離心式葉輪注塑成型數(shù)值仿真及模具優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、本文系國家科技支撐計劃（編號:2011BAF14B01）和江蘇大學(xué)學(xué)生科研立項(2011A005)資助項目。
　　 泵是一種通用機(jī)械，葉輪是泵最重要的工作元件，其制造質(zhì)量的好壞將直接影響泵的水力性能和使用壽命。根據(jù)泵的工作條件和使用情況來選擇葉輪的材質(zhì)，大多采用金屬材料以鑄造的方式成型。隨著塑料工業(yè)的大力發(fā)展，越來越廣泛地用來代替金屬制造泵的零部件甚至整機(jī)。
　　 本文以浙江某企業(yè)LKS-250P型花園潛水電泵的離心式塑

2、料葉輪為研究對象，應(yīng)用Pro/ENGINEER和Moldflow軟件完成了塑料零件的三維建模與造型，注塑成型數(shù)值仿真優(yōu)化以及模具CAD設(shè)計的研究工作，從而改變了傳統(tǒng)主要依靠“經(jīng)驗+試?！钡哪＞咴O(shè)計模式，提高了一次試模的成功率。主要的研究工作及成果有:
　　 1.通過對塑料熔體流動理論及成型原理進(jìn)行分析，為離心式葉輪注塑成型CAE數(shù)值模擬奠定了理論基礎(chǔ)。主要探討了充模過程中，塑料熔體的流動特性、物理和化學(xué)變化，CAE控制方程以及成

3、型后缺陷等問題。
　　 2.根據(jù)澆口位置分析和澆口設(shè)計原則，對葉輪建立了兩種不同的澆注系統(tǒng)，運(yùn)用Moldflow軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。經(jīng)流動結(jié)果的對比分析，表明側(cè)澆口較點(diǎn)澆口更適合葉輪的注塑成型;在此基礎(chǔ)上，對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了分析和優(yōu)化，將兩條冷卻管路改為四條且從澆口處開始進(jìn)行冷卻;對翹曲變形量和產(chǎn)生翹曲的原因進(jìn)行了分析，結(jié)果表明:收縮因素是導(dǎo)致葉輪翹曲變形的主要原因，取向因素、冷卻不均及角效應(yīng)因素的影響較小。
　　 3.針對

4、葉輪成型結(jié)果存在填充不足和翹曲變形兩個主要問題，采用正交試驗和注塑成型CAE相結(jié)合的方法，對模具溫度、熔體溫度、注射時間、保壓壓力、保壓時間和冷卻時間六個成型工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。通過極差和方差分析，得出對葉輪翹曲變形影響最大的兩個因素是保壓壓力和熔體溫度，冷卻時間、保壓時間、注射時間和模具溫度的影響較小;在滿足填充完整的前提下，翹曲變形量達(dá)到最小的最佳工藝參數(shù)組合:模具溫度為65℃，熔體溫度為270℃，注射時間為1.2s，保壓壓力為充填

5、壓力的120％，保壓時間為10s，冷卻時間為30s。
　　 4.應(yīng)用Pro/ENGINEER軟件對模擬確定的葉輪注塑模具進(jìn)行了CAD設(shè)計，主要有分型面、澆注系統(tǒng)、型芯、型腔、模仁和冷卻系統(tǒng)等，得到了葉輪模具的三維模型圖和二維工程圖。
　　 5.通過實際生產(chǎn)驗證注塑成型數(shù)值模擬對模具研發(fā)的可行性。該模具成功地應(yīng)用到企業(yè)的實際生產(chǎn)中，成型葉輪較好的滿足了質(zhì)量要求，大大縮短了生產(chǎn)周期。
　　 通過將CAD/CAE技術(shù)應(yīng)