【期刊论文】基于CAE技术的注塑模具设计.pdf

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1、1182001年塑料高新科技成果交流会论文集基于CAE技术的注塑模具设计申长雨王利霞(郑州工业大学橡塑模具国家工程研究中心)郑州，450002摘要：本文简要介绍了注塑模CAE技术的基本原理，时模拟结果进行了分析，并通过几个典型例子说明了如何利足CAE的分析结果解决注塑模设计中出现的问题．1．引言长期以来，我国的注射模设计主要靠设计者的经验和直觉，通过反复试模、修模修正设计方案，缺乏科学依据，具有较大盲目性，不仅使模具的生产周期长、成本高，而且质量也难以保证。对于大型精密、新结构产品，问题更加突出。随着塑料制品应用的日益广泛，传统的注射模生产方式已不能适应现代社会发展对塑料制品产量、质量和更

2、新换代速度的需求。多年来，人们一直期望能预测注射成型时塑料熔体在模具型腔中的流动情况及塑料制品在模具型腔内的冷却、固化过程，以便在模具制造之前就能发现设计中存在的问题，修改图纸而不是返修模具。注射模CAE技术的出现，使人们的这～愿望能变为现实。注射模CAE技术就是根据塑料加工流交学和传热学的基本理论，建立塑料熔体在模具型腔中的流动、传热的物理数学模型，利用数值计算理论构造其求解方法，利用计算机图形学技术在计算机屏幕上形象、直观地模拟出实际成型中熔体的动态充填、冷却过程，定量地给出成型过程的状态参数(如压力、温度、速度等)。利用注射模CAE技术可在模具制造之前，在计算机上对模具设计方案进行分

3、析和模拟来代替实际的试模，预测设计中潜在的缺陷，突破了传统的在注塑机上反复试模、修模的束缚，为设计人员修改设计提供科学的依据。CAE技术的应用带来的直接好处是省时省力，减少试模、修模次数和模具报废率，缩短模具设计制造周期，降低成本，提高产品质量。080年代以来，在国际市场上出现了一些商品化的注射模CAE软件，如美国ACTechnology公司的C-MOLD、澳大利亚MF公司的MoldFlow等，并用于指导实际生产，取得了显著的经济效益。国内是在“八五”期间才开始注射模CAE技术的研究、开发工作，近年来也陆续出现了一些具有自主版权的实用化注射模CAE软件，如郑州工业大学国家橡塑模具工程研究中

4、心开发的Z．MOLD等。CA软件只是一种辅助分析的工具，因此，和其它工具一样，能否做到物尽其用取决于用户的使用水平。尽管关于注射模设计和介绍注射模CAE技术的文献很多，但如何将CAE分析结果用于指导模具设计方面的文献并不多见。以下通过一些典型的CAE分析示例来说明如何用CAE技术解决模具设计中出现的闯题。2．流动分析及其在模具设计中的应用流动分析的目的是预测熔体流经流道、浇口填充型腔的过程。通过流动模拟，可帮助设计者优化产品和型腔设计，确定合理的浇口和流道，预测所需的注射压力和锁模力，发现可能出现的缺陷。由2001年塑料高新科技成果交流会论文集119于塑料熔体的非牛顿特性和流动过程的非等温

5、、非稳态性，导致熔体充模流动过程模拟相当困难，必须借助于数值方法来实现。流动分析的方法主要有两种：一种是分支流动法，它以一维流动分析为基础，把三维塑件从几何上分解成一系列由一维流动单元串联组成流动路径，利用迭代计算，在满足各流动路径的流量之和等于总的注射量条件下，使各流动路径压力降相等。这种方法计算时间短，但难以分析形状复杂的塑件。另一种是流动网络法，它的基本思想是将整个型腔划分为网格，并形成相应于各节点的体积单元，建立节点压力和流入节点体积单元流量之间的关系，得到一组以各节点压力为变量的控制方程，并且根据节点体积单元的充填状况更新流动前沿。目前，流动分析酱遍采用广义Hele．Shaw流动

6、模型，利用有限元／有限差分法混合来耦合求解控制方程，它基本上采用流动网络法基本思想，利用控制体积法建立压力场求解的有限元方程，并对时间和沿厚度方向差分，建立温度场求解的能量方程，以实现注射模充填过程的动态模拟。流动分析需要输入的数据主要包括材料的流变性质、物理性质、浇口和型腔的几何信息以及成型工艺参数等，利用数值分析不仅可以获得诸如充模模式、熔接线和气穴的位置、注射压力和锁模力大小等重要设计数据，还可以获得不周时刻、不同位置模具内的温度，压力，剪切速率等物理量的变化和分布。2．1注塑模流动分析结果的分析2．1．1压力在流动分析中，认为某一点的压力沿厚度方向不变，只是平面位置和时间的函数。沿

7、流动路径中任意两点之间的压力差或压力梯度的存在是流动发生的必要条件，压力和压力梯度的大小取决于聚合物熔体在模具中所遇到的阻力大小，因此，模具中阻碍流体流动的区域如薄壁截面、细流道、长流道等以及高粘度的聚合物熔体需要很高的充填压力和压力梯度。在充模过程中，希望得到均匀一致的压力梯度分布，非均匀的压力梯度往往意味着滞流、过压(飞边、溢料)、欠压(会引起过大的收缩)，因此，在充模过程中应尽量避免压力分布的突变。2．1．2熔体前