的指导生产实际。针对气体辅助注射成型制品设计中最关键的气道设计环节,安排三因素三水平的正交试验,利用MPI软件对板类零件件进行了CAE模拟分析,获得了各气道设计参数对成型过程中气体穿透效果的影响趋势以及影响的主次关系。模拟结果验证了结论:气道等效直径参数对气体穿透效果影响最大,形状因子参数主要影响气体穿透的长度,气道长度参数设置对制品的充填程度有较大的影响。由于气体穿透效果对工艺参数的变化敏感,因此工艺设计是气辅成型设计中另一个难点。以成型工艺中最重要的五个参数(预注射量、气体延迟时间、气体压力、模具温度和熔体温度)为试验因素,每个因素安排两个水平设计五因素二水平交互试验。不仅分析各个因素对成型的影响趋势大小,同时考虑各个因素间的交互作用。试验结果表明,气体穿透长度主要受熔体预注射量、气体压力和气体延迟时间影响。气体薄壁渗透的影响因素较复杂,除了预注射量和气体延迟时间,气体注射压力与二者的交互作用也是实验的显著因素。对一款打印机盖板产品进行成型设计,并利用MPI软件对不同的设计方案进行CAE模拟,得到最优的工艺设计方案。气道设计时,在传统设计基础上,通过研究气道设计参数的和CAE分析得到的气体穿透效果图,得到出尺寸较小且气体穿透效果好的气道设计方案。工艺设计要考虑实际生产的需要,同时根据交互试验结果,对成型参数进行合理搭配取值。通过CAE模拟得到成型质量预测,比较各种设计方案的优劣,最终得到优化的工艺设计。对该产品实际生产中工艺设计设计和可能出现的成型问题及产品质量作出预测。通过对比预测结果和产品实际工艺,,发现在误差允许范围内CAE模拟能对成型工艺进行较好的预测。模拟得到的气体延迟时间比实际工艺稍长,气体压力则大于实际生产工艺,而成型设备选择、注气位置选择以及工艺参数中温度参数等与实际生产基本一致。对气体穿透区域,制品残余壁厚的预测与实际有一定差距,模拟中的问题主要存在于注气口位置附近。

全文目录


摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
第一章 绪论  11-26
  1.1 气体辅助注射成型工艺概述  11-16
    1.1.1 气辅成型工艺过程  11-13
    1.1.2 气辅成型工艺分类  13
    1.1.3 气辅成型工艺主要应用领域  13-14
    1.1.4 气体辅助注射成型工艺的特点  14-16
  1.2 国内外气辅成型技术现状与发展  16-24
    1.2.1 气体辅助注射成型技术在国内外的发展  16-18
    1.2.2 气辅成型理论研究的发展  18-21
    1.2.3 CAE技术在气体辅助注射成型领域的应用  21-22
    1.2.4 Moldflow软件在气辅成型工艺中的使用  22-24
  1.3 选题的意义及研究的主要内容  24-26
第二章 气体辅助注射成型工艺技术  26-40
  2.1 气体辅助注射成型的制品设计  26-30
    2.1.1 材料的选择  26-28
    2.1.2 气道设计规范  28-30
  2.2 气体辅助注射成型模具设计  30-33
    2.2.1 浇口设计  30-31
    2.2.2 气体注入方式  31-32
    2.2.3 型腔数量设计  32
    2.2.4 冷却系统设计  32-33
  2.3 气辅成型工艺过程重要工艺参数  33-36
    2.3.1 气体压力  33-34
    2.3.2 气体延迟时间  34
    2.3.3 气体保压时间  34
    2.3.4 熔体预注射量  34-35
    2.3.5 熔体温度  35
    2.3.6 熔体注射时间  35
    2.3.7 模具温度  35
    2.3.8 冷却时间  35-36
  2.4 常见缺陷与工艺参数的关系  36-38
    2.4.1 制品充填不足  36
    2.4.2 气体冲破熔体前锋  36-37
    2.4.3 制品表面滞留痕  37
    2.4.4 气泡  37
    2.4.5 “手指效应”  37-38
  2.5 本章小结  38-40
第三章 气体辅助注射成型气道设计研究  40-51
  3.1 气道设计在气辅成型中的作用  40-41
    3.1.1 气道设计对气腔形状的影响  40
    3.1.2 气道截面形状对制品物理性质的影响  40-41
  3.2 CAE中气道的设计参数  41-42
  3.3 气体穿透效果的评价标准  42-44
  3.4 气道参数与气体穿透的关系  44-46
  3.5 气道设计的DOE分析  46-50
    3.5.1 正交试验因素指标的确定  46
    3.5.2 试验设计安排  46-48
    3.5.3 实验结果的分析处理  48-50
  3.6 本章小结  50-51
第四章 工艺参数对气体穿透效果的交互试验分析  51-62
  4.1 交互作用原理  51-52
  4.2 工艺参数设计的DOE分析  52-61
    4.2.1 确定实验的因素指标  52
    4.2.2 设计正交实验方案  52-55
    4.2.3 模拟实验及结果处理  55-61
  4.3 本章小结  61-62
第五章 气体辅助注射成型CAE模拟实例  62-87
  5.1 三维模型建立  62
  5.2 CAE模拟的前处理  62-70
    5.2.1 打印机盖板制品CAD模型的处理  63
    5.2.2 模型网格的划分  63-65
    5.2.3 气道及浇注系统设计  65-68
    5.2.4 选择注塑机  68-69
    5.2.5 模型材料及工艺参数初设  69-70
  5.3 模拟分析结果及模型改进  70-74
  5.4 工艺参数的设计调整优化及模拟结果分析  74-82
    5.4.1 关于熔体预注射量  74-75
    5.4.2 关于气体延迟时间和气体注射压力  75-76
    5.4.3 工艺参数的选择调整  76-82
  5.5 模拟结果与实际生产参数比较  82-86
  5.6 本章小结  86-87
第六章 结论与展望  87-89
  6.1 结论  87-88
  6.2 展望  88-89
参考文献  89-94
致谢  94-95
学位论文评阅及答辩情况表  95

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 合成树脂与塑料工业 > 一般性问题 > 生产过程与生产工艺 > 成型加工 > 注射成型
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