文档介绍：CAE技术在注射模具设计及制造中的应用
CAE技术同CAD、CAM技术一样,是当今数字化设计领域重要的组成部分。本文阐述了CAE技术的重要作用及MPI中各分析模块的作用,通过应用MOLDFLOW/MPI软件对电脑面板模具进行CAE综合分析,希望能对模具设计人员有所启发。

一、引言
    模具是生产各种工业产品的重要工艺装备,随着塑料工业的迅速发展,以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用,产品对模具的要求也越来越高,传统的模具设计方法已无法适应当今的要求。
    与传统的模具设计相比,计算机辅助工程(CAE)技术无论是在提高生产率、保证产品质量方面,还是在降低成本、减轻劳动强度方面,都具有极大的优越性。美国MOLDFLOW上市公司是专业从事注塑成型CAE软件和咨询公司,自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来,一直主导塑料成型CAE软件市场。MOLDFLOW一直致力于帮助注塑厂商提高其产品设计和生产质量,MOLDFLOW的技术和服务提高了注塑产品的质量,缩短了开发周期,也降低了生产成本,MOLDFLOW已成为世界注塑CAE的技术领袖。
二、CAE技术的作用
    利用CAE技术,可以在模具加工前,在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析,准确预测熔体的填充、保压和冷却情况,以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况,以便设计者能尽早发现问题并及时进行修改,而不是等到试模后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破,而且在减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等方面,都有着重大的技术、经济意义。塑料模具的设计不但要采用CAD技术,而且还要采用CAE技术,这是发展的必然趋势。
三、CAE技术应用实例
   
    制件为电脑面板,一模一腔,材料为CHIMEI ABS‘POLYLAC PA707’。采用MPI的流动、保压、冷却和变形分析模块检查塑件的质量,并得到优化的流道设计。
   
    可在其他CAD软件中建模,MOLDFLOW通过图形接口,直接读入CAD模型,或在MOLDFLOW建模模块中直接建模。
    模型及浇注系统,浇注系统初始设计使用两个侧浇口,如图1所示。
图1 模型及其浇注系统
   
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    (1)填充分析
    填充型式较为均匀,因此锁模力不会过大,如图2所示。
图2 塑料填充形式
    在本方案中,从浇口到填充末端的距离很长,因此需要采用合适的保压工艺。
    (2)温度分布分析
    大部分温度分布在允许范围之内,但在一些较薄区域,料流前峰温度非常低,需要适当调整注塑工艺参数, 以免在这些区域产生短射和应力集中。
    温度分布,如图3所示。
图3 温度分布
    (3)体积剪切速率分析
    体积剪切速率必须低于允许值(许用值为50000 1/sec),特别是在浇口区域。如果超过这个限制,材料很容易发生降解。
    在这个方案中,体积剪切速率可能会是一个问题,如果真有可能产生降解的话,可以通过降低注塑速率和增加浇口的尺寸来解决,经过在实践中的运用,证明加大浇口尺寸的措施是切实可行的。
体积剪切速率,如图4所示。
图4 体积剪切速率
    (4)困气分析
    塑件上困气的位置,如图5所示。
图5 塑件上困气的位置
    大部分困气出现在筋和边的末端,因此除了顶部,其他区域不易发生烧焦和短射现象。为了防止困气,也为了得到更好的熔接痕,必须减小顶面末端的厚度,同时在筋处适当加一些小顶杆以方便排气,不过该模具主要还是通过分型面排气。
    (5)熔接痕分析
    塑件上熔接痕的位置,如图6所示。
图6 塑件上熔接痕的位置
    有四条熔接痕比较明显,要移动和消除熔接痕,我们必须修改塑件的壁厚和浇口的位置。在不影响塑件本身的强度和装配的前提下,要在熔接痕位置处对塑件壁厚进行适当处理,同时通过适当的工艺调整,尽量减少熔接痕的产生。
    (6)缩痕分析
    缩痕深度,如图7所示。
图7 塑件上缩痕深度
    除了浇口区域,,因此缩印不明显,并不会影响产品的外观。
    (7)模具冷却分析
    模具的冷却温度分布,如图8所示。
图8 模具冷却温度分布
    该方案中模具的冷却效果较好,当冷