[发明专利]一种橡塑挤出模具优化设计方法

权利要求书

1.一种橡塑挤出模具优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：橡塑材料流变模型的确定及其参数拟合；采用流变仪测试得到橡塑材料的流变实验数据，采用数据分析软件对流变实验数据进行最小二乘法回归拟合，找到拟合决定系数最大的流变模型及其流变参数；

步骤二：模内流动有限元模型的建立；根据挤出制品的截面几何和目标尺寸，在三维建模软件中建立挤出模具流道的参数化几何模型；将模具流道的参数化几何模型导入到网格划分软件中进行参数化网格离散，得到参数化网格模型；基于参数化网格模型，在CFD软件采用步骤一中所得到的流变模型及其流变参数来定义材料参数，并定义计算域和边界条件，生成模内流动有限元模型；对模内流动有限元模型进行CFD求解可以得到挤出模具口模出口处的速度分布、挤出模具的压力损失和聚合物熔体在模具内的停留时间；

步骤三：流动平衡优化设计；以流动平衡为目标的挤出模具优化设计是基于步骤二中模内流动有限元模型的CFD求解，通过修改模具流道的几何参数以获得挤出模具口模出口处均匀的速度分布；流动平衡优化设计的目标函数为流动平衡系数，用于评价口模出口处流动的均匀程度；设计变量为挤出摸具流道的参数化几何模型的几何参数，更进一步为挤出摸具成型段入口截面的几何参数、成型段和预成型段长度；约束条件是挤出模具的压力损失，或熔体在挤出模具中的停留时间，或不施加约束条件；以流动平衡为优化目标，采用优化设计方法得到挤出模具设计的流动平衡最优解；以流动平衡最优解构建流动平衡设计空间，即流动平衡性较好的设计变量取值区间；

步骤四：模内和模外流动有限元模型的建立；根据步骤三中所得到的挤出模具设计的流动平衡最优解，在三维建模软件中建立模具流道和自由射流区域的参数化几何模型；将参数化几何模型导入到网格划分软件中进行参数化网格离散，得到参数化网格模型；基于参数化网格模型，在CFD软件采用步骤一中所得到的流变模型及其流变参数来定义材料参数，并定义计算域和边界条件，生成模内和模外流动的有限元模型；对模内和模外流动的有限元模型进行CFD求解可以得到挤出制品横截面目标尺寸的仿真值；

步骤五：模内和模外流动有限元模型的实验验证；基于步骤四中模内和模外流动的有限元模型的CFD求解，对比挤出制品的横截面目标尺寸的仿真值与实际挤出成型实验的实测值来验证步骤四中模内和模外流动有限元模型的准确性；如果挤出制品所有目标尺寸的仿真值和实测值的偏差小于偏差准则，则认定为合格，进入第六步；如果偏差大于偏差准则，则返回第四步，对有限元模型中的参数化网格进行加密处理，或者对边界条件或工艺参数进行修改，直至偏差小于偏差准则；

步骤六：几何精度优化设计；几何精度优化设计是在基于步骤五中实验验证后的模内和模外流动有限元模型的CFD求解，以挤出制品截面上目标尺寸的几何精度最大化为优化目标，采用优化设计方法得到挤出模具的几何精度最优解；几何精度优化设计的目标函数为几何精度系数；设计变量为挤出模具的流道几何参数，取值区间为步骤三中的流动平衡设计空间；约束条件为挤出制品的横截面所有目标尺寸的仿真值应在设计目标值的公差范围以内。

2.根据权利要求1所述的一种橡塑挤出模具优化设计方法，其特征在于：所述步骤一中的流变仪优选为旋转流变仪、毛细管流变仪；所述数据分析软件优选为Origin、ANSYSPolymat；所述流变模型优选为Bird-Carreau模型、PTT模型、KBKZ模型。

3.根据权利要求1所述的一种橡塑挤出模具优化设计方法，其特征在于：所述步骤二中的挤出制品应包括截面几何和目标尺寸的基本尺寸和公差的定义。

4.根据权利要求1所述的一种橡塑挤出模具优化设计方法，其特征在于：所述步骤二中的三维建模软件优选为ANSYS Designmodeler、ANSYS Spaceclaim，所述的网格划分软件优选为ANSYS Meshing、Gambit、Hypermesh；所述的CFD软件优选为ANSYS Polyflow、STAR-CCM+；所述的计算域仅包括模具域，所述的边界条件包括入口边界条件、出口边界条件、壁面边界条件、对称面边界条件。