塑料托盘中注塑模具设计的要害技能

一、开展概略和使用布景

    塑料工业近20年来开展非常敏捷，早在7年前塑料的年产量按体积核算曾经超越钢铁和有色金属年产量的总和，塑料成品在汽车、机电、仪表、航天航空等国度支柱财产及与人民日常生涯相关的各个范畴中获得了普遍的使用。塑料成品成形的办法固然良多，但最首要的办法是注塑成形，世界塑料成形模具产量中约折半以上是注塑模具。

    跟着塑料成品复杂水平和精度要求的进步以及出产周期的缩短，首要依托经历的传统模具设计办法已不克不及顺应市场的要求，在大型复杂和小型精细打针模具方面我国还需求从国外进口模具。

    二、要害技能和适用功用

    1．用三维实体模子替代中间层模子

    传统的注塑成形仿真软件基于成品的中间层模子。用户起首要将薄壁塑料成品抽象成近似的平面和曲面，这些面被称为中间层。在这些中间层上生成二维平面三角网格，应用这些二维平面三角网格进行有限元核算，并将最终的剖析后果在中面上显示。而注塑产物模子多采用三维实体模子，因为两者模子的纷歧致，二次建模不成防止。但因为注塑产物的外形复杂多样、千变万化，从三维实体中抽象出中间层面是一件好不容易的任务，提取进程十分繁琐费时，因而设计人员对仿真软件有畏难心情，这已成为注塑成形仿真软件推行使用的瓶颈。

    HSCAE 3D首要是承受三维实体/外表模子的STL文件花样。目前主流的CAD/CAM系统，如UG、Pro/ENGINEER、CATIA和SolidWorks等，均可输出质量较高的STL花样文件。这就是说，用户可借助任何商品化的CAD/CAE系统生成所需成品的三维几何模子的STL花样文件，HSCAE 3D可以主动将该STL文件转化为有限元网格模子，经过外表配对和引入新的鸿沟前提包管对应外表的协调活动，完成基于三维实体模子的剖析，并显示三维剖析后果，免除了中间层模仿技能中先抽象出中间层，再生成网格这一复杂步调，打破了仿真系统推行使用的瓶颈，大大减轻了用户建模的担负，降低了对用户的技能要求，对用户的培训工夫也由曩昔的数周缩短为几小时。图1为基于中间层模子和基于三维实体/外表模子活动剖析模仿状况比照图。

    2．有限元、有限差分、节制体积办法的综合运用

    注塑成品都是薄壁成品，成品厚度偏向的尺寸远小于其他两个偏向的尺寸，温度等物理量在厚度偏向的转变又十分大，若采用纯真的有限元或有限差分办法势必形成剖析工夫过长，无法知足模具设计与制造的实践需求。我们在活动平面采用有限元法，厚度偏向采用有限差分法，辨别树立与活动平面和厚度偏向尺寸相顺应的网格并进行耦合求解，在包管核算精度的前提下使得核算速度知足工程的需求，并采用节制体积法处理了成形中的挪动鸿沟问题。关于表里对应外表存在差别的成品，可划分为两局部体积，并各自构成节制方程，经过在交代处进行插值比照包管这两局部的协调。

    3．数值核算与人工智能技能的连系

    优选注塑成形工艺参数不断是广阔模具设计人员存眷的问题，传统的CAE软件固然可以在核算机上仿真出指定工艺前提下的注塑成形状况，但无法主动对工艺参数进行优化。CAE软件运用人员必需设置分歧的工艺前提进行屡次CAE剖析，并连系实践经历在各方案之间进行比拟，才干得出较称心的工艺方案。还，在对零件进行CAE剖析后，系统会发生有关该方案的很多信息(成品、工艺前提、剖析后果等)，个中剖析后果往往以各类数据场的方式呈现，要求用户必需具有剖析和了解CAE剖析后果的才能，所以传统的CAE软件是一种被动式的核算东西，无法供应给用户直观、有用的工程化结论，对软件运用者的要求过高，影响了CAE系统在更大局限内的使用和普及。针对以上缺乏，HSCAE 3D软件在原有CAE系统精确的核算功用根底上，把常识工程技能引入系统的开拓中，应用人工智能所具有的思想和推理才能，替代用户完成很多信息的剖析和处置任务，直接供应具有指点意义的工艺结论和建议，有用处理了CAE系统的复杂性与用户运用要求的简略性之间的矛盾，缩短了CAE系统与用户之间的间隔，将仿真软件由传统的“被动式”核算东西提拔为“自动式”优化系统。HSCAE 3D系统首要将人工智能技能使用于初始工艺方案设计、CAE剖析后果的分析和评价、剖析方案的改良与优化3个方面。

    三、在基于常识的仿真系统中首要采用的优化办法：

    (1) 基于实例推理的优化。首要使用于具有离散取值空间的成形工艺初始设计。成品外形和浇注系统构造采用编码方法，而尺寸信息采用特征参数描绘。在对以往成功工艺设计的搜集和抽象的根底上，树立以框架方式描绘的实例库索引和检索机制。

    (2) 基于人工神经收集的优化。对工艺设计中如打针工夫、打针温度如许具有延续取值空间的参数，采用基于人工神经收集的办法来优化。应用优化目的函数并在必然的优化战略下，获得优化系统确认的最优参数。

    (3) 基于规矩推理的优化。首要用于对剖析后果的分析和评价。本系统所树立的专家系统规矩库是以注塑模范畴的专家常识为根底的，涵盖了有关短射、活动均衡、熔体降解、温差节制、保压工夫、答应剪切应力、剪切速度、锁模力等方面的常识，在对核算后果进行剖析和提炼的根底上，驱动专家系统进行推理，对成形方案进行剖析评价，并给出详细的优化改良建议。

    4．成品与流道系统的三维活动保压集成剖析

    流道系一致般采用圆柱体单位，而成品采用的是三角形单位，HSCAE 3D系统采用半解析法处理夹杂单位的集成求解问题，如许，HSCAE 3D系统不只能剖析一模一腔大型复杂的成品，并且可以剖析一模多腔小型精细成品，大大拓宽了系统的运用局限。当前HSCAE 3D系统是世界上进步前辈的可以剖析一模多腔活动均衡问题的三维仿真软件。

    5．塑料成品熔合纹猜测的高效算法

    熔合纹对成品的强度、外观等有主要影响，精确猜测熔合纹地位是仿真软件的难题。HSCAE 3D系统经过节点特征模子办法大大进步了熔合纹猜测的精确性和效率，其精确度到达国际同类产物的进步前辈程度。并应用神经收集办法对熔合纹的影响水平作出定性评价，为用户对成形质量的评价供应了直接的判别根据。
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