1、4 模具CAE的應用基礎 本章內容：介紹CAE技術在注塑模具分析以及覆蓋件模具分析中的應用知識 1對注塑流動、保壓、冷卻等注塑成型過程進行數(shù)值模擬、可視化動態(tài)顯示以及統(tǒng)計計算。使得模具制造之前，預測模具設計和成型條件對產品地影響，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的缺陷，為判斷模具設計條件是否合理提供科學的依據(jù)。有效降低產品、模具設計的盲目性。縮短制造周期，降低生產本錢。塑料成型分析的優(yōu)點24.2 注塑成型分析系統(tǒng)主要功能 澆口位置預測 分析系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的材料特性參數(shù)、工藝參數(shù)、模具狀態(tài)參數(shù)，結合幾何模型造型特征，預測最適宜的澆口位置，使熔體盡可能同時充滿整個型腔，塑料件在成型過程中產生最小的變形，防止熔接痕和

2、氣孔的產生。 3流動分析 流動分析可以預測熔體流經流道、澆口填充型腔的過程。預測所需的注射壓力和鎖模力 平衡流道系統(tǒng)設計 預測熔接線的位置 預測可能存在的氣穴位置 預測制品中的分子流動或纖維取向 4一維流動分析 所謂一維流動，指的是熔體的流動可以用單方向的路徑來表征，簡稱為流動（flow）。注塑型腔內塑料熔體的流動可以分為三種根本形式： 1）圓管流動 2）矩形板流動 3）徑向流動一維流動的三種形式5二維流動分析 二維流動分析就是將任意形狀的三維塑件模型展平成二維模型并分解成許多一維流動的根本單元來進行一維分析。 三維模型無蓋盒子展開為二維模型展平6三維模型圓桶近似展開為二維模型展平7三維模型圓

3、桶近似展開為二維模型8冷卻分析 通過冷卻分析可以優(yōu)化加工條件；改進型腔外表冷卻均勻性；減少剩余應力的翹曲變形，改善制品質量；縮短冷卻周期，提高生產率；改進制品設計，防止局部冷卻不均；確定冷卻條件，冷卻設備；降低生產本錢。 9據(jù)統(tǒng)計，注塑成型周期中5%的時間用于注塑成型，15%時間用于頂出，80%的時間用于冷卻。 注射成形后的塑件在型腔中的冷卻，其8095的熱量是通過模具金屬傳導至冷卻水路中去，所以模具溫度的設計可以看成冷卻水路的設計。 10衡量冷卻系統(tǒng)優(yōu)劣的標準主要有兩條： 冷卻時間是否最短；塑料制品外表溫度是否均勻。 11翹曲分析 翹曲分析可以獲得翹曲變形的完全描述，包括線性、線性彎曲和非線

4、性，并形象化的顯示不同位置的翹曲量，同時指出產生翹曲的主要原因以及相應的補救措施。 12材料和注塑工藝分析 在注塑成型分析中同時可以進行塑料材料和注塑工藝的分析。對于熔體充填不理想的情況，可以重新選擇適宜的注塑材料，如流動性能的提高等。此外可以修改注塑的工藝，由此為模具的試模和制品的生產提供指導性的意見。 134.3 注塑模具CAE軟件的組成局部 數(shù)據(jù)庫 常用的一些注塑模流動模擬分析軟件如Moldflow軟件包均帶有塑料材料性能數(shù)據(jù)庫，提供世界各國主要塑料制造企業(yè)所生產的各種塑料的性能參數(shù)，以供系統(tǒng)在計算中查詢。 14幾何造型和網格劃分模塊 幾何造型模塊用于型腔、澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的實體造型，

5、是整個CAE分析的基礎。一般的注塑模擬軟件均提供造型功能，可以方便的生成澆口、澆道、分流道、冷卻管等模型元素。 15工藝參數(shù)設置模塊 在分析之前要預先指定工藝參數(shù)，包括充填時間，注塑溫度，流量，注塑壓力，模具外表溫度等，供分析計算模塊調用。 16分析計算模塊 包括流動分析、保壓分析、冷卻分析和翹曲分析模塊等，是注塑模CAE分析軟件的核心。 17結果顯示 將CAE軟件得到的結果可視化，可提供壓力場、速度場、溫度場、應力場等的瞬態(tài)圖及動畫顯示。模具設計人員根據(jù)這些圖表和數(shù)據(jù)，判斷模具設計是否合理，并進行修改。 184.4 注塑成型分析的一般流程 分析材料庫選擇材料材料文件塑件庫編輯模型網格文件工藝

6、庫選擇工藝工藝文件流動分析冷卻分析翹曲分析結果流動分析翹曲分析冷卻分析19三維冷卻分析的步驟： （1）塑件造型；（2）冷卻線路造型；（3）運行分析程序；（4）顯示分析結果，進行評價；（5）修改冷卻線路或者改變冷卻液溫度和流量；（6）重新運行分析程序，優(yōu)化結果。 20計算步驟前置處理工藝參數(shù)設置 分析計算 后置處理 21前置處理所謂前置處理是指在進行計算機輔助分析之前所要做的數(shù)據(jù)準備，如分析對象的計算機輔助造型、有限元網格的劃分，以及初始數(shù)據(jù)設置。 2223造型中的曲面缺陷由于存在隙縫，分析時可能造成錯誤。24網格劃分后的手機外殼圖13.3-6 網格劃分后的手機外殼25注塑分析的參數(shù)設置材料選擇

7、 26工藝設置充填控制速度/壓力保壓控制模具溫度塑料溫度纖維方向27工藝設置28注塑件成型分析 經過流動模擬分析，結果如可見熔融塑料在型腔中流動填充情況良好，無短射現(xiàn)象；但有大量熔接線及氣穴，熔接線及氣穴位置如下圖。 293031壓力及溫度分布型腔壓力場和溫度場分布情況顯示壓力與溫度均以澆口位置為中心遞減，最大壓力為148.6MP。流動過程中的剪切應力和剪切速度，均在材料要求范圍內，模壁處最大剪切應力為8.7MP。32壓力分布33應力分布34三種澆口改進方案35三種方案的分析結果改進方案填充時間（S）最大鎖模力(T)最大注射壓力(MP)最大收縮率(%)A0.9916.1860.794.19B1

8、.1119.0890.283.96C1.1118.1486.545.1436塑件產生翹曲的因素 塑件本身的結構和形狀導致產品易變形； 模具結構的設計導致的變形； 注塑工藝的設計與控制導致的變形。 37手機外殼注塑時的溫度分布38手機外殼模具的冷卻水道布局 39塑件翹曲分析 40改進后分析由于手機外殼的結構由其功能設計已定，因此只有進一步改進模具上的冷卻系統(tǒng)。根據(jù)上述分析，減少上外表冷卻水道的數(shù)量，而增加下外表冷卻水道的數(shù)量，并將愿來位于圓弧凹槽處的冷卻水道移離，冷卻管與型腔的距離調整為12mm，比上外表15mm減少3mm，以增加下外表的冷卻作用。經翹曲分析后，手機外殼的翹曲變形明顯改善，由原來

9、的最大翹曲量0.71mm，減小到0.23mm。 414.8 覆蓋件分析42覆蓋件的展開計算43覆蓋件分析廣泛應用于汽車工業(yè)汽車的外殼，各種零部件。日用品工業(yè)茶杯、熱水器、水池等。電子工業(yè)各種支架及插件。44覆蓋件鍛壓加工常見問題：下料尺寸的精確定義。材料的厚薄變化。材料的起皺。材料的開裂。覆蓋件的回彈。45一個應用例子FASTFORM的應用實例4647選擇FASTBLANK菜單，選擇所有面。48選擇材料，這里內置數(shù)據(jù)庫可以自定義。49選擇材料厚度50選擇壓力方向，系統(tǒng)默認為Z軸。51點擊OK按鈕則網格劃分的對話框出現(xiàn)，輸入網格的尺寸。或者由系統(tǒng)自動生成。52關閉渲染，觀察網格，選擇YES或NO

10、。53系統(tǒng)自動計算下料尺寸和形狀并顯示在零件的下方。54零件變薄分布分析這里以百分數(shù)顯示，20表示比原厚度薄20。55在分析中施加壓邊力應用上壓邊力設置在鈑金零件網格模型的邊界上，并將壓邊力轉換為單元邊界上的法向張力 圖715 壓邊力的施加56平安區(qū)域分析57零件成形之后的邊界變化的位移情況 圖724 邊界位移圖58成形極限圖 成形極限圖是一個模型應變狀態(tài)圖，每個節(jié)點的應變被繪制到主應變和次應變軸上，在成形極限圖上的每個點的位置可以用于確定成形的模式和零件在局部區(qū)域的成形能力，所謂成形能力是指零件是否平安或者是否具有一些拉裂或起皺趨勢的區(qū)域 59圖725 成形極限圖60分析的優(yōu)點：改善下料預測