基于有限元分析的壓塑模具精密化設計及其制品的試驗研究.pdf

1、模壓成型(Compression Molding)作為聚合物高壓成型技術，有其無可替代的優(yōu)越性。模壓成型制品質(zhì)量輕、內(nèi)應力小、收縮率低、翹曲變形小、機械性能穩(wěn)定，尤其是力學性能好，特別適于成型高聚物機械制品，很多模壓制品是為了替代金屬制品而制備的，也正是因為這樣，模壓成型有著廣闊的應用前景。但傳統(tǒng)模壓成型存在制品精度低的缺點，甚至其模具型腔設計仍然沿用傳統(tǒng)的高成本、低效率的試模法，雖然計算機輔助技術已經(jīng)在注射、擠出等模具設計中得到廣泛的

2、應用，但是專注于壓塑模具的計算機輔助技術卻十分匱乏，這在一定程度上限制了模壓成型的發(fā)展。
　　本文研究了模壓成型中物料在型腔內(nèi)的受力狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)物料接近固態(tài)時軸向壓力與型腔深度呈冪指數(shù)函數(shù)遞減變化規(guī)律，此規(guī)律可以用于指導成型壓力的選擇。以有限元數(shù)值模擬技術作為輔助手段，采用單獨變量實驗法，對制品收縮率的影響因素、結(jié)構組成、權重規(guī)律和變化規(guī)律進行研究。研究發(fā)現(xiàn)對收縮率影響較大的因素是模壓成型過程中的成型壓力、成型溫度、保壓時間工藝條件

3、;制品的收縮率是由模具彈性變形、模具熱變形、制品彈性恢復、制品冷卻收縮和“殘余收縮”共同構成;其中，權重最大的是“殘余收縮”;模具彈性變形、制品彈性恢復和模具熱變形、制品冷卻收縮分別與成型壓力和成型溫度呈線性相關關系，成型壓力、成型溫度、保壓時間在一范圍內(nèi)，“殘余收縮”呈現(xiàn)出一定的穩(wěn)定性。以收縮率的研究結(jié)果為基礎，提出了基于Ansys Workbench有限元數(shù)值模擬技術的“型腔逆向尺寸設計方法”。該方法認為傳統(tǒng)的收縮率波動范圍大，以平

4、均收縮率計算模具型腔尺寸的方法不能夠滿足不同工藝條件、不同型腔結(jié)構的需要。該方法利用有限元數(shù)值模擬技術計算收縮率中會隨工藝條件和型腔結(jié)構變化的部分，然后與收縮率中不變的部分相結(jié)合，得出制品對應工藝條件、對應型腔結(jié)構時的收縮率，以此修正型腔尺寸。用“型腔逆向尺寸設計方法”設計出的模具進行試驗研究，發(fā)現(xiàn)用該方法設計的模具相對于傳統(tǒng)的模具設計方法，提高了制品精度。由此得出基于收縮率組成規(guī)律和變化規(guī)律的“型腔逆向尺寸設計方法”在模具設計方面具有