计算机模拟技术在塑料成型加工工艺中的应用

李想 辽宁石化职业技术学院

一、塑料成型加工工艺及塑料成型计算机模拟技术

（一）塑料成型加工。塑料成型加工指的是借助一定的设备将聚合物原料转变成一种经济实用、性价比高的产品的阶段。在这里要注意的是对于树脂原料来说在成型中对时间的要求非常严格，必须在规定的时间内完成固体输送、熔融等，这样才能使塑料成型得以有效化。

（二）计算机模拟技术。在塑料成型加工中应用计算机模拟技术构建塑料成型过程的物理与数学模型，构建最佳的数值计算方法，最终实现成型过程中的动态仿真分析。计算机模拟技术在塑料成型加工中的有效应用具有以下几方面优点：一是扩宽了人们的眼界，使人们在对塑料成型过程的认识从宏观层面转化为微观层面；二是不断改进与优化模具设计的类型；三是为研究人员提供一定的理论依据与技术指导。

二、计算机模拟技术在塑料成型加工工艺中的应用

（一）计算机模拟技术在注射成型过程中的有效应用。在热塑性塑料成型的众多方法中注射成型是其中最为有效的一种方式。塑料经过料筒内的高温加热融化后在一定的压力作用下塑化的高温塑料熔体会经注射装置的喷嘴部位经主流道等部位最终流入模具的腔内，从而塑化形成人们所需要的塑料模型。在注射成型阶段中，施工人员应注意因为流道与型腔之间的厚度存在一定的差异性，而且流道的方向主要采取的是平行方式，因此在注射成型中我们选择Hele-Shaw流动法进行预估处理。一般情况下，在进行压力场以及温度场等的计算时，主要选取的是有限元/有限差分算法藕合求解动量守恒方程和能量守恒方程。在进行熔体流动控制中主要选择的方式是控制体积法。而在识别熔接线以及气穴的具体方位中则采取的是人工智能技术。

在进行塑料成型加工中经常会碰到这样一种现象，剪切或者拉伸异常情况，造成上述现象的主要是熔体前沿的喷泉效应所导致的。在实际计算中我们主要是通过从塑性材料的某一点流入与流出的质量守恒方程进行系统、全面的描述前沿区的喷泉效应。在注射成型阶段，充填阶段占到极其小的一部分，其中大部分时间都花费在了保压过程中，操作人员必须将多余的熔体全部注入模具中从而避免模具发生收缩等现象。在保压过程中单纯的流体流动现象是不存在的，大都是因为密度之间的异同而导致的内部熔体流动。所以，操作人员应做好熔体PVT行为的定性分析工作。在做好上述工作的同时，冷却的整个环节也是我们不容忽视的一项内容，更是当前科研人员所关注的焦点话题。在研究中操作人员已发现C-MOLD.MOLDFLOW和Z-MOLD等软件关于冷却中所面临的一些问题都有独特的计算方式，而且这些计算模式恰恰与所研究的问题相吻合，但美中不足的是对于一些具体的细节则在计算中仍存在不尽如人意的地方，比如塑性材料的弹性大小以及分子取向等很难用一精确的数学公式将其表述出来，不管是采用哪种方式都对收缩性有或多或少的影响。所以，作为科研人员在平常的工作中应大胆探索，不断改进与创新现有的方法，最大限度的提高计算机模拟软件使用的有效性。

（二）计算机模拟技术在气体辅助注射成型中的应用。气体辅助注射成型是一种新型的注射成型技术，它是在原有的注射成型基础上进行深层次的改进与创新最终产生的。气体辅助注射成型工艺主要分为三个过程：一是充模过程，该过程的工艺流程是首先将熔体注入型腔内，直到型腔内的熔体数量达到多半时为宜；二是将受压气体注入到型腔内，在这里要注意的是注入时要及时且迅速，若时间过长的话会影响注入的实际效果。气体在预先注入的熔体中可形成中空并进一步推动熔体持续不断的运动直至型腔内充满为止；三是保压过程，该过程主要是持续不断的向型腔内注入高压气体，从而避免出现熔体冷却导致型腔出现异常收缩现象。待型腔内熔体全部冷却完成后即可将多余的气体排出。

气体辅助注射成型技术与一般注射成型技术相比较而言，其具有明显的优势，它一方面对注射压力的要求较低，另一方面也能提高成品的使用效率，优化制件结构。

在进行气体辅助注射成型的熔体充填过程中，气体一旦进行型腔内，会受到动力学等作用的影响，使得成型过程较之前变得更为复杂，在控制方程的选择是非等温下非牛顿流体的广义Hele -Shaw流动的控制方程更为适用，当该方程在气体界面处的注入速度较低。我们可认为该区域内单相纯物质与熔体之间没有任何关联，气体区域之间的压力表现也是相类似的。在进行熔体流动方程的计算中只需在气熔界面上施加一定的气体压力即可。在实际计算中研究人员主要选取的是混合有限元/有限差分法求解压力场和温度场，采用控制体积法及时追踪熔体流动前沿。

三、结语

纵观塑料成型加工领域的发展，我们发现计算机模拟技术是其中发展最为迅速的一项内容。它能够为设计人员节省时间与精力，降低了设计中的盲目性，使设计人员能够对工艺参数做好准确的预估处理。设计人员通过对计算机模拟技术的不断强化，可避免因为自身工作经验不足以及在工作中失误所引发的不良后果，大大提高了工作效率。虽然在实际应用中计算机模拟技术仍存在一些不尽如人意的地方，但随着设计人员的深入研究，该技术将会在未来的塑料成型加工行业中不断发展完善。