注塑模具設計的關(guān)鍵技術(shù)分享

　　引導語(yǔ)：注塑模具設計就是用于注塑成型的塑料模具。注塑模具需安裝在塑料注射機上使用。那么，下面就是小編為大家整理出來(lái)的一些關(guān)于注塑模具設計的關(guān)鍵技術(shù)資料，希望能夠幫助到大家!

　　注塑模具設計的關(guān)鍵技術(shù)

　　一、發(fā)展概況和應用背景

　　塑料工業(yè)近20年來(lái)發(fā)展十分迅速，早在7年前塑料的年產(chǎn)量按體積計算已經(jīng)超過(guò)鋼鐵和有色金屬年產(chǎn)量的總和，塑料制品在汽車(chē)、機電、儀表、航天航空等國家支柱產(chǎn)業(yè)及與人民日常生活相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。塑料制品成形的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料成形模具產(chǎn)量中約半數以上是注塑模具。

　　隨著(zhù)塑料制品復雜程度和精度要求的提高以及生產(chǎn)周期的縮短，主要依靠經(jīng)驗的傳統模具設計方法已不能適應市場(chǎng)的要求，在大型復雜和小型精密注射模具方面我國還需要從國外進(jìn)口模具。

　　二、關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)用功能

　　1.用三維實(shí)體計算機取代中心層模型

　　傳統的注塑成形仿真軟件基于制品的中心層計算機。用戶(hù)首先要將薄壁塑料制品抽象成近似的平面和曲面，這些面被稱(chēng)為中心層。在這些中心層上生成二維平面三角網(wǎng)格，利用這些二維平面三角網(wǎng)格進(jìn)行有限元計算，并將最終的分析結果在中面上顯示。而注塑產(chǎn)品計算機多采用三維實(shí)體計算機，由于兩者模型的不一致，二次建模不可避免。但由于注塑產(chǎn)品的形狀復雜多樣、千變萬(wàn)化，從三維實(shí)體中抽象出中心層面是一件十分困難的工作，提取過(guò)程非常繁瑣費時(shí)，因此設計人員對仿真軟件有畏難情緒，這已成為注塑成形仿真軟件推廣應用的瓶頸。

　　HSCAE 3D主要是接受三維實(shí)體/表面模型的STL文件格式�，F在主流的CAD/CAM系統，如UG、Pro/ENGINEER、CATIA和SolidWorks等，均可輸出質(zhì)量較高的STL格式文件。這就是說(shuō)，用戶(hù)可借助任何商品化的CAD/CAE系統生成所需制品的三維幾何模型的STL格式文件，HSCAE 3D可以自動(dòng)將該STL文件轉化為有限元網(wǎng)格模型，通過(guò)表面配對和引入新的邊界條件保證對應表面的協(xié)調流動(dòng)，實(shí)現基于三維實(shí)體模型的分析，并顯示三維分析結果，免去了中心層模擬技術(shù)中先抽象出中心層，再生成網(wǎng)格這一復雜步驟，突破了仿真系統推廣應用的瓶頸，大大減輕了用戶(hù)建模的負擔，降低了對用戶(hù)的技術(shù)要求，對用戶(hù)的培訓時(shí)間也由過(guò)去的數周縮短為幾小時(shí)。圖1為基于中心層模型和基于三維實(shí)體/表面模型流動(dòng)分析模擬情況對比圖。

　　2.有限元、有限差分、控制體積方法的綜合運用

　　注塑制品都是薄壁制品，制品厚度方向的尺寸遠小于其他兩個(gè)方向的尺寸，溫度等物理量在厚度方向的變化又非常大，若采用單純的有限元或有限差分方法勢必造成分析時(shí)間過(guò)長(cháng)，無(wú)法滿(mǎn)足模具設計與制造的實(shí)際需要。我們在流動(dòng)平面采用有限元法，厚度方向采用有限差分法，分別建立與流動(dòng)平面和厚度方向尺寸相適應的網(wǎng)格并進(jìn)行耦合求解，在保證計算精度的前提下使得計算速度滿(mǎn)足工程的需要，并采用控制體積法解決了成形中的移動(dòng)邊界問(wèn)題。對于內外對應表面存在差異的制品，可劃分為兩部分體積，并各自形成控制方程，通過(guò)在交接處進(jìn)行插值對比保證這兩部分的協(xié)調。

　　3.數值計算與人工智能技術(shù)的結合

　　優(yōu)選注塑成形工藝參數一直是廣大模具設計人員關(guān)注的問(wèn)題，傳統的CAE軟件雖然可以在計算機上仿真出指定工藝條件下的注塑成形情況，但無(wú)法自動(dòng)對工藝參數進(jìn)行優(yōu)化。CAE軟件使用人員必須設置不同的工藝條件進(jìn)行多次CAE分析，并結合實(shí)際經(jīng)驗在各方案之間進(jìn)行比較，才能得出較滿(mǎn)意的工藝方案。同時(shí)，在對零件進(jìn)行CAE分析后，系統會(huì )產(chǎn)生有關(guān)該方案的大量信息(制品、工藝條件、分析結果等)，其中分析結果往往以各種數據場(chǎng)的形式出現，要求用戶(hù)必須具備分析和理解CAE分析結果的能力，所以傳統的CAE軟件是一種被動(dòng)式的計算工具，無(wú)法提供給用戶(hù)直觀(guān)、有效的工程化結論，對軟件使用者的要求過(guò)高，影響了CAE系統在更大范圍內的應用和普及。針對以上不足，HSCAE 3D軟件在原有CAE系統準確的計算功能基礎上，把知識工程技術(shù)引入系統的開(kāi)發(fā)中，利用人工智能所具有的思維和推理能力，代替用戶(hù)完成大量信息的分析和處理工作，直接提供具有指導意義的工藝結論和建議，有效解決了CAE系統的復雜性與用戶(hù)使用要求的簡(jiǎn)單性之間的矛盾，縮短了CAE系統與用戶(hù)之間的距離，將仿真軟件由傳統的“被動(dòng)式”計算工具提升為“主動(dòng)式”優(yōu)化系統。HSCAE 3D系統主要將人工智能技術(shù)應用于初始工藝方案設計、CAE分析結果的解釋和評價(jià)、分析方案的改進(jìn)與優(yōu)化3個(gè)方面。

　　三、在基于知識的仿真系統中主要采用的優(yōu)化方法：

　　(1) 基于實(shí)例推理的優(yōu)化。主要應用于具有離散取值空間的成形工藝初始設計。制品形狀和澆注系統結構采用編碼方式，而尺寸信息采用特征參數描述。在對以往成功工藝設計的收集和抽象的基礎上，建立以框架形式描述的實(shí)例庫索引和檢索機制。

　　(2) 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)化。對工藝設計中如注射時(shí)間、注射溫度這樣具有連續取值空間的參數，采用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的方法來(lái)優(yōu)化。利用優(yōu)化目標函數并在一定的優(yōu)化策略下，得到優(yōu)化系統確認的最優(yōu)參數。

　　(3) 基于規則推理的優(yōu)化。主要用于對分析結果的解釋和評價(jià)。本系統所建立的專(zhuān)家系統規則庫是以注塑模領(lǐng)域的專(zhuān)家知識為基礎的，涵蓋了有關(guān)短射、流動(dòng)平衡、熔體降解、溫差控制、保壓時(shí)間、許可剪切應力、剪切速率、鎖模力等方面的知識，在對計算結果進(jìn)行分析和提煉的基礎上，驅動(dòng)專(zhuān)家系統進(jìn)行推理，對成形方案進(jìn)行分析評價(jià)，并給出具體的優(yōu)化改進(jìn)建議。

　　4.制品與流道系統的三維流動(dòng)保壓集成分析

　　流道系統一般采用圓柱體單元，而制品采用的是三角形單元，HSCAE 3D系統采用半解析法解決混合單元的集成求解問(wèn)題，這樣，HSCAE 3D系統不僅能分析一模一腔大型復雜的制品，而且能夠分析一模多腔小型精密制品，大大拓寬了系統的使用范圍。目前HSCAE 3D系統是世界上先進(jìn)的能夠分析一模多腔流動(dòng)平衡問(wèn)題的三維仿真軟件。

　　5.塑料制品熔合紋預測的高效算法

　　熔合紋對制品的強度、外觀(guān)等有重要影響，準確預測熔合紋位置是仿真軟件的難題。HSCAE 3D系統通過(guò)節點(diǎn)特征模型方法大大提高了熔合紋預測的準確性和效率，其準確度達到國際同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平。并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )方法對熔合紋的影響程度作出定性評價(jià)，為用戶(hù)對成形質(zhì)量的評估提供了直接的判斷依據。

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