計算機模擬技術在塑料成型加工工藝中的應用

李想 遼寧石化職業技術學院

一、塑料成型加工工藝及塑料成型計算機模擬技術

（一）塑料成型加工。塑料成型加工指的是借助一定的設備將聚合物原料轉變成一種經濟實用、性價比高的產品的階段。在這里要注意的是對于樹脂原料來說在成型中對時間的要求非常嚴格，必須在規定的時間內完成固體輸送、熔融等，這樣才能使塑料成型得以有效化。

（二）計算機模擬技術。在塑料成型加工中應用計算機模擬技術構建塑料成型過程的物理與數學模型，構建最佳的數值計算方法，最終實現成型過程中的動態仿真分析。計算機模擬技術在塑料成型加工中的有效應用具有以下幾方面優點：一是擴寬了人們的眼界，使人們在對塑料成型過程的認識從宏觀層面轉化為微觀層面；二是不斷改進與優化模具設計的類型；三是為研究人員提供一定的理論依據與技術指導。

二、計算機模擬技術在塑料成型加工工藝中的應用

（一）計算機模擬技術在注射成型過程中的有效應用。在熱塑性塑料成型的眾多方法中注射成型是其中最為有效的一種方式。塑料經過料筒內的高溫加熱融化后在一定的壓力作用下塑化的高溫塑料熔體會經注射裝置的噴嘴部位經主流道等部位最終流入模具的腔內，從而塑化形成人們所需要的塑料模型。在注射成型階段中，施工人員應注意因為流道與型腔之間的厚度存在一定的差異性，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們選擇Hele-Shaw流動法進行預估處理。一般情況下，在進行壓力場以及溫度場等的計算時，主要選取的是有限元/有限差分算法藕合求解動量守恒方程和能量守恒方程。在進行熔體流動控制中主要選擇的方式是控制體積法。而在識別熔接線以及氣穴的具體方位中則采取的是人工智能技術。

在進行塑料成型加工中經常會碰到這樣一種現象，剪切或者拉伸異常情況，造成上述現象的主要是熔體前沿的噴泉效應所導致的。在實際計算中我們主要是通過從塑性材料的某一點流入與流出的質量守恒方程進行系統、全面的描述前沿區的噴泉效應。在注射成型階段，充填階段占到極其小的一部分，其中大部分時間都花費在了保壓過程中，操作人員必須將多余的熔體全部注入模具中從而避免模具發生收縮等現象。在保壓過程中單純的流體流動現象是不存在的，大都是因為密度之間的異同而導致的內部熔體流動。所以，操作人員應做好熔體PVT行為的定性分析工作。在做好上述工作的同時，冷卻的整個環節也是我們不容忽視的一項內容，更是當前科研人員所關注的焦點話題。在研究中操作人員已發現C-MOLD.MOLDFLOW和Z-MOLD等軟件關于冷卻中所面臨的一些問題都有獨特的計算方式，而且這些計算模式恰恰與所研究的問題相吻合，但美中不足的是對于一些具體的細節則在計算中仍存在不盡如人意的地方，比如塑性材料的彈性大小以及分子取向等很難用一精確的數學公式將其表述出來，不管是采用哪種方式都對收縮性有或多或少的影響。所以，作為科研人員在平常的工作中應大膽探索，不斷改進與創新現有的方法，最大限度的提高計算機模擬軟件使用的有效性。

（二）計算機模擬技術在氣體輔助注射成型中的應用。氣體輔助注射成型是一種新型的注射成型技術，它是在原有的注射成型基礎上進行深層次的改進與創新最終產生的。氣體輔助注射成型工藝主要分為三個過程：一是充模過程，該過程的工藝流程是首先將熔體注入型腔內，直到型腔內的熔體數量達到多半時為宜；二是將受壓氣體注入到型腔內，在這里要注意的是注入時要及時且迅速，若時間過長的話會影響注入的實際效果。氣體在預先注入的熔體中可形成中空并進一步推動熔體持續不斷的運動直至型腔內充滿為止；三是保壓過程，該過程主要是持續不斷的向型腔內注入高壓氣體，從而避免出現熔體冷卻導致型腔出現異常收縮現象。待型腔內熔體全部冷卻完成后即可將多余的氣體排出。

氣體輔助注射成型技術與一般注射成型技術相比較而言，其具有明顯的優勢，它一方面對注射壓力的要求較低，另一方面也能提高成品的使用效率，優化制件結構。

在進行氣體輔助注射成型的熔體充填過程中，氣體一旦進行型腔內，會受到動力學等作用的影響，使得成型過程較之前變得更為復雜，在控制方程的選擇是非等溫下非牛頓流體的廣義Hele -Shaw流動的控制方程更為適用，當該方程在氣體界面處的注入速度較低。我們可認為該區域內單相純物質與熔體之間沒有任何關聯，氣體區域之間的壓力表現也是相類似的。在進行熔體流動方程的計算中只需在氣熔界面上施加一定的氣體壓力即可。在實際計算中研究人員主要選取的是混合有限元/有限差分法求解壓力場和溫度場，采用控制體積法及時追蹤熔體流動前沿。

三、結語

縱觀塑料成型加工領域的發展，我們發現計算機模擬技術是其中發展最為迅速的一項內容。它能夠為設計人員節省時間與精力，降低了設計中的盲目性，使設計人員能夠對工藝參數做好準確的預估處理。設計人員通過對計算機模擬技術的不斷強化，可避免因為自身工作經驗不足以及在工作中失誤所引發的不良后果，大大提高了工作效率。雖然在實際應用中計算機模擬技術仍存在一些不盡如人意的地方，但隨著設計人員的深入研究，該技術將會在未來的塑料成型加工行業中不斷發展完善。