本发明专利技术属于模具设计技术领域，特别涉及到一种基于热力耦合的定型模型腔设计方法。其特征是利用有限元软件对定型模内塑料异型材冷却过程进行热力耦合分析，获得型材的等效应变场，采用主壁对称和功能块旋转的映射方法，即以主壁变形后的最高点为坐标原点建立直角坐标系，主壁变形曲线和型腔设计曲线关于Ｘ轴对称，功能块以原点为中心旋转，直接将型材热变形结果映射成定型模型腔反变形设计轮廓。本发明专利技术的效果和益处是避免了传统经验设计法的缺点，具有设计周期短、精度高、效率高的特点，较大缩短了挤出模具设计的开发周期，显著地降低了模具设计成本。本方法适用于成型塑料异型材的定型模型腔的设计。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于模具设计
，涉及到用于聚合物挤出生产的定型模型腔的设计，特别涉及到。
技术介绍
目前随着国民经济和技术的发展，各个行业对塑料异型材的需求日益增多，而作为其成型工具的挤出模具的设计与制造还相对比较落后。定型模是挤出模的重要组成部分，直接决定着型材的成型质量和生产能力。定型模内部的型腔更是直接决定着型材的尺寸精度和表面质量。由于异型材的形状复杂并且常带有交错的内筋，即使通过优化设计水道，所以温度场不可能分布十分均匀，也就是说异型材不可能冷却速度完全一致，因此型材产生变形是不可避免的。解决这一问题的有效方法就是定型模型腔采用反变形设计。目前，通常的反变形设计主要采用经验设计法，该方法需要反复进行试模和修模，使得模具设计制造周期延长，成本增加，效率降低，产品精度低。模具设计的缺陷需要通过长时间反复调试才能解决，不能满足模具生产短周期、高精度的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于热力耦合的定型模型腔设计新方法，设计结果可直接用于指导定型模的设计，解决目前塑料异型材挤出生产中定型模设计的周期长、效率低、精度低的问题。本专利技术的技术方案是本专利技术利用有限元分析软件通过对定型模内塑料异型材冷却过程进行热力耦合分析，获得型材的等效应变场，采用主壁对称和功能块旋转的映射方法，直接将型材热变形结果映射成定型模型腔反变形设计轮廓。本专利技术提出的主壁对称和功能块旋转的映射方法，主要过程是以主壁变形后的最高点为坐标原点，水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，建立直角坐标系，主壁变形曲线和型腔设计曲线关于X轴对称，功能块以原点为中心旋转。本专利技术进行型材热力耦合分析的主要过程是在定型模冷却水道设计合理的前提下进行的，也就是说在进行型材热力耦合分析之前，需要进行定型模内冷却水道的优化设计和异型设计。本专利技术进行水道优化设计的目的是为了使型材在定型模内冷却速度保持一致，在完成定型模内型材冷却过程数值模拟的基础上，以定型模出口处型材截面上各点冷却均匀性和效率为目标函数，以水道的位置参数为设计变量，型材截面的平均温度为状态变量。本专利技术进行的水道异型设计是一种非规则设计，是一种按照特殊冷却要求的特殊设计，其目的是在优化设计的基础之上，进一步提高型材主壁拐角部位和功能块部位的冷却效果。本专利技术的效果和益处是通过水道的优化设计和异型设计，大幅提高型材的冷却均匀性和效率；在此基础上进行基于热力耦合的定型模型腔反变形设计，该方法对定型模设计具有重要的理论意义和应用价值，该方法避免了传统经验设计的缺点，具有设计周期短、精度高、效率高的特点，并且模具设计的缺陷能够在计算机上被迅速发现和纠正，较大缩短了挤出模具设计的开发周期，显著地降低了模具设计成本，尤其适合于没有经验可循的新产品开发。本方法适用于成型塑料异型材的定型模型腔的设计。附图说明图1基于热力耦合的定型模型腔设计流程图。图2定型模与型材二维图。图3单元划分图。图4初始设计后定型模出口处型材截面的温度场分布图。图5优化设计后定型模出口处型材截面的温度场分布图。图6水道异型设计后定型模出口处型材截面的温度场分布图。图7型材等效应变场分布图。图8定型模型腔反变形设计示意图。图中虚线表示型材热变形，实线表示定型模型腔轮廓。图9反变形设计后的定型模型腔轮廓图。图10基于反变形设计的定型模照片。具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的最佳实施例。生产PVC型材SF56的定型模型腔的设计，实施例步骤如图1所示步骤1根据型材结构特点初始设计冷却水道，在有限元软件ANSYS中建立用于成型SF56的定型模和型材的二维模型，如图2所示。步骤2采用ANSYS的Solid Triangl 6node 35单元对模型进行单元划分，对温度梯度大的区域(型材横截面和水道附近)划分细一些，如图3所示。步骤3施加初始条件主要包括型材和定型模的物理性能以及定型模、型材和冷却水的初始温度等。施加边界条件主要包括型材与定型模之间的对流换热系数、水却水与水道之间对流换热系数以及型材内腔空气与型材之间的对流换热系数等。步骤4进行求解、设置后处理。从图4中可以看出，型材各部分在定型模内的冷却速度是不一致的，热应力将使制品产生扭曲变形、内筋断裂等缺陷，这样的水道设计显然是不合理的，必须对水道位置进行优化设计。步骤5以定型模出口处型材截面冷却均匀性和效率为目标函数，以水道的位置参数为设计变量，以型材截面的平均温度为状态变量，对水道位置进行优化设计。从图5中可以看出，水道优化设计后型材各部分冷却较为均匀。然而，尽管冷却效果有所改善，但型材主壁拐角部位和功能块部位的冷却效果一般，需要进行水道的异型设计。步骤6进行水道的异型设计和数值模拟。从图6中可以看出，水道经异型设计后型材各部分冷却更为均匀。步骤7将热单元转换成结构单元，施加结构边界条件，进行结构应力分析，获得型材等效应变场分布，如图7所示。步骤8进行定型模型腔反变形设计，以型材左上角的反变形设计为例加以说明，如图8所示具体步骤如下①O点为型材上主壁变形后的最高点，然后以O点为原点，水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，建立直角坐标系XOY；②A点为型材上主壁变形后的最低点，曲线OA关于X轴对称的曲线为OA′③型材该功能块的其它曲线以O点为旋转中心，从A点旋转到A′点；④型材截面其它部分的映射方法同理。应用该映射方法完成反变形设计后的定型模型腔轮廓，如图9所示。步骤9根据反变形设计结果实际制造了一套定型模，如图10所示。经过在SF56型材挤出生产线上的实际生产运行，与传统依靠经验设计的定型模相比，该方法设计的定型模冷却定型出的型材制品尺寸精度和表面质量均有显著提高，因此直接证明了本专利技术提出的基于热力耦合的定型模型腔设计方法的正确性和有效性。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于热力耦合的定型模型腔设计方法，其特征是在利用有限元软件对定型模冷却水道进行优化设计和异型设计的基础上，对定型模内塑料异型材冷却过程的进行热力耦合分析，获得型材的等效应变场，采用主壁对称和功能块旋转的映射方法，直接将型材热变形结果映射成定型模型腔反变形设计轮廓。
【技术特征摘要】
1.一种基于热力耦合的定型模型腔设计方法，其特征是在利用有限元软件对定型模冷却水道进行优化设计和异型设计的基础上，对定型模内塑料异型材冷却过程的进行热力耦合分析，获得型材的等效应变场，采用主壁对称和功能块旋转的映射方法，直接将型材热变形结果映射成定型模型腔反...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵丹阳，王敏杰，宋满仓，于庆安，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]
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