CAE技術(shù)注塑模具設(shè)計(jì)研究

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1、CAE技術(shù)注塑模具設(shè)計(jì)研究 摘要: 塑料熔體在成型過程中會(huì)經(jīng)歷非常復(fù)雜的流動(dòng)過程和傳熱過程,如果在注塑模具設(shè)計(jì)中引入CAE技術(shù),采用分析和模擬模擬設(shè)計(jì)方案取代之前的實(shí)際試模,以便提前發(fā)現(xiàn)存在的技術(shù)缺陷,并對(duì)此做出及時(shí)修改。本文主要對(duì)注塑模內(nèi)流動(dòng)與傳熱數(shù)值分析理論進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述,并通過實(shí)例闡述了如何在注塑模具設(shè)計(jì)中利用CAE技術(shù)以及如何利用該技術(shù)解決出現(xiàn)的問題。 關(guān)鍵詞: 注塑成型;CAE;技術(shù);模具設(shè)計(jì) 注射模CAE技術(shù)指的是通過利用塑料加工流變學(xué)基本理論以及傳熱學(xué)理論,構(gòu)建塑料熔體在模具內(nèi)部流動(dòng)和傳導(dǎo)的模型,通過計(jì)算得出其中的求解方法

2、,并通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù),將熔體的填充過程、冷卻過程生動(dòng)、直觀地呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)屏幕上,并確定整個(gè)成型過程的具體參數(shù)。在模具制造過程中應(yīng)用注射模CAE技術(shù),利用計(jì)算機(jī)技術(shù)分析模具設(shè)計(jì)方案,并模擬成型過程,取代實(shí)際試模過程,以便提前知曉可能存在的缺陷,并制定出改進(jìn)措施。這種方式擺脫了反復(fù)試模、修模的限制,便于設(shè)計(jì)人員對(duì)模具做出修改和調(diào)整。CAE技術(shù)在注塑模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,不僅節(jié)省了時(shí)間成本和人力成本,減少了修模次數(shù),提高了模具合格率,減少了模具設(shè)計(jì)制造成本。 一、流動(dòng)分析及其在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 之所以進(jìn)行流動(dòng)分析,主要是對(duì)熔體流經(jīng)流道以及澆口填充型腔的過程進(jìn)行預(yù)測(cè),這樣一來,

3、設(shè)計(jì)者確定的流道和澆口會(huì)更加合理,通過對(duì)鎖模力和注射壓力進(jìn)行預(yù)測(cè),從而更好地發(fā)現(xiàn)其中的缺陷,以便及時(shí)做出修改和調(diào)整,優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì),提高產(chǎn)品質(zhì)量。從當(dāng)前來看,Hele-Shaw流動(dòng)模型在流動(dòng)分析實(shí)際過程中應(yīng)用最廣泛,該模型通過使用控制體積法對(duì)熔體前沿進(jìn)行跟蹤,以便采用動(dòng)態(tài)化模擬法來模擬注射模的填充過程。經(jīng)過流動(dòng)分析,我們可以獲得更準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),如熔接線位置、氣穴位置、充模模式、鎖模力大小、注射壓力大小等,與此同時(shí),我們還可以更確切地了解到不同時(shí)間點(diǎn)下的不同位置下的模具內(nèi)的物理量分布情況和變化情況,它包括溫度、剪切速率以及壓力等物理量。流動(dòng)分析結(jié)果可以幫助設(shè)計(jì)人員及時(shí)對(duì)模具設(shè)計(jì)進(jìn)行修改,有利于模

4、具設(shè)計(jì)工藝的提高。流動(dòng)分析需要用到包括材料的物理性質(zhì)、流變性質(zhì)、成型工藝參數(shù)、澆口和型腔的參數(shù)等在內(nèi)的數(shù)據(jù),經(jīng)過流動(dòng)分析,我們可以獲得更準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),如熔接線位置、氣穴位置、充模模式、鎖模力大小、注射壓力大小等,與此同時(shí),我們還可以更確切地了解到不同時(shí)間點(diǎn)下的不同位置下的模具內(nèi)的物理量分布情況和變化情況,它包括溫度、剪切速率以及壓力等物理量。 二、冷卻分析在注射成型及模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 熔劑在冷卻過程中會(huì)受到模壁溫度以及溫度均勻性的影響,而這兩種因素會(huì)對(duì)塑件質(zhì)量以及生產(chǎn)效率產(chǎn)生直接影響。在多種因素的影響下,注射模的溫度狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化,冷卻系統(tǒng)主要對(duì)注射模的溫度進(jìn)行控制和

5、調(diào)節(jié),冷卻系統(tǒng)如果效率高,卻溫度控制均衡,注射模的冷卻時(shí)間便可以大大縮短,同時(shí)塑件的殘余應(yīng)力能夠減少,成型效率提高,從而生產(chǎn)出更高質(zhì)量的塑件。注塑模的冷卻過程涉及到熱的傳導(dǎo),是一個(gè)不穩(wěn)定的過程,冷卻系統(tǒng)中的各個(gè)物理參數(shù)和幾何參數(shù)會(huì)直接影響到模具內(nèi)溫度和熱流,因此必須采用三維熱擴(kuò)散方程求解??扇S熱擴(kuò)散方程的計(jì)算過程十分復(fù)雜,導(dǎo)致它的實(shí)際應(yīng)用性較差。由于模具運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定之后,模具內(nèi)溫度在一定周期內(nèi)隨著時(shí)間變化的程度不大,因此可以利用穩(wěn)態(tài)冷卻過程將之前的瞬態(tài)過程取而代之。模具的三維溫度場(chǎng)計(jì)算演變?yōu)閷?duì)Laplace方程的求解。邊界元法離不開區(qū)域邊界,可以應(yīng)用于分析模具溫度場(chǎng)領(lǐng)域。從模具的結(jié)構(gòu)特征出發(fā),將

6、中緬模型與線單元分別應(yīng)用于型腔以及冷卻管道,這樣一來,冷卻過程分析結(jié)果的精確度以及穩(wěn)定性不僅能夠得到有效保證,而且也能減少繁瑣的計(jì)算量。冷卻模擬所需要的數(shù)據(jù)包括:型腔的大小、形狀、冷卻孔的位置、大小以及連接關(guān)系等;塑料材料、模具材料以及冷卻液的比熱、密度,此外還有冷卻液的粘度等;脫模、冷卻液以及塑料熔體的溫度、冷卻液流量等。設(shè)計(jì)人員利用冷卻分析結(jié)果可以對(duì)冷卻截止的流動(dòng)狀態(tài)、雷諾數(shù)分布、冷卻液流量、模壁溫度、冷卻時(shí)間等做出準(zhǔn)確預(yù)測(cè),從而幫助設(shè)計(jì)人員優(yōu)化模具設(shè)計(jì)方案,提高模具生產(chǎn)質(zhì)量。 三、結(jié)語 在注塑模具設(shè)計(jì)中引入CAE技術(shù)之后,傳統(tǒng)的注塑模具生產(chǎn)開始邁入現(xiàn)代化發(fā)展階段,傳統(tǒng)的注射模生產(chǎn)方式被先進(jìn)的生產(chǎn)工藝所取代,可是CAE技術(shù)在當(dāng)前還不能將人的工作完全取代,它充其量是一種幫助人判斷設(shè)計(jì)方案是否可行的工具,并不能為人類提供行之有效的改進(jìn)方案。因此,設(shè)計(jì)人員需要反復(fù)分析、反復(fù)修改,這樣才能優(yōu)化模具設(shè)計(jì)方案,顯然,設(shè)計(jì)人員自身經(jīng)驗(yàn)以及設(shè)計(jì)水平對(duì)設(shè)計(jì)方案具有很大影響。如今,CAE技術(shù)不斷提高,人們開始將CAE技術(shù)與模具優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)相結(jié)合,目的是提高模具產(chǎn)品質(zhì)量。

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