分享注塑模CAE技术

小黄豆

阐述了注塑模cae技术的历史，探讨了注塑模cae技术在注塑模设计中的作用，并介绍了具有代表性的注塑模cae软件——moldflow软件的组成和其三种模流分析技术，最后指出了当今注塑模cae技术的发展趋势。
　　关键词：注塑模cae；模流分析。
; x+ ]6 L/ z" ?7 H# H" V, s& _　　引言
  n, h* Z5 \7 k0 G( M　　塑料产品从产品设计到成型生产包括塑料制品设计、模具设计、模具制造和注塑工艺参数选择等几个主要方面。传统的注塑模具设计主要依靠设计人员的经验，而注塑成型过程非常复杂，塑料熔体的流动性能千差万别，制品和模具的结构千变万化，工艺条件各不相同，成型缺陷各式各样，模具设计往往需要反复的试模、修模才能投入生产，很少有一次成功的，发现问题后，不仅要重新调整工艺参数，甚至要修改塑料制品和模具，不但费时费力，而且降低了产品的开发速度。而利用注塑模cae技术可以在模具制造前，模拟注塑过程（包括充填、保压及冷却）并及早发现问题，优化模具设计和工艺条件设定，减少试模次数以提高生产效率，现已成为注塑加工技术的一个重要发展方向。
: R6 o2 c: A/ r# P) b1 J3 s+ j* K0 I　　注塑模cae技术的历史
3 p/ S1 D# U3 J; |* ?　　注塑模cae技术是根据塑料加工流变学和传热学的基本理论，建立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，利用计算机可视化技术形象、直观地模拟出实际成型中熔体的动态填充、冷却过程的一门分析技术。
( \; z% M8 N/ C+ e　　20世纪60年代，英国、美国和加拿大等国的学者如j.r.pearson(英)、j.f.stevenson（美）、m.r.kamal(加)和k.k.wang(美)等开展了一系列有关塑料熔体在模具型腔内流动与冷却的基础研究。在合理的简化基础上，60年代完成了一维流动与冷却分析程序，70年代完成了二维冷却分析程序，80年代注塑模cae技术开始从理论研究进入实用化阶段，开展了三维流动与冷却分析并把研究扩展到保压、纤维分子取向以及翘曲预测等领域。进入90年代后开展了流动、保压、冷却和应力分析等注塑工艺全过程的集成化研究。
& Y9 \. Z6 O! M- |　　cae技术的出现，为注塑模设计提供了可靠的保证，它的应用是模具设计史上的一次重大变革。
5 `, I- X7 f8 u, G7 F　　注塑模cae技术的作用
- ~3 N* M5 ?$ j: M& h　　图1和图2 给出了利用传统方法设计注塑模具和利用注塑模cae 技术设计模具的特点和差异。从中可以看出利用传统方法设计注塑模具，设计成功与否将很大程度上依赖设计者的经验，而且对复杂零件浇口位置的合理与否，排气槽位置的设置、熔接线位置的确定等都十分困难。模具在交付使用之前一般需经过反复试模修改，直到得到合格的制品为止，从而不可避免地造成了生产周期的延长，而且一般也难以得到最优的设计方案和工艺参数。而利用注塑模cae技术设计模具则不然，由于在模具设计构思阶段，可利用注塑模cae 技术进行流动过程模拟，使得通常只有在模具试模阶段才能发现的问题，如短射，熔接线或气孔出现在外观零件表面等问题得以避免。同时帮助设计人员完成诸如流道系统的平衡设计，排气槽的设置，合理确定注塑工艺参数等工作，这样使得通常在必须反复试模修改而确定的模具结构参数和工艺参数在模具设计构思阶段得以确定，缩短了模具设计制造周期、提高了模具设计质量。
; L0 F! o: Y8 `* V+ L! |　　所以注塑模cae软件的作用主要表现为：
' P! ]7 E8 A* c+ a, A) w" N　　（1）优化塑料制品设计
7 T) {! x7 o+ T/ _4 d6 K$ m' N　　塑料的壁厚、浇口的数量及位置、流道系统的设计等对于塑料制品的质量有重大影响。以往全凭设计者的经验，用手工方法实现，费时费力，而利用cae技术，可快速设计出最佳的制品。
) B( c. c1 J: O# b! |( ^　　（2）优化塑料模具设计
　　可以对型腔尺寸、浇口位置及数量、流道尺寸和冷却系统等进行优化设计。在计算机上模拟试模、修模和提高。