CAE與塑料成型質(zhì)量分析

1、CAE與塑料成型質(zhì)量分析     (湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410208） 摘要：塑料模具的設(shè)計不但采用CAD技術(shù)，而且還要采用CAE技術(shù)，這是發(fā)展的必然趨勢。CAE技術(shù)提供了從制品設(shè)計到生產(chǎn)的完整解決方案。在模具制造之前，CAE技術(shù)可以預(yù)測塑料熔體在型腔中的整個成型過程，幫助研判潛在的問題，有效地防止問題發(fā)生， 并能縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本。本文以一個生產(chǎn)實例出發(fā)，用Moldflow軟件對該制品的注射成型方案進(jìn)行分析比較，從而找到解決制品質(zhì)量問題的途徑。 關(guān)鍵詞：CAE；塑料成型；模具 中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號

2、：1672545X（2007）02     引言 塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，目前，塑料制品已深入到國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，通常，塑料制品質(zhì)量的優(yōu)劣與生產(chǎn)率的高低，很大程度上取決于模具的質(zhì)量。在市場競爭日趨激烈的今天，傳統(tǒng)的模具設(shè)計與生產(chǎn)方法已無法適應(yīng)產(chǎn)品“交貨期短，質(zhì)量好，價格低”的要求。 隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， CAD/CAE/CAM技術(shù)逐漸取代了傳統(tǒng)的模具設(shè)計理念和設(shè)計方法。盡管CAD/CAE/CAM一體化制造系統(tǒng)最初是因應(yīng)通用機(jī)械和裝備業(yè)的需求而產(chǎn)生的，但是早在CAD/CAE/CAM技術(shù)還處于發(fā)展的初期，CAD/ CAM就被引入到模具

3、制造業(yè)中，正是CAD /CAM在模具中的應(yīng)用改變了以鉗工技術(shù)為主導(dǎo)的傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式，這一項高效益的系統(tǒng)工程能顯著縮短模具設(shè)計與制造周期、降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量。CAE技術(shù)同CAD/CAM技術(shù)一樣，是當(dāng)今數(shù)字化設(shè)計領(lǐng)域重要的組成部分，CAE技術(shù)發(fā)展稍晚一點，但由于這種技術(shù)使得模具在進(jìn)行真實的生產(chǎn)（包括樣品生產(chǎn)）之前就已經(jīng)通過了計算機(jī)軟件進(jìn)行了精確的結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析以及成形仿真過程，使得模具CAD/CAE/CAM應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，并取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 本文通過應(yīng)用MOLDFLOW軟件對塑料殼體制品成型過程進(jìn)行CAE綜合分析，為模具設(shè)計人員改善工藝及模具結(jié)構(gòu)提供了一些有益的思想方法。 1

4、 實例分析 1.1制品情況： 產(chǎn)品為一殼體制品，材料為ABS，性能指標(biāo)如下表： 熔融密度 g/cm3 固體密度 g/cm3 允許最大剪切率1/s 允許最大剪切力Mpa 建議料溫C° 分解料溫C° 0.95015 1.0426 50000.00 0.3000 240 280 最大料溫C° 最小料溫C° 最大模溫C° 最小模溫C° 頂出溫度C° 建議模溫C° 260 220 80 40 90 60 外形尺寸為210.7×202.4×89.02，其壁厚分布如圖1所示，從圖中可以看出，其基本壁厚為2.8

5、mm，最大壁厚2.8mm，最小壁厚0.8mm。 A    圖1 殼體外形結(jié)構(gòu)及壁厚分布 1.2 存在的質(zhì)量問題： 原設(shè)計采用普通澆注系統(tǒng)，一點進(jìn)澆，從A處進(jìn)料，成型后，產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)四根肋背面縮痕明顯，如圖2所示，即使對制品進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改并調(diào)整成型工藝均無法達(dá)到滿意效果。其原因主要是由于從制品一側(cè)進(jìn)澆，料流路徑太長，進(jìn)料端與料流未端壓力損失大，溫差大，填充嚴(yán)重不平衡。 1.3 用 Moldflow分析的幾個解決方案： 條件：料溫：220； 冷卻系統(tǒng)：采用直流式，共6條水管，動、定模各三條。冷卻水溫：25。 方案一：熱流道方案，原設(shè)計的進(jìn)澆位置不變，改普通澆注系統(tǒng)

6、為熱流道澆注系統(tǒng)，澆口直徑為2，澆道直徑為10，長度為90mm，如圖2所示：    圖2 澆注系統(tǒng) Moldflow分析結(jié)果顯示：采用熱澆道后，充模時間相同，但改進(jìn)后的方案，其注射壓力損失大大地減少了，如下表所示： 原方案 方案一 最大注射壓力Mpa 澆道壓力損失Mpa 最大注射壓力Mpa 澆道壓力損失Mpa 1165 565 78 12 充模時間是一個非常重要的關(guān)鍵結(jié)果。當(dāng)制件平衡充模時，制件的各個未端在同一時刻充滿。象充模時間一樣，壓力分布也應(yīng)該平衡。本方案中流體的壓力圖和充模時間圖看起來應(yīng)該十分相似，這說明在充模時制件內(nèi)只有很少或沒有潛流。 分析結(jié)

7、果還顯示，兩方案在充填末端體積收縮值較大，但熱流道要明顯好于原澆注系統(tǒng)。 縮痕指數(shù)給出了制件上產(chǎn)生縮痕的相對可能性，其值越高，表明縮痕或縮孔出現(xiàn)的可能性越大。計算縮痕指數(shù)時將同時使用體積收縮率和制件壁厚的值。在比較不同的方案時，縮痕指數(shù)圖是非常有用的相對工具。通過Moldflow分析可知，制品上特征（肋、boss等）背面的縮痕程度，原方案要明顯好于原始方案。 方案二：將制品底厚改為3.4mm，側(cè)壁厚不變 Moldflow分析結(jié)果顯示：原方案充填嚴(yán)重不平衡，平衡度僅為52；本方案充填時間雖然與原方案相同，但平衡度為76，明顯要好于原方案。 原方案 方案二 最大注射壓力Mpa 澆道壓力損失Mpa

8、最大注射壓力Mpa 澆道壓力損失Mpa 1165 565 1034 56 當(dāng)兩股聚合物熔體的流動前沿匯集到一起，或一股流動前沿分開后又合到一起時，就會產(chǎn)生熔接線，如聚合物熔體沿一個孔流動。有時，當(dāng)有明顯的流速差時，也會形成熔接線。厚壁處的材料流得快，薄壁處流得慢，在厚薄交界處就可能形成熔接線。熔接線的產(chǎn)生會降低制品的結(jié)合強(qiáng)度，從而使制件質(zhì)量得不到保證。減少澆口的數(shù)量可以消除掉一些熔接線，改變澆口位置或改變制件的壁厚可以改變?nèi)劢泳€的位置。 通過Moldflow分析可以看出，本方案制品外觀面上的接合線如圖3紅色線條所示。    圖3 熔接線 

9、60;  原方案制品體積收縮在充填末端體積收縮值較大，而本方案因底厚加大，故體積收縮稍大，但凹痕指數(shù)比前兩種情況都要好。其制品整體變形從趨勢及數(shù)值來看，與原始方案基本一樣。 1.4、結(jié)論 經(jīng)CAE分析，由于受制品本身結(jié)構(gòu)及其功用限制，通過改變進(jìn)料點無法得到優(yōu)于原始方案的結(jié)果。要解決制品縮痕的問題，需從降低壓力損失和充填平衡性進(jìn)行改善。 通過以上分析結(jié)果，方案一和方案二都達(dá)到了我們的目的：既降低了壓力損失，又改善了充填平衡性，可以解決制品縮痕的問題。 2 結(jié)束語 現(xiàn)在，對于一些外觀要求較高，或一些無把握的模具都要求先作CAE分析。目前，應(yīng)用該軟件我們主要用于模擬注塑成型流動過

10、程，解決或預(yù)測熔接痕和困氣等問題。當(dāng)然，注塑模流CAE的功能還有很多，而隨著軟件的完善和發(fā)展以及CAE技術(shù)人員水平的提高，CAE應(yīng)用的作用將會越來越凸顯。    收稿日期：20061126 作者簡介: 曾霞文，女，43歲，副教授，主要從事材料成型工藝及模具設(shè)計方面的研究與教學(xué)工作。    （缺英文題目） Zeng xiawen tan yanxian (Hunan Industry Polytechnic 410208) Abstract: The plastic mold design not only uses

11、 the CAD technology, moreover also use the CAE technology, this is the development inevitable trend. The CAE technology provided the integrity solution from the designed to production. Before mold manufacture, the CAE technology may forecast the plastic melt body entire takes shape the process in the cavity, helps to research and judgement the latent question, effectively prevented the question occurrence, and can reduce the development cycle of product, reduces the cost. This article embarks by a production example, takes shape the plan w