注塑模的CAE技術(shù)及實(shí)例分析.doc

1、.注塑模的 CAE技術(shù)及實(shí)例分析1. 注塑模 CAE 技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.1 CAE 技術(shù)概述及其在注塑成型中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助工程分析， 是應(yīng)用計(jì)算機(jī)分析幾何模型物理問(wèn)題的技術(shù)，可以讓設(shè)計(jì)者進(jìn)行仿真以研究產(chǎn)品的行為，進(jìn)一步改良或最佳化設(shè)計(jì)。 目前在工程運(yùn)用上，比較成熟的CAE 技術(shù)領(lǐng)域包括結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、振動(dòng)分析、流體流場(chǎng)分析、熱傳分析、電磁場(chǎng)分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、 塑料注塑成型模流分析等等。有效地應(yīng)用CAE，能夠在建立原型之前或之后發(fā)揮功能協(xié)助設(shè)計(jì)變更，協(xié)助排除困難，累積知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)化整理，建立設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。CAE 以使用近似的數(shù)值方法來(lái)計(jì)算求解，而不是傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)求解。數(shù)值方法可以解決

2、許多用純數(shù)學(xué)所無(wú)法求解的問(wèn)題，應(yīng)用層面相當(dāng)廣泛。 因?yàn)閿?shù)值方法應(yīng)用許多矩陣的技巧， 適合使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，而計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度、 內(nèi)存的數(shù)量和算法的好壞就關(guān)系到數(shù)值方法的效率與成敗。注塑模 CAE 技術(shù)以有限元分析為基礎(chǔ)進(jìn)行模流分析，其分析模型是將產(chǎn)品的幾何模型曲面離散為三角形或四邊形形式的網(wǎng)格元素形態(tài)表示。注塑模CAE技術(shù)可用來(lái)幫助模具設(shè)計(jì)者及注塑成型加工者在開(kāi)模前及生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)由電腦模擬的結(jié)果了解熔體在充填、保壓及冷卻過(guò)程中的各種狀態(tài)，如溫度、壓力、流速、密度、剪切力及應(yīng)變等的分布與變化情況，進(jìn)而由這些資料決定適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品及模具設(shè)計(jì)。 例如可決定適當(dāng)?shù)谋诤窦捌渥兓?，可決定流道尺寸大小， 選擇

3、最佳澆口位置，多模穴的安排，熔接線及排氣孔位置的預(yù)測(cè)，冷卻水管的設(shè)計(jì)等，并可建立加工視窗，提供適當(dāng)?shù)谋簳r(shí)間、保壓壓力、注射壓力、加工溫度、模具可編輯范本.溫度等，同時(shí)，可預(yù)測(cè)所需鎖模力及成型品收縮率。注塑成型分兩個(gè)階段，即開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)階段(包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和模具制造 )和生產(chǎn)階段 (包括購(gòu)買(mǎi)材料、 試模和成型 )。傳統(tǒng)的注塑成型方法基本步驟如圖一所示，圖一為現(xiàn)代模具開(kāi)發(fā)步驟。 傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產(chǎn)前， 由于設(shè)計(jì)人員憑經(jīng)驗(yàn)與直覺(jué)設(shè)計(jì)模具， 模具裝配完畢后， 通常需要幾次試模， 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，不僅需要重新設(shè)置工藝參數(shù)， 甚至還需要修改塑料制品和模具設(shè)計(jì)， 這勢(shì)必增加生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周

4、期。采用技術(shù)，完全可以代替試模，技術(shù)提供了從制品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的完整解決方案， 在模具制造之前， 預(yù)測(cè)塑料熔體在型腔中的整個(gè)成型過(guò)程，幫助發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題，有效地防止問(wèn)題發(fā)生，大大縮短了開(kāi)發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本。圖 1-1 結(jié)合 CAE 的設(shè)計(jì)方法1.2 注塑模 CAE 技術(shù)研究現(xiàn)狀近年來(lái)模具及塑料加工領(lǐng)域發(fā)展最快的是技術(shù)，通過(guò)對(duì)成型加工過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，研究加工條件的變化規(guī)律，預(yù)測(cè)制品的結(jié)構(gòu)和性能，選擇制品、模具設(shè)計(jì)及工藝條件的最佳方案， 使成型加工從一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)變?yōu)橐婚T(mén)應(yīng)用科學(xué)。注塑可編輯范本.模 CAE 技術(shù)是根據(jù)塑料加工流變學(xué)和傳熱學(xué)的基礎(chǔ)理論，通過(guò)建立熔體在模具型腔中的流動(dòng)和傳熱的數(shù)學(xué)模型，

5、 利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)將動(dòng)態(tài)流動(dòng)過(guò)程直觀地顯示到屏幕上。注塑模技術(shù)是一門(mén)工程應(yīng)用技術(shù)， 它的出現(xiàn)為快速解決注塑成型過(guò)程的工程實(shí)際問(wèn)題提供了幫助。 如果在塑料的加工過(guò)程中的流動(dòng)、 傳熱以及在力場(chǎng)和熱場(chǎng)作用下所出現(xiàn)的物理、 化學(xué)變化沒(méi)有深入的、 科學(xué)的認(rèn)識(shí)， 就不能生產(chǎn)出質(zhì)量?jī)?yōu)良的制品。所以各國(guó)都非常重視注塑模CAE 技術(shù)。1978年推出了第一個(gè)注塑成型充填階段的模擬軟件MOLDFLOW 。80 年代，隨著 C-MOLD 軟件的問(wèn)世及其他一些軟件廣泛用于注射成型過(guò)程，模具設(shè)計(jì)才成為依賴于計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)的工程科學(xué)。自 80 年代以來(lái)，北美和歐洲的許多研究小組對(duì)聚合物熔體流經(jīng)管道、口模和成型設(shè)備的各個(gè)方面進(jìn)行

6、了深入的調(diào)查、 研究，推出了關(guān)于聚合物流動(dòng)的有限元分析軟件 FIDAP,POLYFLOW,NEKTON 和 POLYCAD 等。90 年代，己將研究重點(diǎn)置于材料的粘彈性、復(fù)雜三維模擬以及取向、殘余應(yīng)力和固化現(xiàn)象的研究。另外，計(jì)算方法在雙螺桿擠出、熱成型、薄模吹塑、反應(yīng)注射成型和氣體輔助注射成型的工藝條件設(shè)定方面的應(yīng)用，也成為研究熱點(diǎn)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，注塑模CAE技術(shù)將被廣泛采用， 成為解決塑料成型加工和模具設(shè)計(jì)中各類問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)工具和手段。國(guó)內(nèi)開(kāi)展注塑模CAE 研究起步較晚，但通過(guò)不懈的努力，以及對(duì)國(guó)外軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)的吸收和研究，發(fā)展較快， 并取得了一定的成果。 華中理工大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

7、自行開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)第一個(gè)注塑模CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng) HSC2.0，其水平達(dá)到了國(guó)外年代初期的先進(jìn)水平，最近推出HSC5.0。浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、四川大學(xué)、大連理工大學(xué)、鄭州工業(yè)大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、可編輯范本.北京化工大學(xué)等在注射模CAD/CAM/CAE系統(tǒng)研究方面都做了許多研究工作。北京華正模具研究所與美國(guó) AcTech 公司合作開(kāi)發(fā)的面向注射模的中文輔助分析軟件 CAXA-IPD ，采用了國(guó)際上 CAE 技術(shù)的最新成果。注塑模 CAE 技術(shù)的應(yīng)用在國(guó)外己相當(dāng)普遍，而在我國(guó)注塑模具設(shè)計(jì)仍停留在以經(jīng)驗(yàn)為主導(dǎo)的設(shè)計(jì)模式， 成熟的注塑模用戶屈指可數(shù)。 主要原因在于以下幾方面 :(1)注塑模

8、 CAE 系統(tǒng)對(duì)工程師的綜合素質(zhì)要求較高。 注塑模 CAE 系統(tǒng)是一個(gè)很好的工程分析工具， 但它只能幫工程師了解產(chǎn)品存在的問(wèn)題，提供解決問(wèn)題的思路，而并不能提供解決問(wèn)題的方案。 要充分發(fā)揮注塑模 CAE 技術(shù)的作用，關(guān)鍵在于對(duì)分析結(jié)果的正確評(píng)價(jià)與最佳解決方案的確定。而分析結(jié)果的評(píng)價(jià)又涉及到高分子材料、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、模具、注塑成型工藝等方面的相關(guān)理論和經(jīng)驗(yàn)，這就對(duì)工程師的綜合素質(zhì)提出了較高的要求。(2)還未正確認(rèn)識(shí)注塑模 CAE 技術(shù)對(duì)模具設(shè)計(jì)的指導(dǎo)作用。 注塑模 CAE技術(shù)是多學(xué)科相互交叉的產(chǎn)物， 既包含了科學(xué)的數(shù)理計(jì)算方法也加入了諸多資深工程師的經(jīng)驗(yàn)。注塑模 CAE 分析是了解和優(yōu)化模具設(shè)計(jì)與制

9、造工藝的最佳途徑，但在求解與有效運(yùn)用分析結(jié)果之間仍有相當(dāng)大的差距。有些企業(yè)雖然購(gòu)買(mǎi)了 CAE軟件，但軟件使用人員不懂如何有效的應(yīng)用分析結(jié)果來(lái)指導(dǎo)模具設(shè)計(jì)，使企業(yè)并不能從 CAE 技術(shù)的應(yīng)用中帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，造成資源的巨大浪費(fèi)，也影響了注塑模 CAE 軟件的進(jìn)一步推廣應(yīng)用， 因此要縮短這一差距主要還是要靠CAE 分析工程師自身的素質(zhì)不斷提高。值得注意的是，注塑成型CAE 分析是一種理想狀態(tài)下的理論分析， 并不能完全取代試模， 成功的注塑成型分析不等于成功的實(shí)際注塑生產(chǎn)，但是一個(gè)不注重產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)的企業(yè)無(wú)法面對(duì)全球經(jīng)濟(jì)一體化競(jìng)爭(zhēng)激烈可編輯范本.環(huán)境的挑戰(zhàn)。(3)目前主流算法的局限性是軟件推廣應(yīng)用的瓶

10、頸。2. 注塑模軟件2.1 注塑模軟件的基本結(jié)構(gòu)和分析流程技術(shù)CAE 是一個(gè)綜合軟件系統(tǒng)，其核心技術(shù)是工程問(wèn)題的模型化和數(shù)值計(jì)算方法。 CAE 技術(shù)的載體是軟件產(chǎn)品，分為專用與通用兩類針對(duì)特定類型的工程或產(chǎn)品所開(kāi)發(fā)的用于產(chǎn)品性能分析、預(yù)測(cè)和優(yōu)化的軟件稱之為專用CAE 軟件可對(duì)多種類型的工程和產(chǎn)品的物理、力學(xué)性能進(jìn)行分析、模擬、預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)和優(yōu)化的軟件稱為通用 CAE 軟件。注塑 CAE 軟件屬專用軟件。一般的 CAE 軟件架構(gòu)可以區(qū)分為三大部分前處理器(pre-processor)、求解器(sovler)和后處理器 (post-processor)。前處理器的任務(wù)是建立幾何模型、切割網(wǎng)格元素與節(jié)

11、點(diǎn)、 設(shè)定元素類型與材料系數(shù)、設(shè)定邊界條件等。 求解器讀取前處理器的結(jié)果檔，根據(jù)輸入條件， 運(yùn)用數(shù)值方法求解答案。 后處理器將求解后大量的數(shù)據(jù)有規(guī)則地處理成人機(jī)接口圖形，制作動(dòng)畫(huà)以方便使用者分析判讀答案。為了便利建構(gòu) 2D 或 3D 模型，許多 CAE 軟件提供了 CAD 功能，方便建構(gòu)模型。或者提供 CAE 接門(mén)，以便將 2D 或 3D 的圖文件直接匯入CAE 軟件，再進(jìn)行挑面與網(wǎng)格切割，以便執(zhí)行分析模擬。目前，常見(jiàn)注塑CAE 軟件的結(jié)構(gòu)如圖2-1 所示，按成型工藝過(guò)程的特點(diǎn)，分為流動(dòng)、保壓、冷卻、殘余應(yīng)力及翹曲分析等軟件模塊。為進(jìn)行模擬分析，需要有前后處理軟件。 前處理主要完成分析模塊的數(shù)

12、據(jù)準(zhǔn)備，用來(lái)進(jìn)行分析對(duì)象的形狀定義、邊界條件的確定及網(wǎng)格離散，后處理主要完成計(jì)算結(jié)果的圖形顯示，可編輯范本.以便讓用戶直觀了解分析結(jié)果。圖 2-1 目前常見(jiàn)注冊(cè)CAE 軟件結(jié)構(gòu)圖CAE 技術(shù)可以通過(guò)改變幾何模型數(shù)據(jù)*.msh 文檔、材料物性參數(shù) *.mat 文檔及成型條件 *.pro 文檔，產(chǎn)生不同的方案組別，仿真不同的設(shè)計(jì)方案或參數(shù)變更，找出影響制品質(zhì)量的主要變量或參數(shù)。CAE 技術(shù)分析的基本流程見(jiàn)圖2-2。從圖可以看出，步驟 13 主要用來(lái)明確研究對(duì)象， 如應(yīng)用流動(dòng)分析解決塑料件欠充填問(wèn)題， 用保壓分析解決薄板密度不均勻問(wèn)題，用冷卻分析解決內(nèi)應(yīng)力過(guò)大問(wèn)題，用流動(dòng)、保壓、翹曲分析解決成型尺寸

13、不良問(wèn)題等;步驟 47 主要用來(lái)完成技術(shù)對(duì)所研究問(wèn)題的解決方法?？删庉嫹侗?圖 2-1 CAE 技術(shù)分析的基本流程圖2.2 注塑模技術(shù)商品化軟件注塑模 CAE 技術(shù)在加快新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，促進(jìn)產(chǎn)品更新?lián)Q代、提高模具和產(chǎn)品質(zhì)量方面有巨大的推動(dòng)作用，因此，世界上許多國(guó)家都投入了大量的人力、物力和財(cái)力加以研究開(kāi)發(fā)。從80 年代開(kāi)始，注塑模技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室階段進(jìn)入實(shí)用化階段，目前，國(guó)際上具有代表性的商業(yè)化軟件有:(1)澳大利亞 MOLDFLOW 公司的注塑模具 CAE 軟件 moldflow 主要包括流動(dòng)模擬程序 (MF/FLOW) 、冷卻分析程序 (MF/COOL) 、翹曲分析程序(MF/WARP) 即和應(yīng)力

14、分析程序 (MF/STRESS)。澳大利亞 MOLDFLOW 公司于 1978年發(fā)布了世界上第一套塑料注射成型流動(dòng)分析軟件moldflow plastic insight，二十世紀(jì)八十年代初期，美國(guó)AC-TECH 公司也發(fā)布了注射成型分析軟件C-MOLD ，2000年 4 月， MOLDFLOW 公司收購(gòu)了 AC-TECH 公司，并于 2001 年發(fā)布了集MPI2.0 和 C-MOLD2000 優(yōu)點(diǎn)于一體的 MPI3.0，今年初，推出了4.0 版。軟件一直主導(dǎo)塑料注射成型軟件CAE 市場(chǎng)，在世界上擁有較多的用戶。(2)德國(guó) IKV 研究所的 CAD/CAE 軟件 CADMOULD 。該軟件主要

15、包括模具方案構(gòu)思與設(shè)計(jì)軟件LAYOUT&DESIGN 、二維流動(dòng)模擬 FLOWPATTERN LAY-FLAT 、三維流動(dòng)分析MEFISTO 、二維冷卻分析 THERMALLAYOUT 和模具強(qiáng)度、剛度分析MECHANICIAL LAYOUT OF MOULDS等。(3)美國(guó) SDRC 公司的 I-DEAS 軟件。該軟件原為通用的機(jī)械CAD/CAM 軟件， 90 年代初，該公司開(kāi)發(fā)注射成型流動(dòng)和冷卻分析軟件，并與I-DEAS 集成推出適合于注的卜。此外，還有美國(guó) GRAFTEK 公司、 PRIME-CV 公司、 PRIME-CALMA 公司、意大利 P&C 和英國(guó)的 Delta CAM 公司的

16、注射模設(shè)計(jì)制造軟件包?？删庉嫹侗?注塑模的數(shù)值模擬在實(shí)際應(yīng)用中取得了飛速發(fā)展但商品化軟件無(wú)論在功能還是在精度上，至今遠(yuǎn)未達(dá)到盡善盡美的程度，注塑模CAE 技術(shù)仍是當(dāng)今塑料中熱門(mén)的研究課題之一。特別是三維模擬，注塑成型全過(guò)程模擬，CAD/CAM/CAE的集成化技術(shù)， 人工智能在 CAE 中的應(yīng)用，新的成型工藝以及模擬研究將是以后著重要解決的問(wèn)題。MOLDFLOW 軟件包括三部分Moldflow plastic advisers(產(chǎn)品優(yōu)化顧問(wèn)， 簡(jiǎn)稱 MPA)塑料產(chǎn)品設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)完產(chǎn)品后，運(yùn)用 MPA 軟件模擬分析，在很短的時(shí)間內(nèi)，就可以得到優(yōu)化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，并確認(rèn)產(chǎn)品表面質(zhì)量；Moldflow

17、 plastic insight(注塑成型模擬分析，簡(jiǎn)稱MPI):對(duì)塑料產(chǎn)品和模具進(jìn)行深入分析的軟件包，它可以在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注塑過(guò)程進(jìn)行模擬分析，包括充填、保壓、冷卻、翹曲、纖維取向、結(jié)構(gòu)應(yīng)力和收縮，以及氣體輔助成型分析等使模具設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)階段就找出未來(lái)產(chǎn)品可能出現(xiàn)的缺陷提高一次試模的成功率；Moldflow plastics xpert(注塑成型過(guò)程控制專家，簡(jiǎn)稱MPX):集軟硬件為一體的注塑成型品質(zhì)控制專家，可以直接與注塑機(jī)控制器相連，可進(jìn)行工藝優(yōu)化和監(jiān)控，自動(dòng)優(yōu)化注塑周期、降低廢品率及監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。MOLDFLOW軟件在注塑模設(shè)計(jì)中的作用主要體現(xiàn)在以下幾方面:（ 1） 優(yōu)化塑料制品

18、 ,運(yùn)用 MOLDFLOW 軟件，可以得到制品的實(shí)際最小壁厚，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，降低材料成本，縮短生產(chǎn)周期，保證制品能全部充滿。（ 2） 優(yōu)化模具結(jié)構(gòu) ,運(yùn)用 MOLDFLOW 軟件，可以得到最佳的澆口數(shù)量與位置，合流道系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)，并對(duì)型腔尺寸、澆口尺寸、流道尺寸和冷卻系統(tǒng)尺寸可編輯范本.優(yōu)化，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試模、修模，大大提高模具質(zhì)量，減少修模次數(shù)。（ 3） 優(yōu)化注塑工藝參數(shù) ,運(yùn)用 MOLDFLOW 軟件，可以確定最佳的注射壓力、保壓、鎖模力、模具溫度、熔體溫度、注射時(shí)間、保壓時(shí)間和冷卻時(shí)間，以注塑出的塑料制品。采用 MOLDFLOW 軟件對(duì)注塑件進(jìn)行流動(dòng)模擬分析，可以解決以下問(wèn)題通過(guò)澆口位置

19、分析， 可以確定澆口的位置和數(shù)目預(yù)測(cè)可能存在的氣穴位置， 以確定排氣槽的開(kāi)設(shè)位置預(yù)測(cè)熔接線的位置， 并通過(guò)比較確定更為合理的工藝參數(shù)，使熔接線處在理想的位置優(yōu)化成型工藝參數(shù)。2.3 注塑成型流動(dòng)模擬技術(shù)研究現(xiàn)狀流動(dòng)模擬的目的是預(yù)測(cè)塑料熔體流經(jīng)流道、澆口并充填型腔的過(guò)程， 計(jì)算流道、澆口及型腔內(nèi)的壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、剪切應(yīng)變速率及剪切應(yīng)力分布，并將結(jié)果以圖形等值線圖和陰影圖的形式顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。通過(guò)流動(dòng)模擬可優(yōu)化澆口布置及注塑工藝參數(shù)料溫、模溫、注塑時(shí)間等， 預(yù)測(cè)所需的注射壓力及鎖模力并可能出現(xiàn)的短射、 不合理的熔接線位置、 氣穴等缺陷。 流動(dòng)模擬的發(fā)展歷程是：1960 年， Toor.

20、Ballman 和 Cooper 等人最先用數(shù)值方法計(jì)算了熔體的充模過(guò)程。隨后，許多學(xué)者對(duì)一維流動(dòng)進(jìn)行了大量的研究，主要是計(jì)算塑料熔體在等直徑圓管，中心澆口圓盤(pán)、半圓盤(pán)及端部澆口的矩形型腔的充填過(guò)程。1975年，Toor、Ballman和 Cooper 等人對(duì)一維流動(dòng)問(wèn)題做了詳盡的研究，并用有限差分法獲得熔體的壓力、溫度分布及所需的注射壓力。 對(duì)二維流動(dòng)分析的研究始于 20 世紀(jì) 70 年代中期。二維流動(dòng)分析除數(shù)值方法本身的難度外，另一個(gè)難點(diǎn)是對(duì)移動(dòng)邊界的處理，即如何確定新時(shí)刻的熔體流動(dòng)前沿位置?？删庉嫹侗?1975年，Broyer 等人用 Flow analysis network (FAN

21、)法對(duì)二維等溫流動(dòng)進(jìn)行了計(jì)算，并對(duì)保壓、固化、分子取向等問(wèn)題進(jìn)行了探索。1980 年， Hieber 和 Shen提出了至今仍被大多數(shù)學(xué)者沿用的數(shù)學(xué)模型和求解方法，他們用有限元有限差分混合法求解二維非牛頓流體的非等溫流動(dòng)。1984年，用邊界元法求解了二維非牛頓流體的非等溫充填過(guò)程。1986 年，日本的兩位學(xué)者Takahashi和 Matsuoka基于 FAN 法，考慮熔體溫度的變化，實(shí)現(xiàn)了三維制件的非等溫流動(dòng)分析。1989年，Wang和 Lee兩位學(xué)者用 mesh expansion scheme(MES)方法確定了流動(dòng)前沿位置，并對(duì)其算法的穩(wěn)定性進(jìn)行了討論。在開(kāi)發(fā)注射成型模擬軟件的過(guò)程中，經(jīng)

22、歷了三個(gè)技術(shù)發(fā)展階段。（1）基于中性層模型的模擬，首先將薄壁塑料制品抽象成近似的平面和曲面，這些面被稱為中性層， 在這些面上劃分二維平面網(wǎng)格，采用有限元計(jì)算溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)，同時(shí)在中性層兩側(cè)用有限差分計(jì)算厚度方向上的溫度，用控制體積法追蹤流動(dòng)前沿， 并將結(jié)果在中性層上顯示出來(lái)。其最大缺點(diǎn)是構(gòu)造中性層十分困難，而且不能從其他軟件轉(zhuǎn)換，因此，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，阻礙了軟件的發(fā)展和推廣使用。（2）基于表面模型的模擬，這是在20 世紀(jì) 90 年代發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，在制品的表面（制品的表面即構(gòu)成了模具的型芯、型腔）劃分網(wǎng)格并進(jìn)行有限元計(jì)算，厚度方向上的有限差分僅在表面的內(nèi)側(cè)從模壁至中性層進(jìn)行。該技術(shù)的關(guān)鍵是

23、網(wǎng)格的配對(duì)算法， 由于網(wǎng)格不能百分之百的配對(duì)，因而分析結(jié)果不如中性層的準(zhǔn)確，但最大優(yōu)點(diǎn)是模型準(zhǔn)備時(shí)間大大縮短，而且可以從其他CAD 軟件導(dǎo)入，該技術(shù)的使用，使得注射成型模擬軟件得到了迅速的推廣使用?？删庉嫹侗?（3）基于實(shí)體模型的模擬 ,以上兩種方法都忽略了厚度方向的速度分量，因而結(jié)果不十分準(zhǔn)確。最終的解決方法是采用三維網(wǎng)格， 考慮厚度方向的速度分量，但這樣一來(lái)，網(wǎng)格劃分技術(shù)要求更高，控制方程變得更加復(fù)雜，計(jì)算量大，時(shí)間長(zhǎng)。雖然有三維流動(dòng)、冷卻、翹曲分析模塊，但網(wǎng)格劃分困難，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，因此，真正實(shí)用化，還有一段時(shí)間。流動(dòng)過(guò)程的三維模擬主要采用，Branching flow methods(B

24、FM)法和有限元有限差分混合法。 BFM 是進(jìn)行流動(dòng)平衡分析的有效手段。用BFM 法開(kāi)發(fā)的軟件有澳大利亞 Moldflow 公司的 MF/Flow ，美國(guó)和意大利P&C 公司的 MFC-FA，美國(guó)GRAFTEK 公司的 SIMUFLOW 等。利用有限元 / 有限差分混合法求解的軟件有日本豐田中央研究中心的IMAP-FF ，澳大利亞 Moldflow 公司的 FEM 版的 MF/Flow ，美國(guó) AC Tech 公司的 C-flow，鄭州大學(xué)橡塑模具國(guó)家工程研究中心的Z-Flow 等。3.實(shí)例分析3.1 建模及前處理如圖一塑件，其整體尺寸約為2245035mm, 形狀較復(fù)雜，有較高的柱狀突起，現(xiàn)

25、采用 moldflow 軟件對(duì)其成型性能進(jìn)行分析。可編輯范本.圖 3-1 3D 模型先將其 3D 模型轉(zhuǎn)化為 stl 格式文件，然后導(dǎo)入 moldflow ，采用 fusion 網(wǎng)格進(jìn)行劃分，如下圖3-2 所示：圖 3-2 劃分網(wǎng)格后的模型對(duì)劃分后的網(wǎng)格進(jìn)行處理， 包括自由邊的處理， 縱橫比的修復(fù)， 處理相交和可編輯范本.重疊的單元，調(diào)整單元取向使其一致，網(wǎng)格處理完后，網(wǎng)格匹配率達(dá)到89.8%。（一般網(wǎng)格匹配率需要 85%以上分析較為準(zhǔn)確）3.2 澆口位置的分析先采用 moldflow 進(jìn)行最佳澆口位置的分析，經(jīng)計(jì)算，如下圖所示：深藍(lán)色區(qū)域?yàn)檩^理想的澆口選擇區(qū)域圖 3-3 最佳澆口位置分析分析上述結(jié)果， 由于考慮到脫模方向?yàn)檠刂鶢罘较?，而且本產(chǎn)品采用一模兩件，綜合考慮各個(gè)方面，最后澆口位置定為如圖3-4 所示：采用側(cè)澆口進(jìn)膠?？删庉嫹侗?圖 3-4 進(jìn)澆口位置的確定3.3 澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)的建立采用軟件中的型腔復(fù)制，建立兩個(gè)對(duì)稱模型，利用modling 中的 runnersystem wizard建立澆注系統(tǒng)