CN108153923A - 一种热塑性复合材料水容器制件密封性的有限元模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种热塑性复合材料水容器制件密封性的有限元模拟方法，属于高分子材料注塑成型领域，该方法通过直接利用高分子材料成型加工软件Moldflow模拟结果来评估水容器类制品在后期使用过程中的密封性，通过对模拟结果的处理，得出高分子材料水容器密封性平面的平面度是否达到设计要求，给工程人员在设计阶段提出合理的指导性意见。该方法突破了高分子材料成型加工模拟方法的应用领域，将Moldflow应用于产品后期使用中的密封性要求评估中；极大的提高了工作效率，直接利用材料成型的模拟结果来评估产品的后期使用状态，缩短了产品开发周期，降低了开发成本。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料注塑成型的有限元模拟方法领域，具体涉及一种基于Moldflow的以塑代钢热塑性复合材料水容器制件的密封性有限元模拟方法。
背景技术
高分子材料成型的有限元模拟方法以Autodesk公司的Moldflow为代表，其有极大份额的市场占有率，能有效协助工程人员进行验证和优化塑料零件结构设计、注塑模具设计和注塑成型工艺，从而提前预知一些实际生产中可能存在的问题、并提早解决，最终提高实际生产效率、节约生产成本。
Moldflow目前多应用于高分子材料成型加工领域，多是用来评估产品模具设计是否合理、浇口类型和位置是否合适、冷却系统布局是否完善，加工工艺参数是否匹配，以及材料在成型加工过程中流动是否平衡、熔接痕是否严重、翘曲变形是否在设计要求范围内等问题。
对于大容积的水容器制件，早期工程人员出于安全角度多采用金属材料，长久使用下来工程人员发现一些问题，例如金属易受腐蚀，制品重量大、不易运输装配，金属材料制造过程中消耗能源较大、污染排放严重。为响应全球节能减排趋势，以塑代钢利用可回收再利用的高分子材料是较为理想的新方向。
高分子材料作为水容器承载液体后能否承载水压、成型后是否能够密封都是制约其应用的问题。Moldflow作为优秀的成型模拟软件多应用高分子材料成型阶段，但是对产品的后期应用还涉及不多。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种热塑性复合材料水容器制件密封性的有限元模拟方法，给工程人员在设计阶段提出合理的指导性意见，达到缩短开发周期、降低开发成本、提升产品竞争力的目的。
为了实现上述目的，本发明采用的一种热塑性复合材料水容器制件密封性的有限元模拟方法，通过Moldflow来评估热塑性复合材料制品注塑成型后翘曲变形对密封性的影响，该方法具体包括以下步骤：
(1)将热塑性复合材料水容器制件数模以Dual Domain Mesh网格类型导入Moldflow中，并对其进行有限元网格划分；
(2)对已划分好的有限元网格进行网格质量优化，使其达到Moldflow分析的质量标准；
(3)对已经优化好的热塑性复合材料水容器制件有限元网格设定热塑性材料牌号、浇口位置和类型、冷却系统；
(4)选定Cool+Fill+Pack+Warp分析任务，Warp分析任务中选用分离翘曲原因任务；
(5)有限元选用ARD-RSC模型参数，精度采用完全积分10节点四面体单元；
(6)选定并型多线程分析模式，提交分析。
作为改进，待分析任务结束后，对结果进行翘曲分析，步骤如下：
(1)以设计图纸要求的基点为基准点，分别测量水容器制件在X、Y和Z方向的变形量DT(x,y,z)；
(2)进行尺寸核查，使用公式
DP(x,y,z)＝DM(x,y,z)-DT(x,y,z)
公式中DP(x,y,z)为产品尺寸，DM(x,y,z)为设计模具尺寸，DT(x,y,z)为Moldflow注塑成型模拟后分别在X、Y和Z方向的变形量。
作为另一改进，待分析任务结束后，对需要进行密封的平面进行平面度核查，步骤如下：
(1)以需要进行密封的平面一个角为基准点，测量其在垂直于密封面方向的变形量DS；
(2)将DS跟设计要求的平面度对比，判断是否在平面度翘曲变形设计要求范围。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.突破了高分子材料成型加工模拟方法的应用领域，将Moldflow应用于产品后期使用中的密封性要求评估中。
2.极大的提高了工作效率，直接利用材料成型的模拟结果来评估产品的后期使用状态，缩短了产品开发周期，降低了开发成本。
3.通过Moldflow的成型加工模拟结果，更加准确的把材料成型后材料状态用于评估制件的密封性，从而给工程设计人员提供更加准确的指导性意见。
附图说明
图1为本发明实施例中尺寸检测示意图；
图2为本发明实施例中密封面X方向平面度检测结果；
图3为本发明实施例密封面Y方向平面度检测结果。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
(1)将如图1所示整体壁厚3.5mm，外形尺寸DM(x,y,z)为880mm×698mm×503.5mm的六面体水容器零件的四分之一对称结构数模以Dual Domain Mesh网格类型导入Moldflow中，设定全局边长为10，对其进行有限元网格划分；
(2)对划分好的有限元网格进行网格质量优化，使其纵横比小于6，没有自由边，网格匹配率为95％，达到Moldflow软件分析的质量标准要求。
(3)将优化好的四分之一对称结构的对称面处网格删除，通过Moldflow中的镜像功能将四分之一对称结构网格以Y方向中轴线的对称面为镜像面，以对称面上的节点为参考点全部拷贝生成另一半的四分之一对称结构网格；再通过镜像功能将二分之一对称结构网格以X方向中轴线的对称面为镜像面，以对称面上的节点为参考点全部拷贝生成另一半的二分之一对称结构网格；然后通过Moldflow中的节点合并功能将对称面处自由边节点进行合并；
(4)对其整个对称结构的网格进行检查，对称处厚度一致，对称处网格分布一致，对称处网格质量一致；
(5)对网格已经处理好的水容器有限元模型设定Basell公司的Hostacom G3 R11牌号、材料定义为聚丙烯+30％玻纤，采用热流道，12个阀针式浇口，浇口直径6mm，浇口位置设在模型底部背面、均匀分布；
(6)选定Cool+Fill+Pack+Warp分析任务，Warp分析任务中选用分离翘曲原因任务，有限元选用ARD-RSC模型参数，精度采用完全积分10节点四面体单元，以并型多线程分析模式提交分析。
(7)分析结果，
a，以设计图纸要求的零件密封面一个顶角为基准点，分别测量零件在X、Y和Z方向的变形量DT(x,y,z)(如表1)。
表1零件注塑成型后变形量
b，进行尺寸核查，使用公式：
DP(x,y,z)＝DM(x,y,z)-DT(x,y,z)
公式中DP(x,y,z)为产品尺寸，DM(x,y,z)为设计模具尺寸，DT(x,y,z)为Moldflow注塑成型模拟后分别在X、Y和Z方向的变形量(如表2)。
表2零件注塑成型后密封面平面度
| DP(x,y,z) | DM(x,y,z)-DT(x,y,z) | 设计公差要求 | 判定 | |
| X方向 | 870mm | 871.82mm | 2mm | 合格 |
| Y方向 | 690mm | 691.29mm | 1.5mm | 合格 |
| Z方向 | 500mm | 500.98mm | 1.0mm | 合格 |
c，以设计图纸要求的零件密封面一个顶角为基准点，测量其在垂直于密封面方向的变形量DS(如图2、图3)。
从图2、图3曲线观察到密封面在1.5～2.5mm之间波动，设计要求的平面度是小于3mm，符合设计要求，可以较好的进行密封。
通过以上实施例充分说明本发明应用Moldflow对以塑代钢热塑性复合材料水容器制件的注塑成型有限元分析，可对产品后期使用过程中密封性要求进行有效评估，这样极大的提高了工程效率，缩短了产品开发周期，而且给工程设计人员提供更加准确的指导性意见。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种热塑性复合材料水容器制件密封性的有限元模拟方法，通过Moldflow来评估热塑性复合材料制品注塑成型后翘曲变形对密封性的影响，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(1)将热塑性复合材料水容器制件数模以Dual Domain Mesh网格类型导入Moldflow中，并对其进行有限元网格划分；
(2)对已划分好的有限元网格进行网格质量优化，使其达到Moldflow分析的质量标准；
(3)对已经优化好的热塑性复合材料水容器制件有限元网格设定热塑性材料牌号、浇口位置和类型、冷却系统；
(4)选定Cool+Fill+Pack+Warp分析任务，Warp分析任务中选用分离翘曲原因任务；
(5)有限元选用ARD-RSC模型参数，精度采用完全积分10节点四面体单元；
(6)选定并型多线程分析模式，提交分析。
2.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料水容器制件密封性的有限元模拟方法，其特征在于，待分析任务结束后，对结果进行翘曲分析，步骤如下：
(1)以设计图纸要求的基点为基准点，分别测量水容器制件在X、Y和Z方向的变形量DT(x,y,z)；
(2)进行尺寸核查，使用公式
DP(x,y,z)＝DM(x,y,z)-DT(x,y,z)
公式中DP(x,y,z)为产品尺寸，DM(x,y,z)为设计模具尺寸，DT(x,y,z)为Moldflow注塑成型模拟后分别在X、Y和Z方向的变形量。
3.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料水容器制件密封性的有限元模拟方法，其特征在于，待分析任务结束后，对需要进行密封的平面进行平面度核查，步骤如下：
(1)以需要进行密封的平面一个角为基准点，测量其在垂直于密封面方向的变形量DS；
(2)将DS跟设计要求的平面度对比，判断是否在平面度翘曲变形设计要求范围。
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| 刘取平: "基于高斯过程的注塑制品翘曲变形模拟分析及其优化方法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技Ⅰ辑》 * |
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