[发明专利]一种纤维复合材料注塑模具的设计方法

说明书

本发明涉及一种纤维复合材料注塑模具的设计方法，包括以下步骤：步骤S1，注塑成型件的三维设计；步骤S2，注塑成型件三维实体模型的有限元分析；步骤S3，注塑成型件三维实体模型的模流分析；步骤S4，注塑模具浇口方位的确定；步骤S5，纤维复合材料注塑模具的设计与制作。在注塑成型工艺中，浇口方位的选择是至关重要的，合理地设计注塑浇口的方位，能够很大程度地提高注塑成型件的性能，尤其是对于CF/PEEK等诸多纤维复合材料而言，注塑浇口的方位直接影响到纤维的取向和分布，进而影响到注塑成型件的性能，本发明结合注塑成型件主应力方向分布规律和纤维在注塑充填过程中的取向规律，合理布置注塑浇口的方位，对注塑模具或模芯的设计具有指导意义。

技术领域

本发明涉及一种注塑模具的设计方法，尤其是涉及一种纤维复合材料注塑模具的设计方法，属于模具设计制造领域。

背景技术

本部分提供了与本申请相关的背景信息，这些信息并不必然构成现有技术。

纤维增强复合材料样件通常通过注塑成型来制造，纤维增强复合材料注塑成型件中，纤维的取向很大程度上决定了注塑件的性能。纤维增强复合材料最典型的结构特性是各向异性，即在沿着纤维方向和垂直于纤维方向上，力学性能、热性能、导电性能等具有很大的差别。

然而在实际应用中发现，针对不同形状和尺寸的样件，相应模具的型腔形状和尺寸不同，因而相同设计的模具中发挥的改善纤维分布取向的作用大小也是不同的，注塑成型件的性能效果也是无法预料的，为了注塑得到强度最优的样件，可能需要采用具有不同设计形状和/或尺寸的模具进行多次试验，可能需要制备多个不同的模具来进行这些试验，由此造成成本升高且耗费时间。

因此，需要一种能够解决本领域相关技术中存在的上述问题的改进的用于纤维复合材料注塑模具的设计方法。

发明内容

本发明主要是针对现有技术存在的上述问题，提供一种纤维复合材料注塑模具的设计方法，该设计方法结合有限元分析所得的注塑成型件主应力方向分布规律和纤维充填取向分析所得的纤维在注塑充填过程中的取向规律，合理布置注塑浇口的方位，对注塑模具或模芯的设计具有指导意义。

本发明的目的主要是通过下述方案得以实现的：

一种纤维复合材料注塑模具的设计方法，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。

作为优选，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。