塑料注射成形过程仿真软件的开发和应用

智能型3维注射成形过程仿真系统HSCAE　3D解决了用3维实体／表面模型取代中性层模型的关键性技术难题，通过数值计算与人工智能技术的结合，使仿真软件由传统的被动式计算工具提升为主动式优化系统。实验和实践证明，HSCAE　3D为注塑制品与模具的虚拟制造奠定了坚实的理论和技术基础，构成了注塑制品成形质量全面控制的核心技术，已在模具行业中得到了很好的应用。     

注塑成形制品收缩过程的数值模拟

根据注塑成形生产过程的特点,将模具型腔划分为由浇注系统起始的若干条流动路径,建立注塑制品收缩的理论模型,在此基础上由模具成形结构预测注塑制品收缩率分布趋势,并结合塑料供应商提供的收缩率数据,确定注塑制品各点收缩率。     

10年磨一剑 赶超国际先进水平——访华中科技大学模具技术国家重点实验室 李德群教授

采用计算机模拟塑料熔体成形过程具有很大的难度,虽然国际上各国的研究机构很多,但最终形成了有影响的商品化系统的只有澳大利亚的MF软件和美国的C-MOLD软件。国内的商品化软件以华中科技大学模具技术国家重点实验室开发的注塑成形流动分析系统(HSCAE)为代表。该软件经历了独立运行的CAE软件、二维模具设计软件与模拟软件的集成、三维模具设计制造软件与模拟软件的集成三个阶段,在国内注塑成形CAE技术的发展中具有领先地位。 5月,在“中国国际模具技术论坛”上,作为该系统的主持者,有着一派学者风度的李教授欣然接受了本刊记者的专访。     

注塑成形制品的结构设计

注塑成形用树脂材料无论是物理性质还是化学性质都与金属材料不同,塑料制品的注塑成形方法也与金属切削加工不同,受到材料、模具及成形条件等很多因素影响。因此,注塑成形制品的设计也是不同的。注塑成形制品的设计主要应从树脂特性和模具加工两方面考虑。本文根据自己的工作实践,并结合有关资料从树脂特性方面论述保证注塑制品的精度、强发及使用性能等的设计方法。     

[成形过程仿真优化与集成计算材料工程]限定加热管布局的快速热循环注塑成形模具电加热系统优化

针对管道布局、最大允许能耗给定条件下快速热循环注塑成形（RHCM）注塑模具型腔表面快速均匀加热的问题,提出以单根加热棒热流密度为设计变量,以模具型腔表面升温效率和温度分布均匀性为目标,结合有限元模拟、响应面设计以及多目标粒子群优化技术来优化RHCM模具电加热系统。与优化前相比,加热系统优化后,模具型腔表面最大温差降低63.4%,加热系统总能耗降低9%。对比了不同注塑成形工艺条件下成形的平板塑件表面质量,结果表明,相对传统注塑成形（CIM）工艺,RHCM工艺将制品表面粗糙度Ra从320 nm降低到118 nm,并有效抑制了制品表面熔接痕、缩痕等缺陷;发现制品表面粗糙度与型腔表面对应点温度成负相关,说明优化后的型腔表面温度分布更有利于提升制品表面质量。     

注塑制品残余应力数值模拟的研究

通过预测和优化注塑成形中的残余应力，可以提高注塑制品最终形状的尺寸稳定性和力学性能。采用线性粘弹性模型，计算了无定形热塑性材料在成形过程中由温度和压力引起的残余应力。该模型可以较好地反映成形过程中的应力松弛现象和保压压力对残余应力的影响。通过采用在时间上进行差分和在厚度方向进行分层处理的方法，结合注塑成形中的特定边界条件，建立了残余应力的数值计算方法，并采用该方法模拟计算了典型注塑件的残余应力。结果表明：在脱模时刻，制品的表层有着较大的拉应力，袁层以下存在着一个应力低谷，在制品中间区域存在着抛物线形的应力分布。     

超薄塑件注塑成形特性的试验研究与数值模拟

薄壁注塑成形技术具有节约材料、降低成本、减少制品重量和外形尺寸等优点,可促进移动电话等电子产品的迅速发展,特别是超薄塑件的注塑成形技术在微机电领域具有巨大的应用潜力。但随着制品厚度的减小也使注射成形难度加大,填充过程更为复杂,成形特性有待探索。设计制造出可成形超薄塑件的模具,利用正交试验方法(田口方法)进行充模试验和数值模拟技术研究各工艺参数(注射速度、注射压力、熔体温度、注射量和制品厚度等)对超薄塑件注塑成形充模过程的影响。研究结果表明,制品厚度对超薄塑件的填充起决定性作用;注射量及注射速度对超薄塑件注塑成形的填充起主导作用,提高注射速度能大幅度地提高填充率;熔体温度和注射压力相对于注射量和注射速度只起次要作用,但在填充过程中,高的熔体温度和注射压力也是必要的。     

精密注塑制品残余应力的试验研究及其计算

注塑残余应力对精密注塑制品的力学性能和光学性能等有重要影响,是精密注塑制品质量控制的关键指标之一。为研究注塑成形过程中残余应力的发展,以丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物(Acrylonitrile butadiene styrene,ABS)塑料为研究对象,对其模内蠕变行为进行试验研究。将热弹性模型计算的收缩应变与试验测量的收缩应变之间的差值定义为制件的模内蠕变,得到注塑工艺条件对模内蠕变的影响规律。在此基础上构建计算精密注塑制品残余应力的蠕变模型。模型中的材料弹性模量可由Tait方程计算得到,粘壶系数采用反演方法计算得到。利用该模型结合薄壳有限元法对ABS平板注塑件残余应力进行计算,对计算结果进行试验验证,并与普通的松弛模型计算进行比较。计算结果表明,该模型的计算精度高于普通的松弛模型,是解决精密注塑制品残余应力预测问题的新的有效方法。     

注塑成形CAE系统分析模型研究

目前共有4种分析模型应用于注塑成形CAE系统:1维分析模型;2·5维中面分析模型;2·5维双面网格分析模型;3维实体分析模型。详细讨论了2·5维中面分析模型,2·5维双面网格分析模型和3维实体分析模型3种分析模型的优缺点,并通过理论分析和实例模拟结果的比较,研究了不同分析模型对注塑分析结果的影响,提出了在使用CAE系统中选择分析模型的规则。     

微机在注塑材料选择方面的应用

注塑成形用树脂材料的选择对注塑制品的功能、质量、精度、模具的加工制作及注塑成形的生产效率都有极大的影响。随着石油化学工业的发展,树脂材料的种类越来越多,每一种材料的特性项目又有很多,因而仅凭经验进行人工选择材料越来越难以适应要求。目前,在国外,计算机辅助材料选择系统已有应用报导,但大多是利用大型计算机进行的商业性程序设计和数据库。在国内,     

复合材料构件MBD模型规范化检查系统研究及应用

随着MBD技术在航空复合材料构件设计当中的应用,三维模型成为产品几何与非几何信息的唯一载体,是生产制造过程中的主要依据。由于复合材料构件结构多样性以及设计表达的复杂性,仅靠设计人员经验不能保证三维模型的质量,需要建立全面的建模规范以及面向设计/制造的检查系统来实时指导和规范复合材料构件全三维建模。为了实现对复合材料构件MBD模型的质量控制,研究了基于检查模板的构件模型规范性检查技术,对复合材料构件建模过程进行了规范性分析,并设计了构件MBD模型规范化检查系统,保障了三维模型定义的规范性、完整性和工艺性。基于B/S和C/S混合模式进行了系统开发,将其应用到某航空制造企业复合材料构件建模过程,并以某复合材料构件三维模型的检查为例验证了系统的可行性。     

3D Com在汽车制造业中应用的探讨

对ENOVIA 3D Com系统工作机理进行了分析。阐述了在3D Com系统上利用零部件CAD模型指导汽车制造业品质管理的一般方法和步骤,并对该系统数据安全出现的常见问题提出了解雇方法。     

复杂形面零件快速逆向建模及成型技术

针对高效率的复杂形面零件的仿制和创新设计制造要求,利用三维光学扫描仪获得复杂形面零件的数据点,提出采用多种软件组成建模、设计及加工一体化系统来对零件数据进行处理,缩短产品研制开发周期,最终实现零件的快速制造.着重研究了软件系统间的数据耦合和实施过程,验证了整个快速原型系统的可行性.     

微光成型法实体模型固化过程的仿真

微光成型法在微小机械结构制造中的应用,能有效地提高设计的成功率。根据三维实体模型离散后的平面实体的特征,分别生成轮廓扫描和内部充填的行栅式扫描所需的CNC指令代码,再根据这些代码和微光成型法的基本成型原理,利用图形接口软件OpenGL和编程软件VC,实现了平面实体固化成形和立体层叠固化成型过程的仿真。从而可以检验数据处理和成型工艺参数设置的正确性,避免成型加工时可能出现的错误。该方法已在微光成型系统中得到了应用。     

轴系专用CAD系统的研究与开发

研发实用的基于通用CAD平台的零部件CAD系统是深化CAD应用、进一步提高企业设计效率的有效途径.以常用传动轴系为范例,深入研究了轴系专用CAD的系统建模技术、系统模型的维护算法以及基于知识的计算机辅助设计技术.     

轴承装配动画演示系统的开发

装配是轴承产品制造过程的重要环节,为了更好地讲解和展示轴承的装配过程,提出了一种使用动画对轴承装配过程进行演示的方法,介绍了轴承装配动画的设计方过程,并基于SolidWorks环境开发了一款用于轴承装配过程的动画演示系统。将轴承的3D装配过程录制成动画,实现了制造系统自动化教学、培训的可视化。     

教学型智能制造生产线的设计

以智能制造主要技术元素为切入点,设计了教学型智能制造生产线。介绍了企业资源计划系统、制造执行系统、立体仓储单元、工业机器人、数控加工设备、激光打标设备、视觉检测设备、自动装配设备、物料传输设备等教学型智能制造生产线的组成结构,分析了工作流程。这一教学型智能制造生产线具有良好的柔性,可以根据客户需求增减工作单元、调整零件类型、定制商标等,具有较高的实用价值。     

三维零件特征的工程图表示技术研究

针对目前某些实体造型系统在生成零件视图方面的若干不足，从特征映射的角度，对三维零件特征的二维工程图生成进行了理论探讨及研究，提出了建立二维模式库的构想，并引入一种新的概念：面向工程图的特征映射。     

装备制造业三维作业指导应用研究

分析了装配工艺指导现存的问题,介绍了三一集团三维装配工艺指导的具体实施方案。通过三维产品装配资源建模、交互式装配工艺规划、三维装配工艺文件生成与远程发布等应用,实现产品三维设计数模向工艺、制造环节的传递,强化信息化手段对装配操作信息的有效管理。