车伟强
佛山市顺德区震德塑料机械有限公司 广东 佛山 528300
摘要：自塑料问世以来，它的发展非常迅速，不仅在我们的日常生活中运用普遍，甚至在很多方面都逐渐取代了多种金属、水泥、橡胶、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料。注塑机则是塑料机械的主要加工设备，由于它所加工的塑料量约占30％，所以注塑机的产量几乎占整个塑料机械产量的50％，成为塑料成型机械制造业中增长最快、产量最多的机种之一。本文阐述了软件分析功能在注塑工艺中的运用。
关键词：软件仿真；注塑机；运用
注塑机是一种综合性较强的机电一体化设备，主要由注射装置、合模装置、液压传动系统和电气控制系统组成。而注塑机的核心包括注射装置和合模装置都属于机械部分，它们的设计有着非常重要的作用。而该部分的设计难度较大，如果能够较好地运用软件进行辅助设计，则可以使难度大幅度降低，并且可以使设计过程变得直观。通过这些年的不懈努力，将计算机仿真技术较好地运用到了注塑机的设计、生产及操作方面。
一、软件分析功能在注塑工艺中的运用
螺杆式注射装置是目前最常用的一种，注塑螺杆的塑化过程是由固体、熔融和熔体输送三个过程组成的。随着螺杆的转动，落入料筒加料口的塑料被不断向前输送，在输送过程中，塑料原料被压实，塑料温度不断升高，被逐渐塑化成粘流态向螺杆头部聚集，并建立起一定的压力。在整个塑化过程中，螺杆不仅要作旋转运动，还要作轴向往复运动。物料塑化过程受到速度、压力和温度的影响，而整个塑化过程是操作人员无法看到也无法摸到的，于是这三者之间如何在空间和时间上有效地联系起来，便成为了一个难以解决的技术问题。以往都是用技术人员长时间摸索而积累的经验来指导生产的，通常为了满足要求，生产企业不得不通过试模来进行分析，而这样需要消耗大量的人力物力，在缺乏理论支持的同时也存在很多的不确定性。而利用软件分析功能则可以弥补这一缺陷，同时还可以大大地节约生产成本，提高生产率。
首先可以利用软件分析熔体沿螺槽方向的流速变化，通过这样的模拟分析可以较好地把握熔体的流动速度与熔体所处的位置之间的相互关系，并通过设定参数予以调节。另外，利用软件分析熔体沿螺槽方向的压力大小，通过这样的模拟分析可以判断工艺参数的选取是否合理，当压力的变化没有超出系统的设定值时，我们可以把它作为可供选取的条件之一，反之则不能用于生产。同时可以对熔体的温度场进行分析，对于分析结果中能量所产生的那一部分温度要单独考虑。注塑螺杆的塑化过程是非稳态的，即使是在熔体输送过程中也不例外。不同的螺杆参数，不同的加工工艺条件对熔体输送过程都有影响。运用上述方法对熔体输送过程进行计算机仿真模拟，结合熔体输送率、熔体压力和熔体温度选择工艺参数，为工艺参数的确定提供了一定的理论依据。
二、计算机仿真在注塑机中的运用
1、计算机仿真在注塑机设计中的运用
（1）液压双曲肘合模装置的简介。液压双曲肘机构按组成曲肘的铰链数可分为四孔型和五孔型；如按曲肘排列位置又分为斜排列和直排列。目前使用最多的是五孔斜排列双曲肘机构。如图。
液压双曲肘合模机构组成简图注塑模具分别安装在固定模板和移动模板上，肘杆的支撑部分安装在移动模板和后模板上，驱动油缸安装在后模板上。合模机构工作时，由驱动油缸驱动十字头后，带动肘杆推动移动模板在机架上来回移动，完成合模机构的开闭模动作。
（2）用计算机仿真功能优化、装配并调试液压双曲肘合模机构。在一般情况下，通常首先采用会先采用理论计算的方式，再对计算的结论进行优化。但是在实践中我们则发现这种方法在计算起来通常都比较繁琐，并且对其进行优化设计的过程会非常的长。对此，在进行设计的时候，通过采用仿真进行辅助设计。在该过程中首先将液压双曲肘合模装置作为曲柄连杆滑块机构予以考虑，只对其驱动油缸的移动的距离进行研究，同时考虑动模板所产生的移动距离和斜排列的夹角，而不去考虑模板本身的结构和肘杆自身的形状。通过仿真实验，对其中的各铰链孔的位置进行了确定，最后在通过这个结果对肘杆进行结构进行相关的设计。同时对合模机构当中的重要的零部件相关的造型设计。其中的合模机构则主要包括拉杆、十字头、模板、肘杆等相关的机械的零件，同时在这些零部件当中，其绝大部分的零部件都是采用铸钢件。因此，在对该设计模板进行设计的时候，则通常从铸钢件标准出发，对其工艺孔以及各个支撑的部分的板厚出发，以此可形成比较合理的布局。另外再采用计算机辅助进行模板的三维结构设计，以此达到满意的效果。
最后是对合模机构进行装配并运用计算机运动仿真进行校调。通过软件的装配功能，将不同的零部件进行组合，在通过该软件的仿真对其整体进行调试。能够对合模机构进行运动仿真、优化计算及修正校调的计算机软件有很多，运用Pro/E 软件进行了优化设计、三维造型、运动仿真后的合模机构的装配结果。通过采用仿真的装配，将传统的不好控制的合模问题变得更为简单和直观，并对模型的精度和参数具有更好的了解。
2、计算机仿真在注塑工艺中的运用
注塑机的塑化工作原理是：预塑时，在塑化部件中的螺杆通过液压马达驱动主轴旋转，主轴一端与螺杆键连接，另一端与液压马达键连接，螺杆旋转时，物料塑化并将塑化好的熔料推到料筒前端的储料室中，与此同时，螺杆在物料的反作用下后退，并通过推力轴承使注射座后退，通过螺母拉动活塞杆直线后退完成计量，注射时，注射油缸的杆腔进油通过轴承推动活塞杆完成动作，活塞的杆腔进油推动活塞杆及螺杆完成注射动作。注塑机对注射系统的要求是：①在预定的时间内将固态的塑料熔融塑化为粘流态的物料，并能提供注射成型所需的均匀熔料；②根据工艺要求能将塑化好的熔料以适合的压力和速度注射入模具的型腔中；③当完全充模后，能在预定的时间内持续对模腔中的熔料保持一定的压力，保证制品的补缩和彻底排掉气体。只有做到这几点才能保证注射成型后的制品没有缺陷，而想要做到这几点所涉及的参数却很多。
物料塑化的整个过程要依靠流体力学的相关理论，ANSYS 是能够对流体力学进行分析的较为典型的计算机软件。首先可以利用计算机仿真观察熔体沿螺槽方向的流速变化，通过这样的仿真模拟可以较好地把握熔体的流动速度与熔体所处的位置之间的相互关系，并通过设定参数予以调节。另外，可以对熔体的温度场进行分析，对于分析结果中能量所产生的那一部分温度的升高要予以单独考虑，便可简单地计算出在已有工艺参数下生产该种产品时的能耗温升。
注塑螺杆的塑化过程是非稳态的，即使是在熔体输送过程中也不例外。不同的螺杆参数，不同的加工工艺条件对熔体输送过程都有影响。运用熔体输送过程进行计算机仿真模拟，结合熔体输送率、熔体压力和熔体温度选择工艺参数，无疑对工艺参数的确定提供了一定的理论依据。
随着数字化、自动化的发展，目前大多数注塑机都由电脑控制，因此需要利用计算机软件仿真和分析功能让设计人员对所设计的结构有一个较为清晰的了解，让生产制造人员知道产品零件的特点和装配过程中的关键，并且可以让多个操作人员同时接受培训，在一定程度上节约了培训成本。另外，运用这样的方式可以让参加学习的人员不只针对一种产品，而是对多类产品的参数都有所了解，能够提高并拓展他们的能力。
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论文作者:车伟强
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/28
标签：塑化论文; 螺杆论文; 注塑机论文; 参数论文; 过程论文; 机构论文; 注塑论文; 《防护工程》2018年第24期论文;