ProE模流分析教程 第一章 计算机辅助工程与塑料射出成形

发布日期:[10-12-17 18:10:19] 浏览人次:[]

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1-2  塑料射出成形

塑料制品依照其材料性质、用途和成品外观特征而开发了各种加工的方法,例如押出成形(extrusion)、共押出成形(co-extrusion)、射出成形(injection molding)、吹袋成形(blown film)、吹瓶成形(blow molding)、热压成形(thermoforming)、轮压成形(calendering molding)、发泡成形(Foam molding)、旋转成形(rotational molding)、气体辅助射出成形(gas-assisted injection molding)等等。

  塑料射出成形(injection molding)是将熔融塑料材料压挤进入模穴,制作出所设计形状之塑件的一个循环制程。射出成形制程根据所使用的塑料而有不同,热塑性塑料必须将射进模穴的高温塑料材料冷却以定形,热固性塑料则必须由化学反应固化定形。

射出成形是量产设计复杂、尺寸精良的塑件之最普遍和最多元化的加工方法。按照重量计算,大约32%的塑料采用射出成形加工。射出成形所生产的塑件通常只须少量的二次加工/组合、甚至不需要二次加工/组合。除了应用于热塑性塑料、热固性塑料以外,射出成形也可以应用于添加强化纤维、陶瓷材料、粉末金属的聚合物之成形。

  射出机自从1870年代初期问世以来,经历了多次重大的改良,主要的里程碑包括回转式螺杆(reciprocating screw)射出机的发明、各种替代加工制程的发明,以及塑件计算机辅助设计与制造的应用。尤其是回转式螺杆射出机的发明,更对于热塑性塑料射出成形的多样性及生产力造成革命性的冲击。

现今的射出机,除了控制系统与机器功能有显著改善以外,从柱塞式机构改变为回转式螺杆是射出成形机最主要的发展。柱塞式射出机本质上具有简单的特色,但是纯粹以热传导缓慢地加热塑料,使其普及率大大地受到限制。回转式射出机则借着螺杆旋转运动所造成的摩擦热可以迅速均匀地将塑料材料塑化,并且,也可以像柱塞式射出机一般向前推进螺杆,射出熔胶。图1-1是回转式螺杆射出机的示意图。

图1-1  回转式螺杆射出机

  射出成形制程最初仅仅应用于热塑性塑料,随着人类对于材料性质的了解、成形设备的改良、和工业上特殊需求等因素,使射出成形制程大大地扩张了应用范围。  在过去的二十几年,许多新开发的射出成形技术应用于具有特殊特征的设计与特别材料的塑件,使射出成形塑件的设计比传统上更具有结构特征的多样性和自由度。这些研发的替代制程包括:

Ÿ 共射成形(co-injection molding,又称为三明治成形)

Ÿ 核心熔化成形(fusible core injection molding)

Ÿ 气辅射出成形(gas-assisted injection molding)

Ÿ 射出压缩成形(injection-compression molding)

Ÿ 层状射出成形(lamellar, or microlayer, injection molding)

Ÿ 活动供料射出成形(live-feed injection molding)

Ÿ 低压射出成形(low-pressure injection molding)

Ÿ 推拉射出成形(push-pull injection molding)

Ÿ 反应性射出成形(reactive molding)

Ÿ 结构发泡射出成形(structure foam injection molding)

Ÿ 薄膜成形(thin-wall molding)

  因为射出成形的广泛应用及其具有前景的未来,制程的计算机仿真也从早期的均一配置、模穴充填的经验估算演进到可以进行后充填行为、反应动力学、和不同材料或不同相态之仿真的复杂程序。市场上的模流分析软件提供了改变塑件设计、模具设计、及制程条件最佳化等CAE功能。

1-3  模流分析及薄壳理论

塑料射出成形之模流分析系应用质量守恒、动量守恒、能量守恒方程式,配合高分子材料的流变理论和数值求

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