注塑模的CAE技术及实例分析

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1、注塑模的CAE技术及实例分析1.注塑模CAE技术国内外研究现状1.1CAE技术概述及其在注塑成型中的应用计算机辅助工程分析，是应用计算机分析几何模型物理问题的技术，可以让设计者进行仿真以研究产品的行为，进一步改良或最佳化设计。目前在工程运用上，比较成熟的CAE技术领域包括结构应力分析、应变分析、振动分析、流体流场分析、热传分析、电磁场分析、机构运动分析、塑料注塑成型模流分析等等。有效地应用CAE，能够在建立原型之前或之后发挥功能协助设计变更，协助排除困难，累积知识经验，系统化整理，建立设计准则。CAE以使用近似的数值方法来计算求解，而不是传统的

2、数学求解。数值方法可以解决许多用纯数学所无法求解的问题，应用层面相当广泛。因为数值方法应用许多矩阵的技巧，适合使用计算机进行计算，而计算机的运算速度、内存的数量和算法的好坏就关系到数值方法的效率与成败。注塑模CAE技术以有限元分析为基础进行模流分析，其分析模型是将产品的几何模型曲面离散为三角形或四边形形式的网格元素形态表示。注塑模CAE技术可用来帮助模具设计者及注塑成型加工者在开模前及生产过程中经由电脑模拟的结果了解熔体在充填、保压及冷却过程中的各种状态，如温度、压力、流速、密度、剪切力及应变等的分布与变化情况，进而由这些资料决定适当的产品及模

3、具设计。例如可决定适当的壁厚及其变化，可决定流道尺寸大小，选择最佳浇口位置，多模穴的安排，熔接线及排气孔位置的预测，冷却水管的设计等，并可建立加工视窗，提供适当的保压时间、保压压力、注射压力、加工温度、模具温度等，同时，可预测所需锁模力及成型品收缩率。注塑成型分两个阶段，即开发设计阶段(包括产品设计、模具设计和模具制造)和生产阶段(包括购买材料、试模和成型)。传统的注塑成型方法基本步骤如图一所示，图一为现代模具开发步骤。传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置

4、工艺参数，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。采用技术，完全可以代替试模，技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，在模具制造之前，预测塑料熔体在型腔中的整个成型过程，帮助发现潜在的问题，有效地防止问题发生，大大缩短了开发周期，降低生产成本。图1-1结合CAE的设计方法1.2注塑模CAE技术研究现状近年来模具及塑料加工领域发展最快的是技术，通过对成型加工过程进行数值模拟，研究加工条件的变化规律，预测制品的结构和性能，选择制品、模具设计及工艺条件的最佳方案，使成型加工从一项实用技术变为一门应用科学。注塑模CAE

5、技术是根据塑料加工流变学和传热学的基础理论，通过建立熔体在模具型腔中的流动和传热的数学模型，利用计算机图形学将动态流动过程直观地显示到屏幕上。注塑模技术是一门工程应用技术，它的出现为快速解决注塑成型过程的工程实际问题提供了帮助。如果在塑料的加工过程中的流动、传热以及在力场和热场作用下所出现的物理、化学变化没有深入的、科学的认识，就不能生产出质量优良的制品。所以各国都非常重视注塑模CAE技术。1978年推出了第一个注塑成型充填阶段的模拟软件MOLDFLOW。80年代，随着C-MOLD软件的问世及其他一些软件广泛用于注射成型过程，模具设计才成为依赖

6、于计算机预测的工程科学。自80年代以来，北美和欧洲的许多研究小组对聚合物熔体流经管道、口模和成型设备的各个方面进行了深入的调查、研究，推出了关于聚合物流动的有限元分析软件FIDAP,POLYFLOW,NEKTON和POLYCAD等。90年代，己将研究重点置于材料的粘弹性、复杂三维模拟以及取向、残余应力和固化现象的研究。另外，计算方法在双螺杆挤出、热成型、薄模吹塑、反应注射成型和气体辅助注射成型的工艺条件设定方面的应用，也成为研究热点。可以预见，注塑模CAE技术将被广泛采用，成为解决塑料成型加工和模具设计中各类问题的标准工具和手段。国内开展注塑模

7、CAE研究起步较晚，但通过不懈的努力，以及对国外软件开发经验与技术的吸收和研究，发展较快，并取得了一定的成果。华中理工大学模具技术国家重点实验室自行开发了国内第一个注塑模CAD/CAM/CAE集成系统HSC2.0，其水平达到了国外年代初期的先进水平，最近推出HSC5.0。浙江大学、上海交通大学、四川大学、大连理工大学、郑州工业大学、合肥工业大学、北京化工大学等在注射模CAD/CAM/CAE系统研究方面都做了许多研究工作。北京华正模具研究所与美国AcTech公司合作开发的面向注射模的中文辅助分析软件CAXA-IPD，采用了国际上CAE技术的最新成

8、果。注塑模CAE技术的应用在国外己相当普遍，而在我国注塑模具设计仍停留在以经验为主导的设计模式，成熟的注塑模用户屈指可数。主要原因在于以下几方面:(1