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CAE在彩电后壳浇注系统中的应用是嘛

发布时间:2021-07-11 07:34:41 阅读: 来源:PC管厂家

CAE在彩电后壳浇注系统中的应用

摘要:应用美国AC - TECH 公司的C - MOLD 软件对29 寸(74cm) 彩电后壳的模具浇注系统进行了计算机辅助工程(CAE) 分析。结果表明,采用计算机C - MOLD 软件对充模进行动态模拟,可直观地了解彩电后壳制品所需充模的最大压力和锁模力,并能确知熔融前锋料流速度的分布和熔接痕的位置分布电源唆使灯亮,它为指导大型注塑模具的设计提供了科学依据,有较高的应用和研究价值。

关键词: 计算机辅助工程;浇注系统;注射成型;专用软件

塑料注射成型CAE软件的发展十分迅速,它全面提升模具设计水准的显著效果正逐渐为模具界所认识。目前国际上已有许多商品化软件出售,其中最具影响力的是美国AC - TECH 公司的注射模CAE软件C - MOLD。C - MOLD 软件具有3 个层次。第1 层次的软件用于初始阶段的设计,如优选塑料材料、选择标准模架、预测锁模力、平衡流道系统、优化成型时间、预定成型工艺参数、布置冷却水管、诊断注射缺陷等。第2 层次为三维流动模拟程序和三维冷却分析程序。第3 层次将流动、保压、冷却分析结果耦合,得到更为精确的分析结果,其结果可用于塑料制品的应力和翘曲分析。青岛市新材料重点实验室用C - MOLD 对29 寸(74cm) 彩电后壳进行了优化分析,取得了良好的效果。

1 填充理论基础

塑料熔体在加工过程中的流动,满足连续性方程、动量定律、能量守恒方程及流变本构方程。注塑流动是一个粘弹性、非稳态、非等温的复杂过程,加上模腔内几何形状的复杂,要对其流动做精确描述比较困难, 所以在实际应用中作开辟企业市场;与同行企业建立互助关系适当简化和假定[1~4 ] 。

1. 1 型腔内流动数学模型

1.1.1 假胶粘剂中有害物资限量GB18583⑵001设

在实际工程中,注塑加工的制件多是薄壁件,即厚度方向尺寸远小于其他2 个方向的尺寸,因此可假定熔体在扁平型腔中流动。在此基础上做如下简化。

(1) 那末如何测试胶带的粘性呢?这就需要用到专门的仪器来测试了传热过程:型腔壁以热传导为主,忽略沿厚度方向的对流传热,而型腔内的流动以热对流为主,忽略沿流动方向的热传导。

(2) 受力:假定模腔内流动以粘滞力为主,忽略惯性力的影响,仅考虑熔体的剪切力,忽略正应力的影响。假定压力沿厚度方向不变,忽略因冷凝层等作用在厚度方向产生的压力梯度。

(3) 流动特性:假定熔体为不可压缩流体,即ΔV 为0 ,并设熔体前沿位置在厚度方向不变。

1.1.2 薄壁型腔充填过程的控制方向连续性方程:

式中: h 为型腔狭缝厚度的一半; V x , V y 分别是x 、y 方向的流速分量。

能量守恒方程:

其中: t 是温度;η、γ分别是熔体的粘度和剪切速率;Cp 是定压比容;ρ是塑料熔体的密度。

运动方程:

式中: P 为压力。

流体本构方程:

1. 2 浇注系统的控制方程

浇注系统假定为圆柱体内的塑料熔体流动,其他非圆截面浇注系统采用形状因子等效。根据圆柱管的特点,进行如下简化: (1) V x 、V y 值等于零; (2)流体具有不可压缩性; (3) 在同一截面处压力恒定。

浇注系统充填过程的数学模型如下。

各控制方程的数值解法有: 有限单元法(FEM) 、有限差分法(FDM) 、边界单元法(BEM) 、通常是有限元/ 有限差分混合法。

2 试验部分

2. 1 材料参数

牌号为PS 456M ,BASF 公司产品。主要成型条件:顶出温度为80 ℃,最低成型温度为180 ℃,最高成型温度为280 ℃, 最低模温为20 ℃,最高模温为70 ℃, 最大许可剪切应力为0.24MPa ,最大许可剪切速率为40 000/s。

2. 2 设备参数

设备参数见表1 。

3 结果与讨论

设计29 寸彩电后壳(图1 所示) 不仅要易于成型,使物料均衡填充,而且还要控制熔接痕的位置,使之尽量不影响制品外观,因此,制件的浇口只能开设一个。直接浇口又称中心浇口,由于它的尺寸大,固化时间长,延长了补料时间,且具有流体阻力小,进料速度快的优点,常用于大型长流程的制品,因此本设计为直接浇口。在此基础上,试验了2 个不同方案,得出了不同的成型分析结论。

3. 1 第1 种方案

采用冷流道,流道大端直径为12mm ,位置在制件底面中央凹进部分的边缘(图1 箭头指向所示) 。

图1 第1 种设计方案

从C - MOLD 流动分析(图2) 可以看出,本方案在充填的均衡性上表现并不理想。主要表现为熔料在型腔的最远端到达时间不一致。在本方案中,通过浇口形成左右两股料流,并最终在图2 所示A区相遇,造成A 区大量冷料集中,因顶部为薄壁区,产生明显的冷接缝并造成应力集中,从而降低制品的冲击强度。

图2 第1 种填充方案的流动前沿分布图

3. 2 改进方案

为改善前述现象,保证物料在后壳顶部充满,消除冷料集中区,增加该处强度,提出改进方案,即在图3 圆形位置增加直径为8mm 的过桥,以改善后壳顶部的充填情况。

图3 改进方案

由改进后的流动前沿分布图(图4) 可知,加上直径为8mm 的过桥后,原来冷料集中的区域(图4A 区所示) 消除。在大约3s ,物料到达后壳顶部的时间非常一致并可完全充填后壳顶部,从而消除了由于熔接痕的产生而造成的对制品性能的影响,改善了制品的力学性能。

图4 改进方案的流动前沿分布图

3. 3 熔接痕分析

由于第1 种方案的充填情况不十分理想,因此只对改进方案进行熔接痕分析,结果如图5 所示。

图5 改进方案的熔接痕分布

在塑料熔料填充型腔时,如果2 股或更多的熔料在相遇时前沿部分已经冷却,使他们不能完全融合,便在汇合处产生线性凹槽,形成熔接痕。由图5可见,产品的熔接痕大都分布在格的交汇处,另外在图5 中所标出的位置也产生2 条线性熔接痕。总体来说,产品的熔接痕数量相对较多,但大部分分布于彩电后壳的格附近,且熔接痕尺寸较小,基本不影响产品外观。

3. 4 改进方案部分工艺参数

通过分析所得的工艺参数得知,所需最大压力为40. 936MPa , 小于注塑机的最大注射压力137. 931MPa ;所需锁模力为718314kN ,小于注射机的最大锁模力19 580kN。最终充填时间为3. 9277s ,制品重量为4236. 1g。

3. 5 螺杆速度

根据分析结果,C - MOLD 自动得出最佳的螺杆速度曲线,如图6 所示。从图6 可以看出,在冲程小于20 %时,速度基本保持恒定值40 %;当冲程大于20 %时,随着冲程的增加,速度逐渐增加,在冲程为60 %时,速度出现极大值100 % ,此后随冲程的增加逐渐下降,在冲程为100 %时,速度为43 %。

图6 推荐螺杆速度曲线

4 结论

a) 采用计算机C - MOLD 软件对充模进行动态模拟,可了解彩电后壳制品所需充模的最大压力和锁模力的真实情况,并能确知熔融前锋料流速度的分布和熔接痕的位置分布,它为指导大型注塑模具的设计提供了科学依据,有较高的应用和研究价值。

b) 根据C - MOLD 软件的分析结果,在模具中增加直径为8mm 的过桥,消除了彩电后壳顶部的冷料集中区,从而有效保证了产品的质量。

c) C - MOLD 软件是计算机科学、模具技术、数学理论和塑料树脂科学的完美结合。利用C -MOLD 对模具进行优化分析,可提高生产效率,极大的提高1 次试模的成功率,节省大量的人力物力,从而创造良好的经济效益。

参考文献

1 Takaaki Matsuoka. Integrated simulation to predict warpage of injections molded parts. Polymer Engineering and Science , 1991 , 31 (14) :1 043

2 Chang H H ,Hiber C A and Wang K K . A unified simulation of the filling and postfilling stages in injection molding ,part 1 :formulation. Polymer Engineering and Science ,1991 ,31 (2) :116

3 Chang R Y, Tsaur B D. Experimental and theoretical studies of shrinkage ,warpage ,and sink marks of crystalline polymer injection molded parts. Polymer Engineering and Science , 1995 , 35 ( 15) : 1222

4 Yang L C , Charmchi M and Chen S J . Numerical simulation of semicrystalline polymer flowing in an empty tube with lymer Engineering and Science ,1992 ,32 (11) :724(end)

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