注塑成型数值模拟报告

第１３卷第１６期２０１３年６月　１６７１—１８１５（２０１３）１６—４７２７—０５　科学技术与工程　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ＶｏＬ　１３　Ｎｏ．１６　Ｊｕｎ．２０１３　＠２０１３　Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｒｇ．　

气辅注塑成型过程中气体穿透长度的　

ＭＰＩ三维数值模拟及实验研究　

耿铁闫丽群张艳云　

（河南工业大学，郑州４５０００７）　

摘要　气辅注塑成型控制参数多，成型难度大；到目前为止，对气辅注塑特性，特别是气体穿透长度的影响规律的研究尚未　成熟。以一个具有典型气辅形状特点的制品为研究对象，设计制造了气辅模具；与此同时，还借助ＣＡＥ模拟软件Ｍｏｌｄｆｌｏｗ中　的三维气辅分析模块，采用实验研究和数值模拟相结合的方法，研究了６个单工艺参数对气体辅助注塑成型过程中气体穿透　

长度的影响规律。　关键词　气体辅助注塑成型　工艺参数　数值模拟　实验研究　中图法分类号ＴＱ３２０．６６２；　文献标志码Ａ　

气体辅助注塑成型是一种新的塑料加工技术。　

该工艺从２０世纪７Ｏ年代中期发展起来，９０年代进　

入实用化阶段，是自往复式螺杆注塑机问世以来，　

注塑成型领域最重要、最有意义的发展…。与传统　

注塑成型相比，由于增加了注气环节，气辅成型的　

过程变得十分复杂，各种工艺参数对气体穿透行为　

和最终制品质量的影响，不同的研究者有不同的认　

识和结论，甚至得出相矛盾的结论。比如在文献　

［２］中残余壁厚随着气体压力的增大而减小，而在　

文献［３］中，增大气体注塑压力，其残余壁厚反而增　

大。文献［４］发现气体穿透长度随着气体压力的升　

高而增加，而文献［５，６］认为，气体压力升高导致较　

短的气体穿透长度。因此，本文以一个具有典型气　

辅形状特点的制品为研究对象（半圆形气道截面顶　

部带筋板），设计制造了气辅模具；同时又借助ＣＡＥ　

模拟软件Ｍｏｌｄｆｌｏｗ　２０１０，采用实验研究和数值模拟　

相结合的方法，考察熔体预注塑量、气体延迟时间、　

第３ｌ卷第１２期　２　Ｏ　ｌ　１年ｌ　２月　成宁学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｘｉａｎｎｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖｏ１．３１，Ｎｏ．１２　ＤｅＣ．２０１１　

文章编号：１００６—５３４２（２０１１）ｌ２—００７９一Ｏ２　

注塑件随形冷却的数值模拟分析　

顾永华，许建文　

（华侨大学模具技术研究中心，福建厦门３６１０２１）　

摘要：本文通过实例设计了随形冷却水道并且与传统冷却水道进行比较分析．采用Ｍｏｌｄｆｌｏｗ软件作为分析平　

台，系统分析了采用传统冷却水道和随形冷却水道两种情况下，冷却时间、塑件表面温差和模具表面温差的对比．　分析结果显示，采用随形冷却系统能够显著降低冷却时间、塑件表面温差和模具表面温差，有利于提高模具寿命　

和塑件质量．　关键词：随形冷却；数值模拟；注塑成型　中图分类号：０４６９　文献标识码：Ａ　

模具温度直接影响着注塑制品的质量和生产效率，它　主要通过模具的冷却系统来进行适当的控制和调节．传统　

的冷却水道只能加工成简单的直孔，当注塑件形状复杂时，　其冷却效果差，零件变形大．注塑模随形冷却水道（ｃｏｎｆｏｒ－　ｍａｌ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｃｈａｎｎｅｌｓ，ＣＣＣ）是指随着注塑模型腔变化而改变　的冷却水道…．与传统的冷却系统相比，随形冷却系统能够　

使注塑件均匀冷却，能够缩短冷却时间，具有更高的冷却效　率．本文运用Ｍｏｌｄｆｌｏｗ软件对传统的冷却系统与随形冷却　

系统进行冷却分析，比较分析结果，优化冷却系统．　１　注塑件模型冷却系统分析　

注塑件模型如图１所示，为壳状零件，壁厚为１．５ｍｍ．　由图可知，塑件的外表面有两处曲面突变地方，采用传统冷　

却的方法，塑件内外表面凹槽处冷却容易不均，造成温度的　分布不均匀．为此将随行冷却与传统冷却方法进行分析比　较，优化冷却系统．　

图１注塑件模型　注塑件模型导人Ｍｏｌｄｆｌｏｗ后进行划分网格，材料采用　美国ＧＥ公司的ＰＣ＋ＡＢＳ，牌号为Ｃｙｃｏｌｏｙ　ＭＣ５０００—７０００８．　

铝合金挤压过程的数值模拟

铝合金可以被视为一种粘性不可压缩非牛顿流体。目前流体运动的描述方法可以分为拉格朗日描述(Lagrangian description)方法、欧拉描述(Eulerian

description)方法和任意拉格朗日-欧拉描述(Arbitrary Lagrangian-Eulerian

description)方法三种。数值模拟计算方法中，根据离散方法的不同，主要可以分为有限差分方法（FDM）、有限元法（FEM）、有限体积法（FVM）等。

几十年来，有限元和有限体积法等数值模拟方法已被广泛应用于铝合金挤压过程的数值分析中。众多的研究者利用数值方法对铝合金挤压过程进行了模拟研究，其中有限元法应用最为广泛，而有限体积法因其解决大变形问题的优势，也逐渐被引入到塑性成形领域。

1、6063铝合金半固态反挤压数值模拟

利用有限元模拟技术，研究材料在半固态成形过程中的流场、温度场、应力应变场等分布规律，预测6063铝合金在成形过程中的充型行为、可能产生的缺陷和最佳工艺参数等信息，可为实际生产提供理论依据。6063铝合金具有极佳的加工性能，是典型的挤压合金，被广泛应用于建筑型材等。获得6063铝合金不同温度和应变速率下的应力-应变曲线后，采用有限元软件DEFORM-3D对合金半固态反挤压成形过程进行数值模拟，对主要工艺参数进行优化。

半固态反挤压过程的有限元力学模型见图1，变形体为圆柱体。实验中所用的坯料、凸模和凹模均为轴对称，取其1/4进行模拟分析。采用刚-粘塑性有限元法，采用图1有限元力学模型对半固态6063合金在不同工艺条件下的反挤压过程进行有限元模拟。

图1 反挤压力学模型及特征点位置 数值模拟结果分析：

（1）坯料变形过程及坯料成形中的速度场分布

挤压模拟时取工件内部不同位置的5个点作为特征点跟踪，特征点位置见图1。挤压过程中特征点位置坯料流动速度随时间的变化见图2。

在挤压变形过程中，材料受三向压应力作用，发生塑性变形的金属主要集中在坯料端部的外侧，且靠近上模型腔入口处的金属变形量为最大。变形初期P1、P2处于大变形区内，坯料流动速度变化剧烈。速度的大小和方向变化都比较明显，随凸模压下量的增大，变形后期特征点P1的材料作刚性平移，此时材料的流动方向由沿径向向外流动逐渐变为沿凸凹模间隙向上流动。靠近坯料中心部位的材料P3，挤压初期获得较大流速，在之后挤压过程中整体向下均匀流动，其速度大小不变。当变形达到一定程度，凸模端面下的材料（如特征点P4和P5）相对于P3位置径向外流的趋势更大，且随凸模压下量的继续增大，金属由径向外流逐渐变为沿凸凹模间隙向上流动。

模具技术Ｚ０ｌ１．Ｎｏ．４　４５　

文章编号：１００１　４９３４（２０１１）０４—００４５—０５　

０　应用数值模拟技术优化注塑保压压力　

张惠敏，聂　勇，李　旭　

（青岛科技大学　机电工程学院，山东　青岛　２６６０６１）　

摘　要：保压阶段是影响注塑产品质量的最重要阶段。保压不合理，会导致型腔压力　

分布不均，造成产品出现翘曲变形、缩痕和尺寸精度差等一系列质量问题。针对保压　

阶段型腔内的复杂情况，应用数值模拟技术，以减少型腔压力差为目标，多次调正保压　

曲线，均衡型腔压力，达到减小塑件翘曲的目的。　

关键词：注塑成型；数值模拟；型腔压力；保压曲线；翘曲　

中图分类号：ＴＰ　３９１．７　文献标识码：Ａ　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｏ　ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｉｎｊ　ｅｃｔｉｏｎ　ｈｏｌｄｉｎｇ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　

ＺＨＡＮＧ　Ｈｕｉ—ｍｉｎ，ＮＩＥ　Ｙｏｎｇ，ＬＩ　Ｘｕ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｃｋｉｎｇ　ｓｔａｇｅ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｓｔａｇｅ　ｔｏ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｐａｒｔｓ’ｑｕａｌｉｔｙ．Ｉｆ　ｔｈｅ　ｐａｃｋｉｎｇ　

ｃｕｒｖｅ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ，ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｉｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｉｎ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｌｄ　

ｃａｖｉｔｉｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎ　ｔｈａｔ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｐａｒｔｓ　ｅｍｅｒｇｅ　ａ　ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　

ｗａｒｐａｇｅ，ｓｉｎｋ　ｍａｒｋｓ，ａｎｄ　ｐｏｏｒ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ａｃｃｕｒａｃｙ．Ｔａｋｉｎｇ　ｔ．ｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ　ｏｆ　ｉｎ　ｔｈｅ　

ｃａｖｉｔｉｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｃｋｉｎｇ　ｓｔａｇｅ　ｉｎｔｏ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｗａｓ