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CAE技術(shù)在疊層式注塑模具設計中的應用
0 引言
CAE技術(shù)是一種迅速發(fā)展起來(lái)的信息技術(shù),是實(shí)現重大工程和工業(yè)產(chǎn)品的建模、計算分析、模擬仿真與優(yōu)化設計的工程軟件;是支持工程科學(xué)進(jìn)行創(chuàng )新研究和創(chuàng )新設計最重要的工具和手段。
CAE技術(shù)是利用有限元數值計算方法把產(chǎn)品劃分為有限個(gè)單元,利用假想的線(xiàn)或面將連續的內部和邊界分割成有限大小、有限數目、離散的單元來(lái)研究。即把原來(lái)一個(gè)連續的整體簡(jiǎn)化成有限個(gè)單元體系,從而得到真實(shí)結構的近似模型,最終的數值在這個(gè)離散化的模型上進(jìn)行。經(jīng)過(guò)大量的數值計算,得出單個(gè)“元”的特征數據,再進(jìn)行綜合而產(chǎn)生的實(shí)體數據。其主要功能有:產(chǎn)品設計、工程分析、數據管理、試驗、仿真和制造在內的計算機輔助設計和生產(chǎn)的綜合。
1 分析模型準備
1.1 三維分析模型的建立
設計采用PRO/E建模,經(jīng)過(guò)一系列轉化得到滿(mǎn)足CAE分析需要的三維實(shí)體模型,如圖1所示。
1.2 網(wǎng)格單元的劃分
經(jīng)過(guò)轉化的三維模型,導入Moldflow分析軟件,并按要求輸入縱向長(cháng)度和橫向長(cháng)度自動(dòng)劃分網(wǎng)格,得到初步網(wǎng)格圖形。本分析由于是疊層式模具分析,故要對已經(jīng)劃分的實(shí)體進(jìn)行處理,使其疊層,如圖2所示。
1.3 對自動(dòng)劃分網(wǎng)格的檢查和修補
自動(dòng)劃分出來(lái)的網(wǎng)格大部分能夠滿(mǎn)足分析要求,但為了分析數據的精確,有個(gè)別的需要人工修補。Moldflow為分析工作者提供了大量的網(wǎng)格劃分檢查和修補工具,可以使網(wǎng)格修補達到分析要求精度。本設計經(jīng)過(guò)自動(dòng)劃分、網(wǎng)格統計檢查、網(wǎng)格自動(dòng)修補、人工修補網(wǎng)格,最后得到的網(wǎng)格單元數為44
097,最大縱橫比為9. 617 8,最小縱橫比為1.157 14,平均縱橫比為2. 896
24,網(wǎng)格匹配率為86.1%。
2 對注塑模制品的模擬分析
Moldflow分析主要包括充填( fill)分析、流動(dòng)(flow)分析、冷卻(cool)分析和翹曲(warp)分析。
2.1 澆口位置和數目分析[5-6]
本設計的制品較大,其規格尺寸: 600 mm×350mm×70
mm。采用多澆口形式,澆口最佳位置采用Moldflow進(jìn)行確定。通過(guò)改變澆口位置、改變分流道直徑和澆口數量等方法,得出其澆口為4個(gè),流道半徑為8
mm,如圖3所示。
2.2 填充時(shí)間分析
在澆口分析工藝參數的基礎上,所需充填時(shí)間分析,如圖4所示？梢钥闯,當達到1.70 s時(shí),制品已經(jīng)完全充滿(mǎn)。
2.3 澆口壓力分析
澆口壓力除影響充填效果外,對制品的質(zhì)量也有很大的影響。如果壓力較小,制品充填不足;壓力較大,熔融料會(huì )大幅度增加剪切應力,引起料溫急劇升高,導致炭化,還有可能造成噴射的形成。本設計的壓力分析曲線(xiàn),如圖5所示。從圖中可以看出,開(kāi)始充填時(shí),壓力逐漸升高;壓力達到96MPa時(shí),充填過(guò)程結束,進(jìn)入保壓階段;以80
MPa壓力保壓。
2.4 流動(dòng)前沿溫度分析
流動(dòng)前沿溫度是衡量物料充填后制品質(zhì)量的重要指標。流動(dòng)前沿溫度過(guò)低將使制品外觀(guān)質(zhì)量較差,外壁不光滑,有魚(yú)鱗紋產(chǎn)生,嚴重時(shí)會(huì )使制品不能充滿(mǎn)或熔接處有明顯的熔接痕跡,熔接處強度差;流動(dòng)前沿溫度過(guò)高,會(huì )使物料分解,制品變色,制品表面有凹坑,內部有氣孔出現,同樣影響產(chǎn)品質(zhì)量。ABS成型溫度一般在210~250℃左右[5]。
從圖6可以看出,通過(guò)CAE分析,流動(dòng)前沿溫度均為232.7℃,在成型溫度的范圍內。這說(shuō)明所采用的注塑參數在保證產(chǎn)品質(zhì)量方面是安全的。
2.5 體積收縮率分析[1,6-9]
體積收縮率分析可以預測制品收縮信息,避免由于收縮不均而產(chǎn)生內應力、翹曲等問(wèn)題。從圖7可看出,各處體積收縮相對均勻,收縮率基本在4.6%左右,接近設計制品時(shí)考慮的收縮率(5%
)。
2.6 冷卻分析
冷卻分析用來(lái)分析模具內的熱傳遞,這階段對產(chǎn)品質(zhì)量的影響非常大。冷卻的好壞直接影響產(chǎn)品的最終表面質(zhì)量、制件殘余應力和結晶度等。冷卻時(shí)間的長(cháng)短決定了制品脫模時(shí)的溫度和成型周期,影響產(chǎn)品成本。本設計管道的布局,如圖8所示。采用水冷卻,設定進(jìn)口溫度為25℃,雷諾系數設在湍流臨界點(diǎn)附近4000。
從圖8可以看出,制件溫度分布均勻,平均都在49℃左右。
2.7 翹曲分析
翹分析主要用來(lái)判定采用熱塑性材料成型的制件是否會(huì )出現翹曲,并找出導致翹曲的原因,如圖9所示。
由圖9可看出,制品在X、Y方向的翹曲較嚴重。經(jīng)分析,這主要是由于冷卻管道出入口溫度差異引起的。如果要得到比較準確的成型尺寸,就要重新設計冷卻管道的布局,減少管道出入口溫度差異。簡(jiǎn)單的方法是減少管道長(cháng)度,增加進(jìn)出口個(gè)數？照{面板框在使用時(shí)鑲嵌在箱體上,小翹曲對使用影響不大,此分析結果基本上可以滿(mǎn)足需要。
3 結論
基于CAE技術(shù),經(jīng)過(guò)多次設定參數、多次分析,找到了空調面板框體疊層式模具生產(chǎn)工藝參數和可能產(chǎn)生的問(wèn)題;并就可能產(chǎn)生的問(wèn)題分析優(yōu)化,最終得到了相對較好的模具設計方案和成型工藝參數。改變了傳統的模具設計思路,提高一次試模成功率,為模具的設計和順利應用提供了更高的安全系數。這不僅是對傳統模具設計制造方法的一次突破,而且對減少甚至避免模具返修、報廢,提高制品質(zhì)量,降低成本等,都有著(zhù)重大的技術(shù)經(jīng)濟意義。
轉自：互聯(lián)網(wǎng)
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