注塑成型模擬及模具優(yōu)化設(shè)計理論與方法

前言

　　以塑料、橡膠為代表的聚合物材料具有優(yōu)良的加工性能和使用性能，在汽車、家電、儀——器儀表等多個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并呈現(xiàn)出以塑代鋼、以塑代木的趨勢。注射成型是塑料制品的主要加工方法之一，在塑料制品生產(chǎn)中占有非常重要的地位。注塑模具是利用裝配形成的空腔成型具有一定形狀和尺寸塑料制品的裝置，其設(shè)計與制造水平直接關(guān)系到塑料制品的質(zhì)量。長期以來，塑料注射成型工藝及模具設(shè)計大多依賴有限的經(jīng)驗和簡單的公式，設(shè)計是否合理只能通過試模驗證，致使塑料產(chǎn)品制造周期長、成本高、質(zhì)量難以保證?！　∽⑺艹尚蛿?shù)值模擬技術(shù)為改變這種狀況提供了新的手段。該技術(shù)通過建立塑料成型過程的物理模型和數(shù)學(xué)模型，構(gòu)造有效的數(shù)值計算方法，利用計算機對設(shè)計方案進行分析和模擬，研究加工條件的變化規(guī)律，預(yù)測制品的結(jié)構(gòu)和性能，使設(shè)計人員在實際加工前就發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，及時修改成型工藝和模具設(shè)計方案，避免設(shè)計中的盲目性，為優(yōu)化制品及模具設(shè)計、控制產(chǎn)品成型過程以獲得理想的最終產(chǎn)品提供科學(xué)依據(jù)，使成型加工從一項實用技術(shù)變?yōu)镹應(yīng)用科學(xué)。注塑成型數(shù)值模擬技術(shù)的運用是塑料成型加工及模具設(shè)計發(fā)展過程中的一個重要里程碑?！　?yōu)化設(shè)計是以數(shù)學(xué)規(guī)劃理論為基礎(chǔ)，以計算機為輔助工具的一種設(shè)計方法。注塑成型優(yōu)化設(shè)計基于最優(yōu)化理論，通過建立反映設(shè)計者主要設(shè)計要求的優(yōu)化模型，并構(gòu)建有效算法對模型進行求解，可以得到優(yōu)化的模具結(jié)構(gòu)及成型工藝參數(shù)，顯著提高設(shè)計質(zhì)量及效率。近年來，將注塑成型數(shù)值模擬技術(shù)與優(yōu)化設(shè)計理論有機結(jié)合起來，優(yōu)化和控制成型過程和制品質(zhì)量的注塑成型優(yōu)化設(shè)計研究受到了普遍重視。　　本書較為系統(tǒng)地介紹了塑料注射成型數(shù)值模擬及模具優(yōu)化設(shè)計的理論與方法，重點介紹了基于中面模型、表面模型和實體模型的注塑流動數(shù)值模擬方法、注射模冷卻模擬方法、注塑件內(nèi)應(yīng)力及翹曲變形模擬方法，相關(guān)的幾何模型構(gòu)建、網(wǎng)格剖分和數(shù)值模擬結(jié)果的可視化方法；并從模具澆注系統(tǒng)優(yōu)化、塑件厚度優(yōu)化以及成型工藝優(yōu)化幾個方面介紹了注塑成型優(yōu)化設(shè)計方法。　　本書可作為研究生教材，也可作為從事高分子材料加工及模具設(shè)計的科研人員及工程技術(shù)人員的參考書。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹了塑料注射成型數(shù)值模擬及模具優(yōu)化設(shè)計的理論與方法。全書共16章：第1章為緒言；第2～8章介紹注塑成型數(shù)值模擬方法，重點介紹基于中面模型、表面模型和實體模型的注塑流動數(shù)值模擬以及熔體充填模式的快速預(yù)測、注塑模冷卻過程數(shù)值模擬、注塑件內(nèi)應(yīng)力及翹曲變形模擬以及氣體輔助注射成型數(shù)值模擬；第9～12章分別從模具澆注系統(tǒng)優(yōu)化、塑件厚度優(yōu)化以及成型工藝優(yōu)化幾個方面介紹注塑成型優(yōu)化設(shè)計方法；第13章介紹注塑制品質(zhì)量閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計方法；第14～16章介紹注塑成型模擬用有限元網(wǎng)格的剖分、中面模型的生成以及數(shù)值模擬結(jié)果的可視化方法。    本書可供高等院校材料科學(xué)與工程學(xué)科的研究生以及從事高分子材料加工和模具設(shè)計的科研人員和工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

前言第1章　緒言  1.1　注塑成型    1.1.1  注塑成型要素    1.1.2　注塑制品常見缺陷    1.1.3　注塑成型設(shè)計準(zhǔn)則  1.2　注塑成型數(shù)值模擬    1.2.1　流動模擬    1.2.2　冷卻模擬    1.2.3  內(nèi)應(yīng)力分析及制品翹曲模擬    1.3　注塑成型工藝及模具優(yōu)化設(shè)計    1.3.1　優(yōu)化設(shè)計方法    1.3.2　注塑成型工藝及模具優(yōu)化設(shè)計  1.4　注塑成型質(zhì)量控制  1.5　注塑成型數(shù)值模擬軟件第2章　基于中面模型的注塑流動模擬  2.1　注塑充填／后充填過程數(shù)學(xué)模型的建立    2.1.1　黏性流體力學(xué)的基本方程    2.1.2　薄壁型腔內(nèi)熔體流動的控制方程    2.1.3　圓管內(nèi)熔體流動的控制方程    2.1.4　聚合物材料模型  2.2　注塑充填／后充填過程模擬的數(shù)值實現(xiàn)    2.2.1　幾何模型離散    2.2.2　溫度場的求解    2.2.3　壓力場的求解    2.2.4　熔體流動前沿的跟蹤及時間步長的確定    2.2.5　數(shù)值求解步驟    2.2.6　模擬中的幾個問題    2.2.7　算法穩(wěn)定性分析  2.3　算例第3章　基于表面模型的注塑流動模擬  3.1　表面流技術(shù)原理  3.2　網(wǎng)格預(yù)處理    3.3　控制方程及數(shù)值算法    3.3.1　控制方程    3.3.2　數(shù)值算法  3.4　算例第4章　基于實體模型的注塑三維流動模擬  4.1　數(shù)學(xué)模型  4.2　變分方程  4.3　數(shù)值求解    4.3.1  不考慮慣性效應(yīng)的三維注塑充填模擬問題    4.3.2　考慮慣性效應(yīng)的三維注塑充填模擬問題    4.3.3  算例  4.4　區(qū)域分解算法的應(yīng)用    4.4.1　不重疊型區(qū)域分解算法    4.4.2　Stokes問題的區(qū)域分解及界面條件    4.4.3  注塑成型流動模擬的不重疊型區(qū)域分解算法第5章　注塑充填模式的快速預(yù)測  5.1　前沿熔體流動長度與型腔厚度關(guān)系的建立    5.1.1　型腔內(nèi)前沿熔體流動長度與型腔厚度關(guān)系    5.1.2　澆注系統(tǒng)內(nèi)前沿熔體流動長度與流道半徑關(guān)系    5.1.3　等效流動長度  5.2　近似最短路徑算法    5.2.1　近似最短路徑求解的基本思路    5.2.2　單源最短路徑算法    5.2.3　帶權(quán)圖上近似最短路徑算法  5.3　熔體前沿快速預(yù)測算法  5.4　熔接線和氣穴的自動識別  5.5　算例第6章　注塑模冷卻過程數(shù)值模擬  6.1　注塑模溫度場分析    6.1.1　模具與塑件之間的熱傳導(dǎo)    6.1.2　模具與冷卻系統(tǒng)之間的對流換熱    6.1.3　模具與周圍環(huán)境之間的熱交換  6.2　邊界積分方程    6.2.1　熱平衡方程及其簡化    6.2.2　域內(nèi)溫度場邊界積分方程　　6.2.3　邊界積分方程的形成    6.2.4　邊界積分方程的修正　　……第7章　注塑制品內(nèi)應(yīng)力及翹曲變形模擬第8章　氣體輔助注射成型數(shù)值模擬第9章　注塑模澆口位置優(yōu)化設(shè)計第10章　注塑模流道尺寸優(yōu)化設(shè)計第11章　注塑制品壁厚優(yōu)化設(shè)計第12章　注塑成型工藝優(yōu)化第13章　注塑制品質(zhì)量閉環(huán)控制第14章　注塑成型模擬中的有限元網(wǎng)格剖分第15章　注塑成型模擬用中面模型的生成第16章　注塑厲型數(shù)值模擬結(jié)果的可視化參考文獻

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