[发明专利]一种纤维复合材料注塑模具的设计方法

权利要求书

1.一种纤维复合材料注塑模具的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，注塑成型件的三维设计：包括逆向设计和正向设计，前者是直接采集需要制造的注塑成型件的对应影像学数据进行逆向设计，或采集与其相关的影像学数据，并基于该数据设计出与其具有装配关系的注塑成型件三维实体模型，后者是根据具体的设计参数采用正向建模软件直接设计出注塑成型件三维实体模型；

步骤S2，注塑成型件三维实体模型的有限元分析：将步骤S1中创建的三维实体模型简化后导入到有限元分析软件中，设置解算类型，根据实际受力条件和边界条件对三维实体模型进行有限元分析，得出主应力的分布方向；

步骤S3，注塑成型件三维实体模型的模流分析：根据实际工艺条件通过模流分析软件对注塑成型件进行模流分析，得出注塑成型件中纤维的取向规律；

步骤S4，注塑模具浇口方位的确定：结合步骤S2中获得的主应力分布方向和步骤S3中获得的纤维取向规律，确定注塑浇口的方位，使平均纤维取向值尽可能地接近1，即注塑成型件中纤维的取向尽可能多地沿着注塑成型件所受主应力的方向；

步骤S5，纤维复合材料注塑模具的设计与制作：基于步骤S1中创建的三维实体模型及步骤S4中确定的注塑浇口方位，结合模具设计的基本原理和方法进行模具的设计，并使用耐高温光敏树脂材料、耐高温聚合物材料及其改性复合材料或者金属材料通过3D打印技术制造注塑模具。

2.根据权利要求1所述的一种纤维复合材料注塑模具的设计方法，其特征在于：所述纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、合成纤维或硼纤维，所述纤维复合材料为聚合物基纤维复合材料。

3.根据权利要求1所述的一种纤维复合材料注塑模具的设计方法，其特征在于：在进行所述步骤S1时，逆向设计为：采集CT或MRI影像数据以Dicom格式导入医学三维重建软件Mimics中进行重建，并在3-matic软件中进行修复优化，以stl格式导出保存，将该stl格式的文件或者通过三维激光扫描仪扫描得到的点云数据导入逆向工程软件Geomagic中进行处理，并转化成stp格式的三维实体模型文件，后续有限元分析备用；正向设计为：采用Creo或SolidWorks三维设计软件按照具体的设计参数进行设计，并以stp的格式输出，以备后续有限元分析。

4.根据权利要求1所述的一种纤维复合材料注塑模具的设计方法，其特征在于：在进行所述步骤S2时，将步骤S1中的注塑成型件三维实体模型导入有限元分析软件ANSYSWorkbench或Abaqus中，对导入的三维实体模型文件进行网格划分、材料属性赋值、定义受力条件和边界条件并设置分析参数，分析出注塑成型件三维实体模型最大等效应力的大小、位置以及主应力分布方向。

5.根据权利要求1所述的一种纤维复合材料注塑模具的设计方法，其特征在于：在进行所述步骤S3时，采用的模流分析软件为Moldflow软件。

6.根据权利要求5所述的一种纤维复合材料注塑模具的设计方法，其特征在于：利用Moldflow软件进行模流分析的具体步骤为：将步骤S1中的注塑成型件三维实体模型导入模流分析软件Moldflow，选择合适的分析序列，选择合适的网格类型对其进行网格划分，在软件的材料库中选择所使用的材料的厂家和牌号，设置2-6个不同的浇口方位，设置工艺参数，对这2-6个浇口方位分别进行分析对比，得出注塑成型件中纤维的分布规律。

7.根据权利要求1所述的一种纤维复合材料注塑模具的设计方法，其特征在于：在进行所述步骤S5时，所述耐高温聚合物材料及其改性复合材料为聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚四氟乙烯基或聚亚苯基砜树脂，或为聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚四氟乙烯基或聚亚苯基砜树脂的改性复合材料，所述金属材料为模具钢、不锈钢、钛合金、钴铬合金或铝合金。

8.根据权利要求1所述的一种纤维复合材料注塑模具的设计方法，其特征在于：在进行所述步骤S5时，所述耐高温光敏树脂材料采用立体光固化3D打印技术，所述耐高温聚合物材料及其改性复合材料采用熔融沉积成型的材料挤出3D打印技术，所述金属材料采用选区激光熔融的粉末床熔融3D打印技术或定向能量沉积3D打印技术。