塑料托盤注塑模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)
2021/12/4 14:07:31??????點(diǎn)擊：
1、 發(fā)展概況及應(yīng)用背景
近20年用以，塑料行業(yè)發(fā)展迅速。早在七年后，塑料的年產(chǎn)量就超過了鋼鐵和有色金屬的年總產(chǎn)量。塑料托盤廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)電、儀器儀表、航空航天等國家支柱產(chǎn)業(yè)以及與人民生活相關(guān)的各個領(lǐng)域。雖然塑料制品的成型方法很多，但主要的方法是注射成型。世界塑料成型模具產(chǎn)量的一半左右是注塑成型
隨著塑料制品復(fù)雜度和精度要求的提高以及生產(chǎn)周期的縮短，傳統(tǒng)的以經(jīng)驗(yàn)為主的模具設(shè)計(jì)方法已不能滿足市場的要求。在大型復(fù)雜和小型精密注塑模具方面，中國還需要從國外進(jìn)口模具
2、關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)用功能
1。將中心層模型替換為三維實(shí)體模型
傳統(tǒng)塑料托盤注塑模擬軟件之中基于產(chǎn)品的中心層模型。用戶首先將薄壁塑料制品抽象成近似的平面和表面，稱為中心層。在這些中心層之上生成二維平面三角形網(wǎng)格，使用這些二維平面三角形網(wǎng)格進(jìn)行有限元計(jì)算，并在下方平面之上顯示最終分析結(jié)果。注塑產(chǎn)品模型大多采用三維實(shí)體模型。由于兩個模型間的不一致性，二次建模是不可避免的。然而，由于注塑制品形狀復(fù)雜多樣，很難從三維實(shí)體之中提取中心層，提取過程非常繁瑣和耗時。因此，設(shè)計(jì)人員對仿真軟件的困難感到恐懼，這已成為注射成型仿真軟件
HsCAE-3D廣泛應(yīng)用的瓶頸，HsCAE-3D主要接受三維實(shí)體曲面模型的STL文件格式。目前主流的CADCAM系統(tǒng)，如UG、ProEngineer、CATIA、SolidWorks等，都能輸出高質(zhì)量的STL格式文件。換句話說，用戶可以在任何商業(yè)化CADCAE系統(tǒng)的幫助下生成所需產(chǎn)品的三維幾何模型的STL格式文件。HsCAE 3D可以自動將STL文件轉(zhuǎn)換為有限元網(wǎng)格模型，通過曲面匹配和引入新的邊界條件，保證相應(yīng)曲面的協(xié)調(diào)流動，實(shí)現(xiàn)基于三維實(shí)體模型的分析，并顯示三維分析結(jié)果，消除了中心層仿真技術(shù)中先抽象中心層再生成網(wǎng)格的復(fù)雜步驟，突破了仿真系統(tǒng)推廣應(yīng)用的瓶頸，大大減輕了用戶建模負(fù)擔(dān)，降低了對用戶的技術(shù)要求，并將用戶的培訓(xùn)時間從過去幾周縮短到幾個小時。圖1顯示了基于中心層模型和三維實(shí)體表面模型的流動分析和模擬的比較。
2.有限元、有限差分和體積控制方法的綜合應(yīng)用
塑料托盤是薄壁制品。產(chǎn)品在厚度方向之上的尺寸遠(yuǎn)小于其他兩個方向之上的尺寸，并且厚度方向之上的溫度等物理量變化非常大。如果采用簡單的有限元或有限差分法，分析時間會過長，無法滿足模具設(shè)計(jì)和制造的實(shí)際需要。我們在流動平面之上采用有限元法，在厚度方向之上采用有限差分法，分別建立和求解與流動平面和厚度方向尺寸相對應(yīng)的網(wǎng)格。在保證計(jì)算精度的前提之下，計(jì)算速度滿足工程需要，采用控制體積法求解成形中的移動邊界問題。對于具有不同上下對應(yīng)表面的產(chǎn)品，可將其劃分為體積的兩部分，并形成各自的控制方程。這兩個部分的協(xié)調(diào)可以通過連接處的插值和比較來保證
3。數(shù)值計(jì)算與人工智能技術(shù)的結(jié)合
注塑塑料托盤工藝參數(shù)的優(yōu)化一直是模具設(shè)計(jì)人員關(guān)注的問題。傳統(tǒng)的CAE軟件雖然可以在計(jì)算機(jī)之上模擬特定工藝條件之下的注塑成型過程，但不能自動優(yōu)化工藝參數(shù)。CAE軟件的用戶必須為多個CAE分析設(shè)置不同的工藝條件，并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對各種方案進(jìn)行比較，以獲得更滿意的工藝方案。同時，在對零件進(jìn)行CAE分析之后，系統(tǒng)將生成大量關(guān)于方案的信息&40；產(chǎn)品、工藝條件、分析結(jié)果等；，分析結(jié)果通常以各種數(shù)據(jù)字段的形式出現(xiàn)，這要求用戶具有分析和理解CAE分析結(jié)果的能力。因此，傳統(tǒng)的CAE軟件是一種被動的計(jì)算工具，不能為用戶提供直觀有效的工程結(jié)論。對軟件用戶的要求過高，影響了CAE系統(tǒng)在更大范圍之內(nèi)的應(yīng)用和推廣。針對上述不足，HsCAE 3D軟件在原有CAE系統(tǒng)精確計(jì)算功能的基礎(chǔ)之上，將知識工程技術(shù)引入到系統(tǒng)開發(fā)之中，利用人工智能的思維和推理能力，代替用戶完成對大量信息的分析和處理，并直接提供指導(dǎo)性的過程結(jié)論和建議，有效解決了CAE系統(tǒng)的復(fù)雜性與用戶需求的簡單性間的矛盾，縮短了CAE系統(tǒng)與用戶間的距離，將仿真軟件從傳統(tǒng)的“被動”計(jì)算工具提升到“主動”優(yōu)化系統(tǒng)。HsCAE 3D系統(tǒng)主要將人工智能技術(shù)應(yīng)用于初始工藝方案設(shè)計(jì)、CAE分析結(jié)果的解釋與評價(jià)、分析方案的改進(jìn)與優(yōu)化
近20年用以，塑料行業(yè)發(fā)展迅速。早在七年后，塑料的年產(chǎn)量就超過了鋼鐵和有色金屬的年總產(chǎn)量。塑料托盤廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)電、儀器儀表、航空航天等國家支柱產(chǎn)業(yè)以及與人民生活相關(guān)的各個領(lǐng)域。雖然塑料制品的成型方法很多，但主要的方法是注射成型。世界塑料成型模具產(chǎn)量的一半左右是注塑成型
隨著塑料制品復(fù)雜度和精度要求的提高以及生產(chǎn)周期的縮短，傳統(tǒng)的以經(jīng)驗(yàn)為主的模具設(shè)計(jì)方法已不能滿足市場的要求。在大型復(fù)雜和小型精密注塑模具方面，中國還需要從國外進(jìn)口模具
2、關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)用功能
1。將中心層模型替換為三維實(shí)體模型
傳統(tǒng)塑料托盤注塑模擬軟件之中基于產(chǎn)品的中心層模型。用戶首先將薄壁塑料制品抽象成近似的平面和表面，稱為中心層。在這些中心層之上生成二維平面三角形網(wǎng)格，使用這些二維平面三角形網(wǎng)格進(jìn)行有限元計(jì)算，并在下方平面之上顯示最終分析結(jié)果。注塑產(chǎn)品模型大多采用三維實(shí)體模型。由于兩個模型間的不一致性，二次建模是不可避免的。然而，由于注塑制品形狀復(fù)雜多樣，很難從三維實(shí)體之中提取中心層，提取過程非常繁瑣和耗時。因此，設(shè)計(jì)人員對仿真軟件的困難感到恐懼，這已成為注射成型仿真軟件
HsCAE-3D廣泛應(yīng)用的瓶頸，HsCAE-3D主要接受三維實(shí)體曲面模型的STL文件格式。目前主流的CADCAM系統(tǒng)，如UG、ProEngineer、CATIA、SolidWorks等，都能輸出高質(zhì)量的STL格式文件。換句話說，用戶可以在任何商業(yè)化CADCAE系統(tǒng)的幫助下生成所需產(chǎn)品的三維幾何模型的STL格式文件。HsCAE 3D可以自動將STL文件轉(zhuǎn)換為有限元網(wǎng)格模型，通過曲面匹配和引入新的邊界條件，保證相應(yīng)曲面的協(xié)調(diào)流動，實(shí)現(xiàn)基于三維實(shí)體模型的分析，并顯示三維分析結(jié)果，消除了中心層仿真技術(shù)中先抽象中心層再生成網(wǎng)格的復(fù)雜步驟，突破了仿真系統(tǒng)推廣應(yīng)用的瓶頸，大大減輕了用戶建模負(fù)擔(dān)，降低了對用戶的技術(shù)要求，并將用戶的培訓(xùn)時間從過去幾周縮短到幾個小時。圖1顯示了基于中心層模型和三維實(shí)體表面模型的流動分析和模擬的比較。
2.有限元、有限差分和體積控制方法的綜合應(yīng)用
塑料托盤是薄壁制品。產(chǎn)品在厚度方向之上的尺寸遠(yuǎn)小于其他兩個方向之上的尺寸，并且厚度方向之上的溫度等物理量變化非常大。如果采用簡單的有限元或有限差分法，分析時間會過長，無法滿足模具設(shè)計(jì)和制造的實(shí)際需要。我們在流動平面之上采用有限元法，在厚度方向之上采用有限差分法，分別建立和求解與流動平面和厚度方向尺寸相對應(yīng)的網(wǎng)格。在保證計(jì)算精度的前提之下，計(jì)算速度滿足工程需要，采用控制體積法求解成形中的移動邊界問題。對于具有不同上下對應(yīng)表面的產(chǎn)品，可將其劃分為體積的兩部分，并形成各自的控制方程。這兩個部分的協(xié)調(diào)可以通過連接處的插值和比較來保證
3。數(shù)值計(jì)算與人工智能技術(shù)的結(jié)合
注塑塑料托盤工藝參數(shù)的優(yōu)化一直是模具設(shè)計(jì)人員關(guān)注的問題。傳統(tǒng)的CAE軟件雖然可以在計(jì)算機(jī)之上模擬特定工藝條件之下的注塑成型過程，但不能自動優(yōu)化工藝參數(shù)。CAE軟件的用戶必須為多個CAE分析設(shè)置不同的工藝條件，并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對各種方案進(jìn)行比較，以獲得更滿意的工藝方案。同時，在對零件進(jìn)行CAE分析之后，系統(tǒng)將生成大量關(guān)于方案的信息&40；產(chǎn)品、工藝條件、分析結(jié)果等；，分析結(jié)果通常以各種數(shù)據(jù)字段的形式出現(xiàn)，這要求用戶具有分析和理解CAE分析結(jié)果的能力。因此，傳統(tǒng)的CAE軟件是一種被動的計(jì)算工具，不能為用戶提供直觀有效的工程結(jié)論。對軟件用戶的要求過高，影響了CAE系統(tǒng)在更大范圍之內(nèi)的應(yīng)用和推廣。針對上述不足，HsCAE 3D軟件在原有CAE系統(tǒng)精確計(jì)算功能的基礎(chǔ)之上，將知識工程技術(shù)引入到系統(tǒng)開發(fā)之中，利用人工智能的思維和推理能力，代替用戶完成對大量信息的分析和處理，并直接提供指導(dǎo)性的過程結(jié)論和建議，有效解決了CAE系統(tǒng)的復(fù)雜性與用戶需求的簡單性間的矛盾，縮短了CAE系統(tǒng)與用戶間的距離，將仿真軟件從傳統(tǒng)的“被動”計(jì)算工具提升到“主動”優(yōu)化系統(tǒng)。HsCAE 3D系統(tǒng)主要將人工智能技術(shù)應(yīng)用于初始工藝方案設(shè)計(jì)、CAE分析結(jié)果的解釋與評價(jià)、分析方案的改進(jìn)與優(yōu)化
3、知識仿真系統(tǒng)之中使用的主要優(yōu)化方法：
第一次模擬考試就是第一次模擬考試。4.圓筒圓筒系統(tǒng)一般采用產(chǎn)品和轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的三維流動和保壓綜合分析。產(chǎn)品為三角形單位。HSCAE 3D系統(tǒng)通過半解析方法解決了混合單元的集成問題。這樣，HSCAE 3D系統(tǒng)不僅可以分析單個模具的大型復(fù)雜產(chǎn)品，還可以分析小型多精度產(chǎn)品。該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍大大拓寬。目前，世界之上第一個先進(jìn)的HSCAE三維系統(tǒng)模擬考試軟件，可以分析多腔的流動平衡問題。
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