CAD_CAE技術(shù)在塑料模具中的應(yīng)用_圖文

1、CAD/CAE技術(shù)在塑料模具中的應(yīng)用黃常翼,劉良瑞(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖北黃岡438002摘要:塑料產(chǎn)品一般采用模塑成型方法生產(chǎn),因而塑料模具已成為一種重要的生產(chǎn)工藝裝備,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著越來(lái)越重要的作用。隨著塑料產(chǎn)品在家電、電子、機(jī)械等產(chǎn)品和日常用品中的越來(lái)越廣泛應(yīng)用,對(duì)塑料模具的設(shè)計(jì)和制造的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)與制造方式早已滿足不了生產(chǎn)發(fā)展的需要。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助分析(C AD/C AE技術(shù)的發(fā)展正適應(yīng)了這種客觀實(shí)際的要求。關(guān)鍵詞:塑料模具;C AD;C AE中圖分類號(hào):T N929.53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-1047(200701-0081-04CAD/CA

2、E technology in plastic mold applicationH uang Chang-yi,Liu Liang-rui(Huanggang Polytechnic CollegeHuanggang438002HubeiAbstract:The plastic products generally adopt the m ould to m ould shaping method production;therefore the plastic m ould has already become kind of important production technology

3、equipment,play an important role m ore and m ore in national economy.With plastic prod2 ucts apply in electrical home appliances,electron,machinery extensive and everyday live m ore and m ore,the requisition for design and manu facture of the plastic m ould is higher and higher.T raditional design a

4、nd manu facture can not already meet demands of production de2 velopment.C AD/C AE correspond to actual needs.K ey w ords:Plastic m ould;C AD;C AE1.C AD軟件簡(jiǎn)介1.1Pro/Engineer軟件Pro/Engineer由美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司推出的C AD/C AM系統(tǒng),該軟件是通過一種獨(dú)特的、參數(shù)化的基于特征的實(shí)體模型設(shè)計(jì)而發(fā)展起來(lái)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化(M DA軟件。Pro/Engineer具有強(qiáng)大和獨(dú)特的功能,主要表現(xiàn)在如下2個(gè)方面:一方面,Pro/

5、 Engineer所擁有的參數(shù)方法和基于特征的功能給工程師提供了前所未有的方便和靈活;另一方面Pro/ Engineer所具有的獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供了從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)到制造過程的全相關(guān)性,任何一處的修改會(huì)引起其他有關(guān)地方的自動(dòng)修改。Pro/Engineer的主要功能有:部件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、工程制圖、NC加工和切削模擬、注射流動(dòng)模擬。Pro/Engineer M O LDE2 SIG N模塊的出現(xiàn)使PTC徹底完成了塑料模設(shè)計(jì)自動(dòng)化,大大提高了模具設(shè)計(jì)的效率。1.2UG軟件UG(Unigraphics軟件起源于美國(guó)麥道飛機(jī)公司自行開發(fā)的UGC AD/C AM系統(tǒng),它以C AD/C AM一體化而著稱,具有

6、三維實(shí)體建模、裝配建模,生成直觀可視的數(shù)字虛擬產(chǎn)品,并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析、干涉檢查、仿真運(yùn)動(dòng)及載荷分析。UG主要功能有:參數(shù)化或傳統(tǒng)的實(shí)體造型及豐富的曲面造型;工程制圖,可由實(shí)體模型自動(dòng)產(chǎn)生;裝配件的設(shè)計(jì),采用自上而下或自下而上的方式;C AE分析功能;C自動(dòng)編程覆蓋從鉆孔到5軸銑削加工的所有范圍、干涉檢查等UG具有良好的2次開發(fā)環(huán)境和數(shù)據(jù)交換能力。2.塑料模具C AE技術(shù)C AE(C om puter Aided Execution技術(shù)即計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù),它是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造(C AD/C AM技術(shù)向縱深方向發(fā)展的要求。注第9卷第1期2007年3月黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)Journ

7、al of Huanggang P olytechnicV ol.9N o.1M ar.2007收稿日期:2007-03-01作者簡(jiǎn)介:劉常翼,男,黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系教師;劉良瑞,男,黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系教師,高級(jí)工程師。塑成型C AE 技術(shù)是根據(jù)高分子流變學(xué)、彈性力學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù),采用有限元計(jì)算方法來(lái)模擬整個(gè)注塑過程及這一過程對(duì)注塑成型產(chǎn)品質(zhì)量的影響,它可以模擬塑料制品在注塑成型過程中的流動(dòng),保壓和冷卻過程以及預(yù)測(cè)制品中的應(yīng)力分布、分子取向、收縮和翹曲變形等,幫助設(shè)計(jì)人員及早發(fā)現(xiàn)問題,及時(shí)修改模具設(shè)計(jì),提高一次試模成功率,幫助企業(yè)縮短產(chǎn)品上市周期,增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。美國(guó)上市公司

8、Mud flow 公司是專業(yè)從事注塑成型C AE 軟件和咨詢公司,Mud flow 公司是塑料成型分析軟件的創(chuàng)造者,自1976年發(fā)行了世界上第一套流動(dòng)分析軟件以來(lái),一直主導(dǎo)著塑料成型C AE 軟件市場(chǎng)。近幾年,在汽車、家電、電子通訊、化工、日用品等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。2.1C AE 技術(shù)的作用傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計(jì)主要依靠設(shè)計(jì)人員的直覺和經(jīng)驗(yàn),模具設(shè)計(jì)加工完以后往往需要經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試與修正才能正式投入生產(chǎn),發(fā)現(xiàn)問題后,不僅要重新調(diào)整工藝參數(shù),甚至要修改塑料制品和模具,這種生產(chǎn)方式制約了新產(chǎn)品的開發(fā)。利用C AE (Mud flow 分析軟件在模具加工之前,在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注塑成型過程進(jìn)行模擬分析,

9、包括填充、 保壓、冷卻、翹曲、纖維取向、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、收縮以及氣輔成型和熱固性材料流動(dòng)分析,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,以達(dá)到降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期的目的。塑料模具的設(shè)計(jì)不但要采用C AD 技術(shù),而且還要采用C AE 技術(shù)。這是必然趨勢(shì)。注塑成型分兩個(gè)階段,即:開發(fā)/設(shè)計(jì)階段(包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、模具制造;生產(chǎn)階段(包括購(gòu)買材料、試模、成型。傳統(tǒng)的注塑成型方法基本步驟如圖1所示,圖2為現(xiàn)代模具C AE 開發(fā)步驟。傳統(tǒng)的注塑方法在正式生產(chǎn)前由于設(shè)計(jì)人員憑經(jīng)驗(yàn)與直覺設(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

10、具設(shè)計(jì),這勢(shì)必增加生產(chǎn)成本,延長(zhǎng)產(chǎn)品開發(fā)周期。采用C AE 技術(shù),可以完全代替試模,C AE 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)成型過程,幫助研判潛在的問題,有效地防止問題發(fā)生,大大縮短了開發(fā)周期,降低生產(chǎn)成本。圖1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖2C AE 設(shè)計(jì)流程現(xiàn)代注塑成型C AE技術(shù)的作用在于:(1優(yōu)化塑料制品設(shè)計(jì)塑件的壁厚、澆口數(shù)量、位置及流道系統(tǒng)設(shè)計(jì)等對(duì)于塑料制品的成敗和質(zhì)量關(guān)系重大。以往全憑制品設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì),往往費(fèi)力、費(fèi)時(shí),設(shè)計(jì)出的制品也不盡合理。利用Mud flow軟件,可以快速地設(shè)計(jì)出最優(yōu)的塑料制品。(2優(yōu)化塑料模設(shè)計(jì)由于塑料制品的多樣

11、性、復(fù)雜性和設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)的局限性,傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)往往要經(jīng)過反復(fù)試模、修模才能成功。利用mud flow軟件,可以對(duì)型腔尺寸、澆口位置及尺寸、流道尺寸、冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試模、修模,可大大提高模具質(zhì)量,減少試模次數(shù)。(3優(yōu)化注塑工藝參數(shù)由于經(jīng)驗(yàn)的局限性,工程技術(shù)人員很難精確地設(shè)置制品最合理的加工參數(shù),選擇合適的塑料材料和確定最優(yōu)的工藝方案。Mud flow軟件可以幫助工程技術(shù)人員確定最佳的注射壓力、鎖模力、模具溫度、熔體溫度、注射時(shí)間、保壓壓力和保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間等,以注塑出最佳的塑料制品來(lái)。2.2C AE技術(shù)的應(yīng)用近年來(lái),C AE技術(shù)在注塑成型領(lǐng)域中的重要性日益增大,采用C

12、 AE技術(shù)可以全面解決注塑成型過程中出現(xiàn)的問題,由于計(jì)算機(jī)化的流動(dòng)分析方法的出現(xiàn)使得更多的產(chǎn)品可以選擇注塑成型作為生產(chǎn)的手段,計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的進(jìn)步也不斷更新和提高流動(dòng)分析的模型及其精確程度。C AE分析技術(shù)能成功地應(yīng)用于三組不同的生產(chǎn)過程:制品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、注塑成型。(1制品設(shè)計(jì),制品設(shè)計(jì)者能用流動(dòng)分析解決下列問題:制品能全部注滿嗎?這一古老的問題仍為許多制品設(shè)計(jì)人員所注目,尤其是大型制件如蓋子、容器、家具等的設(shè)計(jì)者。制件實(shí)際最小壁厚是多少?如能使用薄壁制件,就能大大降低制件的材料成本。減小壁厚還可大大降低制件的循環(huán)時(shí)間,從而提高生產(chǎn)效率,降低塑件成本。澆口位置合適嗎?采用C AE分析可使產(chǎn)

13、品設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)具有充分的選擇澆口位置的余地,確保設(shè)計(jì)的審美特性。(2模具設(shè)計(jì)和制造,C AE分析可在以下諸方面輔助設(shè)計(jì)者和制造者,以期得到良好的模具設(shè)計(jì)。良好的充填形式對(duì)于任何的注塑成型來(lái)說(shuō),最重要的是控制充填的方式,以使塑件的成型可靠、經(jīng)濟(jì)。單向充填是一種好的注塑方式,它可以提高塑件內(nèi)部分子單向和穩(wěn)定的取向性。這種填充形式有助于避免因不同的分子取向所導(dǎo)致的翹曲變形。最佳澆口位置與澆口數(shù)量為了對(duì)充填方式進(jìn)行控制,模具設(shè)計(jì)者必須選擇能夠?qū)崿F(xiàn)這種控制的澆口位置和數(shù)量,C AE分析可使設(shè)計(jì)者有多種澆口位置的選擇方案并對(duì)其影響做出評(píng)價(jià)。流道系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際的模具設(shè)計(jì)往往要反復(fù)權(quán)衡各種因素,盡量使設(shè)

14、計(jì)方案盡善盡美。通過流動(dòng)分析,可以幫助設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出壓力平衡、溫度平衡或者壓力、溫度均平衡的流道系統(tǒng),還可對(duì)流道內(nèi)剪切速率和摩擦熱進(jìn)行評(píng)估,如此,便可避免材料的降解和型腔內(nèi)過高的熔體溫度。冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)通過分析冷卻系統(tǒng)對(duì)流動(dòng)過程的影響,優(yōu)化冷卻管路的布局和工作條件,從而產(chǎn)生均勻的冷卻,并由此縮短成型周期,減少產(chǎn)品成型后的內(nèi)應(yīng)力。減小返修成本提高模具一次試模成功的可能性是C AE分析的一大優(yōu)點(diǎn)。反復(fù)地試模、修模要耗損大量的時(shí)間和金錢,此外,未經(jīng)反復(fù)修模的模具,其壽命也較長(zhǎng)。(3注塑成型,注塑者可望在制件成本、質(zhì)量和可加工性方面得到C AE技術(shù)的幫助。更加寬廣更加穩(wěn)定的加工”裕度”流動(dòng)分析對(duì)熔體

15、溫度、模具溫度和注射速度等主要注塑加工參數(shù)提出一個(gè)目標(biāo)趨勢(shì),通過流動(dòng)分析,注塑者便可估定各個(gè)加工參數(shù)的正確值,并確定其變動(dòng)范圍。會(huì)同模具設(shè)計(jì)者一起,他們可以結(jié)合使用更經(jīng)濟(jì)的加工設(shè)備,設(shè)定最佳的模具方案。減小塑件應(yīng)力和翹曲,選擇最好的加工參數(shù)使塑件殘余應(yīng)力最小。通常殘余應(yīng)力會(huì)使塑件在成型后出現(xiàn)翹曲變形,甚至發(fā)生失效。省料和減少過量充模,流道和型腔的設(shè)計(jì)采用平衡流動(dòng),有助于減少材料的使用和消除因局部過量注射所造成的翹曲變形。最小的流道尺寸和回用料成本流動(dòng)分析有助于選定最佳的流道尺寸。對(duì)于注塑者來(lái)說(shuō),這就意味著減少澆道部分塑料的冷卻時(shí)間,就能縮短整個(gè)注射成型的時(shí)間,以及減少澆道部分塑料的體積。2.3

16、MPI/Flow 應(yīng)用實(shí)例制件為一汽車零件,材料為Bayer US A Lustran LG A -SF ,一模兩腔。(1建模在Pro/E NGI NEER 中建模,通過ST L 文件格式讀入MPI 。制件模型及澆注系統(tǒng)如圖3所示?？紤]到對(duì)稱性,只取其1/2進(jìn)行填充和保壓過程的模擬。 圖3模型及澆注系統(tǒng)(2工藝條件根據(jù)所選材料Lustran LG A -SF 的工藝要求,工藝參數(shù)為:熔體溫度260oC ,型腔溫度60oC ,注射時(shí)間為1.25s 。(3模擬結(jié)果填充過程的模擬可得到填充時(shí)間、填充壓力、熔體前沿的溫度、熔體溫度在制件厚度方向的分布、熔體的流動(dòng)速度、分子趨向、剪切速率及剪切應(yīng)力、氣穴

17、及熔接痕位置等,并直觀地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上,從而幫助工藝人員找到產(chǎn)生缺陷的原因。圖4是填充過程模擬得到的部分結(jié)果。 a 填充過程中的壓力分布b 填充過程中熔體前沿溫度分布 c 填充過程中熔體溫度分布d 制件表面的分子趨向圖4填充過程模擬得到的結(jié)果在填充過程模擬的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步進(jìn)行保壓過程的模擬,可以得到所需的保壓時(shí)間,并通過優(yōu)化得到合理的保壓壓力。圖5是采用二級(jí)保壓壓力(70M pa 3.5s ,50M pa 3.5s 得到的制件中體積收(下轉(zhuǎn)87頁(yè)彩的層次就越豐富。在掃描儀自帶的軟件中我們可以事先對(duì)G amma 值進(jìn)行設(shè)定,筆者通過反覆嘗試得出下表,按照表1中的值進(jìn)行設(shè)置,一般均可得到較滿意

18、的圖片。表1G amma 值設(shè)定表圖片類型普通用途的圖片用于印刷的圖片網(wǎng)頁(yè)上的照片G amma 值1.41.82.25結(jié)束語(yǔ)本文列舉了掃描儀較常見的五種故障的解決辦法,但掃描儀的故障率高的主要原因仍是平時(shí)不注意維護(hù)保養(yǎng)所導(dǎo)致,所以希望在日常維護(hù)中能注意以下幾點(diǎn):不要用有機(jī)溶劑來(lái)清潔掃描儀;不要讓掃描儀工作在灰塵較多的環(huán)境;不要讓掃描儀工作在震動(dòng)的環(huán)境中;不要帶電插拔掃描儀;不要頻繁開關(guān)掃描儀。做到這幾點(diǎn)相信掃描儀的故障將會(huì)大大減少,也能夠更好的為我們服務(wù)。參考文獻(xiàn):1孫家長(zhǎng),楊長(zhǎng)貴.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)M.北京:清華大學(xué)出版社,1995.2電腦故障排除實(shí)例手冊(cè)S.四川電子音像出版中心,2006,05.責(zé)任編輯:張孝忠(上接84頁(yè)縮率和縮凹的分布情況。 a 保壓結(jié)束后制件中的體積收縮率b 保壓結(jié)束后制件表面的縮凹圖5保壓結(jié)束后制件的收縮結(jié)果4結(jié)束語(yǔ)目前,塑料模具設(shè)計(jì)、制造一般采用通用機(jī)械的C AD/C AM 軟件與專用塑料模C AE 軟件相結(jié)合,開發(fā)與推廣專用模具C AD 軟件是面臨的一個(gè)課題。C AE 分析只能在設(shè)定條件下對(duì)塑料成型過程進(jìn)行模擬,還不能對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化,更