塑料托盤注塑模具設計的關(guān)鍵技術(shù)
2021/12/4 14:07:31??????點擊：
1、 發(fā)展概況及應用背景
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。塑料托盤廣泛應用于汽車、機電、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)驗為主的模具設計方法已不能滿足市場的要求。在大型復雜和小型精密注塑模具方面，中國還需要從國外進口模具
2、關(guān)鍵技術(shù)和實用功能
1。將中心層模型替換為三維實體模型
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)格進行有限元計算，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雜多樣，很難從三維實體之中提取中心層，提取過程非常繁瑣和耗時。因此，設計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廣泛應用的瓶頸，HsCAE-3D主要接受三維實體曲面模型的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，保證相應曲面的協(xié)調(diào)流動，實現(xiàn)基于三維實體模型的分析，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)格的復雜步驟，突破了仿真系統(tǒng)推廣應用的瓶頸，大大減輕了用戶建模負擔，降低了對用戶的技術(shù)要求，并將用戶的培訓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用
塑料托盤是薄壁制品。產(chǎn)品在厚度方向之上的尺寸遠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，無法滿足模具設計和制造的實際需要。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的網(wǎng)格。在保證計算精度的前提之下，計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)化一直是模具設計人員關(guān)注的問題。傳統(tǒng)的CAE軟件雖然可以在計算機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分析設置不同的工藝條件，并結(jié)合實際經(jīng)驗對各種方案進行比較，以獲得更滿意的工藝方案。同時，在對零件進行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)的應用和推廣。針對上述不足，HsCAE 3D軟件在原有CAE系統(tǒng)精確計算功能的基礎(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，并直接提供指導性的過程結(jié)論和建議，有效解決了CAE系統(tǒng)的復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)應用于初始工藝方案設計、CAE分析結(jié)果的解釋與評價、分析方案的改進與優(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。塑料托盤廣泛應用于汽車、機電、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)驗為主的模具設計方法已不能滿足市場的要求。在大型復雜和小型精密注塑模具方面，中國還需要從國外進口模具
2、關(guān)鍵技術(shù)和實用功能
1。將中心層模型替換為三維實體模型
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)格進行有限元計算，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雜多樣，很難從三維實體之中提取中心層，提取過程非常繁瑣和耗時。因此，設計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廣泛應用的瓶頸，HsCAE-3D主要接受三維實體曲面模型的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，保證相應曲面的協(xié)調(diào)流動，實現(xiàn)基于三維實體模型的分析，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)格的復雜步驟，突破了仿真系統(tǒng)推廣應用的瓶頸，大大減輕了用戶建模負擔，降低了對用戶的技術(shù)要求，并將用戶的培訓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用
塑料托盤是薄壁制品。產(chǎn)品在厚度方向之上的尺寸遠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，無法滿足模具設計和制造的實際需要。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的網(wǎng)格。在保證計算精度的前提之下，計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)化一直是模具設計人員關(guān)注的問題。傳統(tǒng)的CAE軟件雖然可以在計算機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分析設置不同的工藝條件，并結(jié)合實際經(jīng)驗對各種方案進行比較，以獲得更滿意的工藝方案。同時，在對零件進行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)的應用和推廣。針對上述不足，HsCAE 3D軟件在原有CAE系統(tǒng)精確計算功能的基礎(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，并直接提供指導性的過程結(jié)論和建議，有效解決了CAE系統(tǒng)的復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)應用于初始工藝方案設計、CAE分析結(jié)果的解釋與評價、分析方案的改進與優(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雜產(chǎn)品，還可以分析小型多精度產(chǎn)品。該系統(tǒng)的應用范圍大大拓寬。目前，世界之上第一個先進的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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