8 《模具工业》2003.No.2总264 盒形塑件的几何构型与计算机充模流动模拟 伍晓宇1,辛勇2 (1.深圳大学,广东深圳518060;2.南昌大学,江西南昌330029) 摘要:基于 Hele- Shaw流动数学模型,给出了构造3D塑件CAD模型并向CAE模型转换的方法和技 术,通过对塑件进行有限元网格的剖分以及注射成型过程的数值模拟,得到了减少塑件充模流动成型 缺陷,改进熔体充模效果及产品设计的技术方; 关键词:塑件几何构型;熔体充模流动;有限元网格剖分 中图分类号:TP2712文献标识码:B文章编号:1001-2168(2003)02-0008-04 Geometric Moul ding of the Box-Sha ped Part and Computer Simulation of Fill ing Flow wU Xiao-yu, XIN Yong (1. Shenzhen University, Shenzhen, Guangdong 518060, China 2. Nanchang University, Nanchang, Jiangxi 330029, China) Abstract: Based on Hele-Shaw mat he matic flow model, the methods and technologies for con- structing the 3D CAD model for the box-s haped part and transforming the CAD model into CAE del were given. Through finite element mesh parting to the part and numerical simulation of the injection process, the technology and method for decreasing the part for ming defects and im- proving the melt-body filling flow and product design were obt ai ned Key words: geometric moulding of plastic part; filling flow of melt body; finite element mesh parting 引言 拟和分析,为塑料制品的设计、材料选择、模具设计 注射成型是现代塑料工业中的一种重要加工注射成型工艺的制定及注射成型工艺过程的控制提 方法,世界上注射模的产量占塑料成型模具总产量供科学依据 的50%以上1塑料注射成型是一个复杂的加工与 本文主要研究盒形塑件的CAD几何构型以及 物理过程,为实现注射产品的更新换代,提高企业由CAD模型向CAE模型转换并进行注射流动分 的竞争能力,必须进行注射模具设计与制造及成型析的技术方法 过程分析 CADI CAMICAE集成技术的研究。国外 注射模CAD/CAM/CAE技术研究的成果和有关2注射模CAE数学模型 统计数据表明,采用注射模CAD/CAE/CAM技术 注射模CAE数学模型通常是采用 Hele- shaw 能使设计时间缩短50%,制造时间缩短30%,成本流动来进行注射成型数值模拟,其模型在CAE中 下降10%,塑料节省7% 得到了广泛的应用,因为 Hele-shaw流动模型能较 注射模计算机模拟技术正朝着与￠AD′CAE准确地预测塑料熔体在模具型腔内的流动。塑料熔 无缝整体集成化方向发展,注射CAD所构造的几体在加工过程中满足连续性方程、动量守恒及能量 何模型为实现注射模CAE技术提供了基本的几何守恒原理,由于塑料熔体的非牛顿特性及注射流动 拓扑信息和特征信息,注射模CAE的目标是通过过程的非稳态、非等温性,加上模腔内几何形状复 对塑料材料性能的研究和注射成型工艺过程的模杂,使模拟流动过程相当困难,在实际应用中需作适 当的假设和简化。一般应借助于数值分析方法(有 作者简介:伍晓宇(1963-),男,四川仁寿人,副教授,主要研究限元、有限差分边界元等)求解,因此不可压缩的非 方向:CAD/CAM、工业工程,地址:深圳大学工程技术学院,电 牛顿流体在非等温条件下的熔体流动控制方程为 话:(0755)26536224,E·mal: wuxy(@szu.edu.c 收稿日期:2002·0705 连续性方程 201994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net8 《模具工业》2003. No . 2 总 264 盒形塑件的几何构型与计算机充模流动模拟 伍晓宇 1 , 辛 勇 2 (1. 深圳大学 , 广东深圳 518060 ; 2. 南昌大学 , 江西南昌 330029) 摘要 : 基于 Hele-Shaw 流动数学模型 , 给出了构造 3D 塑件 CAD 模型并向 CA E 模型转换的方法和技 术 , 通过对塑件进行有限元网格的剖分以及注射成型过程的数值模拟 , 得到了减少塑件充模流动成型 缺陷 ,改进熔体充模效果及产品设计的技术方法。 关键词 :塑件几何构型 ;熔体充模流动 ;有限元网格剖分 中图分类号 : TP271 + . 2 文献标识码 :B 文章编号 :1001 - 2168(2003) 02 - 0008 - 04 Geometric Moulding of the Box- Shaped Part and Computer Simulation of Filling Flow WU Xiao- yu 1 , XIN Yong 2 ( 1. She nzhe n Unive rsit y , She nzhe n , Guangdong 518060 , Chi na ; 2. Nanchang Unive rsit y , Nanchang , Jiangxi 330029 , Chi na) Abstract : Bas ed on Hele-Shaw mat hematic flow model , t he me t hods and t echnologies f or con2 st r ucti ng t he 3D CAD model f or t he box-s hap ed pa rt and t r ansf or mi ng t he CAD model i nt o CAE model we r e give n . Thr ough fi nit e eleme nt mes h p a rti ng t o t he pa rt and nume rical simulation of t he i njection p r ocess , t he t echnology and me t hod f or dec r easi ng t he p a rt f or mi ng def ects and im2 p r ovi ng t he melt-body filli ng flow and p r oduct design we r e obt ai ned . Key words : geome t ric mouldi ng of plastic pa rt ; filli ng flow of melt body ; fi nit e eleme nt mes h pa rti ng 1 引 言 注射成型是现代塑料工业中的一种重要加工 方法 , 世界上注射模的产量占塑料成型模具总产量 的 50 %以上 [1 ]。塑料注射成型是一个复杂的加工与 物理过程 , 为实现注射产品的更新换代 , 提高企业 的竞争能力 , 必须进行注射模具设计与制造及成型 过程分析 CAD/ CAM/ CA E 集成技术的研究。国外 注射模 CAD/ CAM/ CA E 技术研究的成果和有关 统计数据表明 ,采用注射模 CAD/ CA E/ CAM 技术 能使设计时间缩短 50 % ,制造时间缩短 30 % ,成本 下降 10 % ,塑料节省 7 %。 注射模计算机模拟技术正朝着与 CAD/ CA E 无缝整体集成化方向发展 , 注射 CAD 所构造的几 何模型为实现注射模 CA E 技术提供了基本的几何 拓扑信息和特征信息 , 注射模 CA E 的目标是通过 对塑料材料性能的研究和注射成型工艺过程的模 拟和分析 ,为塑料制品的设计、材料选择、模具设计、 注射成型工艺的制定及注射成型工艺过程的控制提 供科学依据。 本文主要研究盒形塑件的 CAD 几何构型以及 由 CAD 模型向 CA E 模型转换并进行注射流动分 析的技术方法。 2 注射模 CA E 数学模型 注射模 CA E 数学模型通常是采用 Hele- Shaw 流动来进行注射成型数值模拟 , 其模型在 CA E 中 得到了广泛的应用 , 因为 Hele- Shaw 流动模型能较 准确地预测塑料熔体在模具型腔内的流动。塑料熔 体在加工过程中满足连续性方程、动量守恒及能量 守恒原理 , 由于塑料熔体的非牛顿特性及注射流动 过程的非稳态、非等温性 , 加上模腔内几何形状复 杂 ,使模拟流动过程相当困难 ,在实际应用中需作适 当的假设和简化。一般应借助于数值分析方法 (有 限元、有限差分、边界元等) 求解 ,因此不可压缩的非 牛顿流体在非等温条件下的熔体流动控制方程为 : 连续性方程 : ———————————————— 作者简介 : 伍晓宇 (1963 - ) ,男 ,四川仁寿人 ,副教授 ,主要研究 方向: CAD/ CAM 、工业工程 ,地址: 深圳大学工程技术学院 ,电 话: (0755) 26536224 ,E - mail : wuxy @szu. edu. cn 收稿日期 :2002 - 07 - 05