拟瞬态温度场在注塑成型CAE中的应用

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模具温度是影响熔体充模流动性、冷却速度和塑件成型质量的最直接因素,同时也是影响材料的分子取向、熔接痕、成型后残余应力、收缩率与翘曲变形的关键工艺参数之一;而在注塑成型模拟过程中,塑料熔体的充填流动与凝固过程受型腔表面温度变化的影响,因此型腔表面温度的计算方法将会对数值模拟结果的准确度产生一定的影响。目前通常是算出型腔表面的平均温度,直接利用这个平均温度来作为边界条件进行保压与充填分析。但是当以型腔表面平均温度作为边界条件时,将会对传热分析产生一定的误差,这个误差可能对精密注塑件或薄壁制件的数值模拟分析产生影响。主要是由于使用平均温度边界进行数值模拟分析会使起初算出的制品熔体温度比型腔表面瞬态温度场边界下的熔体温度低,这样使制品以型腔表面平均温度场作为边界条件下的冷凝时间比以型腔表面瞬态温度场作为边界条件下的冷凝时间短。尤其对于薄壁的制件将会使注塑成型模拟分析中的流动阻力增大,这样使制品以型腔表面平均温度场作为边界条件下的注塑压力比以型腔表面瞬态温度场作为边界条件下的注塑压力高;在注塑成型将要完成时,制品以型腔表面平均温度场作为边界条件下的熔体温度比以型腔表面瞬态温度场作为边界条件下的熔体温度偏高,这样对注塑成型保压过程的模拟会有一定的误差。由于模具冷却分析计算会花费相当长的时间,型腔表面的瞬时温度场很难被给出;因此本文在前人工作的基础上,通过模具型腔表面的平均温度场来人为构造型腔表面的瞬态温度场,同时使用VC++语言编写了以模拟型腔表面瞬态温度场作为边界条件的流动分析计算程序,然后并将其导入到Z-MOLD软件中来分析型腔表面温度对注塑成型流动分析的数值模拟的影响。主要内容如下:(1)详细分析模腔表面温度的变化以及对制品成型的影响,阐述传统注塑成型数值模拟对模具温度的处理,对一维无热源热传导方程利用有限元一有限差分混合法进行了推导并构建了一维计算模型来分析模具温度对熔体温度的影响。(2)深入分析注塑成型工艺参数对型腔表面瞬态温度场的影响,然后根据型腔表面平均温度来构造型腔表面的瞬态温度场,分析构造的型腔表面瞬态温度场的合理性,最后将型腔表面拟瞬态温度边界引入到Z-Mold软件中。(3)利用Z-MOLD软件分别以型腔表面平均温度场和模拟的型腔表面温度场作为边界条件来进行注塑成型数值模拟的流动分析,并对数值模拟的分析结果讲行比较。
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