CADCAE技术在塑料模具中的应用 - 图文

图2-2 传统的注塑成型方法基本步骤

图2-3现代模具CAE开发步骤

2.4 CAE技术在注塑模具中的主要应用

2.4.1优化塑料制品设计

应用CAD技术可以设计出产品的大体结构，再通过CAE技术进行结构分析、可行性评估和优化设计。协助设计师改进产品形状、设计合理壁厚、选择最佳成型性能塑料，快速地设计出最优的塑料产品。采用模具 CAD/CAE技术后，制件一般不必再进行原型试验，制件的形状能逼真地显示在计算机屏幕上，有限元分析能够进行力学性能检测。塑料产品的壁厚大小、结构设计等直接影响到塑件的成型和产品质量，如果完全依靠产品设计师的经验，不但费力、费时，而且设计的产品不够合理。CAE能够分析产品受外界载荷情况下的机械性能，预测在载荷、温度作用下产生的应力、变形，得到结构应力分布情况，优化产品的强度、刚度设计。对于纤维增强塑料，根据流动分析和塑料品种确定材料的机械性能；对纤维化塑料，采用集成分析工具来预测和优化注塑过程的纤维取向，提高制件的性能。

2.4.2塑料模结构分析

随着模具质量要求的提高和现代设计技术的发展，模具设计不能仅仅是完成设计，而应该采用现代设计方法对设计的模具进行各种分析，检验模具结构设计是否合理，分析结构不合理的原因和位置，在CAD软件中进行相应修改，再用CAE软件进行各种性能检测，最终确定出符合性能、经济等要求的模具。

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CAE对塑料模结构分析的主要应用在以下几方面：模拟模具的实际使用条件，施加约束和载荷等外部条件，进行模具强度和刚度分析；抗冲击试验模拟，分析随时间变化的载荷对结构的影响，对模具结构提供完整的评估与解决方案；跌落试验模拟，分析模具因碰撞或跌落产生的力、变形、应力、位移对模具结构的影响；模拟模具中的温度分布，分析各种材质模具的散热能力；对在集中载荷、循环载荷和常值位移作用条件下，或在高温、低温条件下工作的模具，进行初步的疲劳和蠕变分析。

2.4.3优化注塑工艺参数

由于经验的局限性，工艺师很难精确地选择合理的注塑工艺参数。 CAE 可以模拟塑件注塑成型全过程，预测产品可能产生的缺陷。CAE通过对注塑成型过程的定性与定量描述，知晓塑料在模具型腔内的流动情况，帮助工艺师选择合适的塑料品种、成型设备，确定最佳的注塑压力、注塑时间、冷却时间、塑料温度、锁模力、模具温度、保压压力和保压时间等工艺参数，在对各种成型方案进行对比后得到最优的工艺方案。

2.4.4模具设计的重要工具

传统的模具制造要经过反复试模、修模，才能完善设计。利用CAE技术，可以对型腔尺寸、浇口位置及尺寸、流道和冷却系统等进行优化设计，在计算机上进行试模、修模。CAE 软件可以作为设计工具，分析充填过程、冷却时间、熔接缝与气穴的位置、制件最终形状等，模具设计师可参考这些信息完成模具设计。

2.4.4.1确定模具浇注系统方案

浇注系统对注塑成型质量、模具寿命影响极大，确定合理的浇注系统是模具设计的一项重要工作，也是注塑CAE分析最基本的功能。根据产品和塑料材料性能、工艺参数，CAE的流动分析模块可以模拟塑料在模具中的流动，从动态的填充时间、填充结果查看塑料填充流动的合理性、熔接痕位置，确保填充平衡、塑料能均匀同步地充填到制件的各部位；保压、冷却和变形等分析模块可以检验制件的质量、优化流道设计，选择浇口的最佳位置、形式，得到合理的模腔布局、模腔壁厚、材料、填充和

保压的工艺参数。通过对不同浇注系统的分析比较，选择模具浇注系统的最佳设计方案。

2.4.4.2冷却分析

冷却分析系统对模具的冷却系统进行分析，优化设计冷却回路的布局和参数，使得产品冷却均匀、减小内应力。根据冷却效果计算出冷却时间的长短，确定产品的注塑成型周期，尽量缩短冷却时间，缩短成型周期。

2.4.4.3翘曲分析

塑件的翘曲变形很复杂，尤其是薄型零件。翘曲分析可以根据注塑设备、材料特性、环境条件和冷却情况，预测并减少翘曲变形。通过分析整个塑件的翘曲变形，得到产品产生翘曲的主要原因以及相应的补救措施。

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第三章CAD/CAE技术在塑料模具中的应用实例

3.1 建模及前处理

如图3-1塑件，其整体尺寸约为224×50×35mm, 形状较复杂，有较高的柱状突起，现采用moldflow软件对其成型性能进行分析。

图3-1 3D模型

在UG中建模,将文件格式转化为stl格式文件，然后导入moldflow，采用fusion网格进行划分，如下图3-2所示：

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图3-2 划分网格后的模型

对划分后的网格进行处理，包括自由边的处理，纵横比的修复，处理相交和重叠的单元，调整单元取向使其一致，网格处理完后，网格匹配率达到89.8%。（一般网格匹配率需要85%以上分析较为准确）

3.2 浇口位置的分析

先采用moldflow进行最佳浇口位置的分析，经计算，如下图所示：深蓝色区域为较理想的浇口选择区域

图3-3 最佳浇口位置分析

分析上述结果，由于考虑到脱模方向为沿柱状方向，而且本产品采用一模两件，综合考虑各个方面，最后浇口位置定为如图3-4所示：采用侧浇口进胶。

图3-4 进浇口位置的确定

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