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计算机仿真辅助复合材料RTM工艺模具设计

作者:Simwe    来源:佳工机电网    发布时间:2012-06-26    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛


在大型结构件的注塑过程中,如果注胶和出胶系统的选择不当,那么就会造成浇注时间过长,树脂在未充满构件之前已经有一部分固化,导致树脂流动性变 差,最终使构件不能完全成型,变为废品;注胶系统和出胶系统选择不当,会造成树脂使用量变大,浪费树脂,甚至需要修改后或设计工装/模具,从而导致工艺成 本提高。此外,正确选择注胶和出胶系统还可以降低复合材料结构件在成型过程中出现的干斑数量,避免气泡的产生。对于复杂形状的结构件,合理安排注胶口和出 胶口的位置和数量,适时地开启和关闭注胶口和出胶口,同样可以避免工艺过程中出现的问题,避免修改或重新设计工装/模具,提高产品的质量。

RTM工艺技术需要在生产之前设计、加工出合适的工装设备,确定合适的工艺参数。如何在较低的成本和周期下设计出既能满足生产工艺需要,又能保证 产品质量要求的工装/模具一直是业界积极探讨的热点之一。传统的方法是凭经验进行试模,不仅耗时耗力,而且难以保证产品质量,已经很难满足现代复合材料工 装/模具设计生产的需要。在工艺工装设计和制造过程中采用数字化技术进行仿真模拟,是提高开发效率,降低生产成本和提高产品质量的有效途径之一。

随着CAE技术的不断发展,在工装/模具设计和产品制造之前,对设计和生产过程进行合理的数字化仿真,通过仿真结果来指导设计和生产,能够避免生产和设计过程中的问题,合理设计工装/模具,不失为提高产品质量和生产效率的重要途径。

PAM-RTM仿真辅助模具设计

欧洲第一大工程软件供应商ESI集团早在十几年前就已经致力于这方面的研究,并且已经取得了骄人的成绩。PAM-RTM作为专业的RTM过程模拟 软件,是ESI集团旗下复合材料价值链中重要的产品之一,能方便准确地模拟RTM工艺过程中树脂的流动过程、流动速度、压力分布、固化过程、温度分布等结 果,优化模具设计和工艺参数,降低设计生产周期和费用,已成为工业界广泛使用的RTM设计开发工具。

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风机叶片VARI注塑仿真

PAM-RTM是高性价比的模拟液态复合成型的解决方案。将产生缺陷部件的风险降至最小,有助于掌握工具设计和 制造过程。PAM-RTM提供了预设计的快速解决方案,并细化过程和模具优化、最终设计检验计算。而且,PAM-RTM计算上市时间并降低工具安装和注射 过程的成本。

PAM-RTM模拟的工艺覆盖面广,囊括了包括闭模RTM、考虑模具加热的RTM、真空辅助RTM(VARI)、CRTM及ACRTM等在内的绝 大多数主流RTM工艺;操作简便,工程师可以很快学会操作;计算迅速,利用DARCY定律求解,保证了计算的精度;后处理结果直观,无须进入其他界面直接 观察模拟结果;准确模拟树脂充模和固化过程,优化纤维与树脂的搭配,优化注胶口和出胶口位置,优化注胶流速和注胶压力。综上可以帮助企业大幅度减少设计时 间成本和由大量试模导致的经济成本,提高工作效率,提高企业设计能力。

注胶口和出胶口的位置是RTM模具设计工作需要最早确定的设计参数。不同的注胶口和出胶口位置选择会直接影响树脂的填充路径、总的填充时间、填充 过程中树脂在腔体内的压力分布、树脂前锋流动速度、树脂损失量等,进而决定产品是否可能存在气泡、干斑的分布和数量等缺陷水平。不合理的注/出胶口选择甚 至可能导致树脂无法充满等情况。

在模具设计之初采用计算机仿真技术模拟在不同的注/出胶口方案中树脂在型腔内的填充过程,就可以提前预测树脂能否填满整个型腔,总的注塑时间是否合理,以及树脂损失量等,从而减少试模次数和尽可能避免模具的重新设计。

对于结构复杂的复合材料构件,诸如蒙皮加筋结构的一次成型,往往需要多个注胶口和多个出胶口通过相应的开关进程控制来实现充分的填充。此时,即便 采用了相同的注胶口/出胶口分布方案,注/出胶口的开关历程不同,填充情况也会截然不同。因此,模具设计不仅要给出模具的CAD数模,还要给出各个胶口的 开关历程方案。

使用PAM-RTM,可以通过设置与相应传感器相关联的控制开关来控制各胶口的开关状态。从而模拟在各种开关历程中,树脂的注塑情况,从而快速高效地得到较为合理的树脂注塑方案。

对于船体、风电叶片等大型复合材料产品往往采用真空辅助RTM成型工艺(VARI工艺)来生产。对于这些大尺寸的产品,不仅仅需要注胶口和注胶口 位置的选择,往往还需要通过使用导流管道,将大的构件划分成多个填充区域,从而避免了树脂在增强体的多孔介质中传递过长距离,缩短注塑时间并降低宏观干斑 出现的可能。

采用计算机仿真技术能够快速预报不同的导流方案对注塑过程的影响,帮助模具设计人员快速地确定较为合理的导流管道分布。

结束语

随着复合材料产品向着尺寸更大、更厚,结构更复杂,一体化程度要求更高等特点,RTM工艺将更多得到各个工业领域的关注。作为RTM工艺相关设备 中影响产品质量最显著的设备,RTM模具设计也正面临着新一轮的挑战。将计算机仿真技术融入到RTM模具的设计工作中能够有效地提高设计效率,尽可能地避 免模具的重新设计,降低多次试模引起的时间成本和经济成本。

 
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