摘要：針對(duì)在塑料流延模具設(shè)計(jì)過(guò)程中部分參數(shù)需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)才能夠確定的問(wèn)題，運(yùn)用有限元分析軟件Polyflow，通過(guò)仿真分析得到了需要反復(fù)實(shí)驗(yàn)才能夠確定的模具結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)值，同時(shí)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真分析所確定的模具結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)值的合理性，得到合理的模具結(jié)構(gòu)，保證了流延膜的產(chǎn)品質(zhì)量。結(jié)果表明，使用CAE技術(shù)對(duì)塑料流延模具進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，可以保證模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。

關(guān)鍵詞：流延模具；仿真分析；Polyflow   中圖分類號(hào)： TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

 

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，近年來(lái)，塑料制品在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛， 并開(kāi)始逐步替代部分金屬與非金屬制品[1-3]。塑料模具、成型工藝和塑料性能對(duì)于塑料產(chǎn)品的質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響[4-5]。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)制造方法依賴設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成的模具在裝配后需要經(jīng)過(guò)反復(fù)試模與修模，才能夠正式投入生產(chǎn)，該方法具有成本高、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，極大地制約了企業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)代塑料行業(yè)對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率的要求越來(lái)越高，所以傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)制造方法已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)在的市場(chǎng)要求。運(yùn)用CAE技術(shù)對(duì)模具進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)可以有效節(jié)約成本，縮短開(kāi)發(fā)周期，從而提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，目前已成為模具技術(shù)發(fā)展的新方向[6-8]。本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用Polyflow分析軟件對(duì)塑料流延模具進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，得到了需要反復(fù)實(shí)驗(yàn)才能夠確定的模具結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)值，同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了仿真分析所確定的模具結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)值的合理性，保證了模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

 

流延膜制品最重要的質(zhì)量要求是厚度均勻、表面平整，要達(dá)到這兩點(diǎn)要求需要在設(shè)計(jì)流延模具時(shí)保證物料在流延膜的整個(gè)寬度上流動(dòng)速度均等。目前，應(yīng)用最廣泛的流延模具流道類型有以下4種，分別是T形流道、魚尾形流道、螺桿分配式流道和衣架式流道。衣架式流道因其流道酷似衣架而得名，如圖1所示，衣架式流道不但結(jié)構(gòu)上比螺桿分配式流道簡(jiǎn)單，而且具有T形流道與魚尾形流道兩者的長(zhǎng)處。衣架式流道和T形流道相比，結(jié)構(gòu)上都采用了圓筒形槽，其作用是使物料穩(wěn)壓，同時(shí)衣架式流道的圓筒形槽截面積較小，縮短了物料流經(jīng)其中的停留時(shí)間，這對(duì)熱穩(wěn)定性差，或流變性對(duì)時(shí)間有依賴關(guān)系的樹(shù)脂材料成型尤為適宜。為了解決厚度不勻的問(wèn)題，衣架式流道采用了魚尾形流道的扇形流道結(jié)構(gòu)，并同時(shí)將流道的擴(kuò)張角擴(kuò)大至160°~170°，進(jìn)而縮小了流延模具的尺寸。衣架式模具的歧管直徑沿流動(dòng)方向遞減，并且與模唇橫截面形成一定的傾角，這就形成了有利于物料沿模唇幅寬方向的均勻分配，使膜的厚薄均勻性更加趨于完善。目前，隨著CAD/CAM技術(shù)的飛速發(fā)展與高精度數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，使得結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜，但是優(yōu)點(diǎn)眾多的衣架式流道的加工變得越來(lái)越方便，應(yīng)用也變得越來(lái)越廣泛。

 

圖1 衣架式流道

 

衣架式流道主要由歧管區(qū)、扇形區(qū)和模唇區(qū)3 部分組成。衣架式流道的設(shè)定參數(shù)為：(1)流延膜的目標(biāo)產(chǎn)量G(kg/h)；(2)模具口模的設(shè)置半寬B(cm)；(3)配方物料的密度ρ(g/cm3)；(4)模具口模的設(shè)置厚度h(cm)；(5)物料的非牛頓指數(shù)n。根據(jù)圖1與相關(guān)文獻(xiàn)[9]，得到以下相關(guān)計(jì)算公式。

入口孔半徑RH，通過(guò)目標(biāo)產(chǎn)量和物料的密度可得計(jì)算公式：式1

 

中心歧管最大半徑R0，依據(jù)物料在歧管內(nèi)一分為二的原則可得計(jì)算公式：式2

 

對(duì)建立的衣架式流道模型進(jìn)行分析，得到流道內(nèi)部扇形曲線上任一點(diǎn)i的歧管半徑Ri的函數(shù)表達(dá)式：式3

 

式中，Zi是任一點(diǎn)i在以扇形曲線左端為原點(diǎn)O的水平軸線上的距離值（見(jiàn)圖1），人為設(shè)定。

 

因此推導(dǎo)出扇形區(qū)的槽高H：式4

 

經(jīng)置換法積分后可得到曲線上任意點(diǎn)i的高度Yi值：式5、式6

 

當(dāng)Z=Ø時(shí)，Yi=0，此時(shí)得到穩(wěn)壓區(qū)的高度值：式7

 

扇形區(qū)中心的最大高度Yc可以通過(guò)定積分求得：式8

 

本設(shè)計(jì)的物理及幾何參數(shù)為：目標(biāo)產(chǎn)量G為5kg/h，口模半寬B為7.5 cm，物料密度ρ為0.92 g/cm3，口模厚度h為0.1 cm，物料非牛頓指數(shù)n為0.25，通過(guò)計(jì)算，得到結(jié)果如下：
 

入口孔半徑為RH=0.6003 cm，中心歧管最大半徑為R0=0.4245 cm，扇形區(qū)槽高為H=0.1889 cm，穩(wěn)壓區(qū)高度為Y0=0.1764 cm，流道的扇形區(qū)中心軸處最大高度值為Yc=5.2454 cm，若將口模的半寬B分成10份，則每一坐標(biāo)點(diǎn)（Zi，Yi ）所對(duì)應(yīng)的歧管孔半徑值Ri如表1所示。

 

表1 坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的歧管孔半徑值  cm

 

流延模具的下?？诳缮?、下運(yùn)動(dòng)來(lái)完成?？陂g隙的微調(diào)，在上?？诤拖履？诰_(kāi)有一橫向凹槽， 貫通整個(gè)平縫模寬度，如圖2所示，此槽目的在于使成型區(qū)中的壓力均衡，從而使物料流速均勻。

 

圖2 模具?？?/div>