5 模具CAE的應(yīng)用基礎(chǔ)

1、4 模具CAE的應(yīng)用基礎(chǔ) 本章內(nèi)容：介紹CAE技術(shù)在注塑模具分析以及覆蓋件模具分析中的應(yīng)用知識 1對注塑流動、保壓、冷卻等注塑成型過程進(jìn)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(yù)測模具設(shè)計和成型條件對產(chǎn)品地影響，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的缺陷，為判斷模具設(shè)計條件是否合理提供科學(xué)的依據(jù)。有效降低產(chǎn)品、模具設(shè)計的盲目性?？s短制造周期，降低生產(chǎn)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(yù)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(jié)合幾何模型造型特征，預(yù)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(chǎn)生最小的變形，防止熔接痕和

2、氣孔的產(chǎn)生。 3流動分析 流動分析可以預(yù)測熔體流經(jīng)流道、澆口填充型腔的過程。預(yù)測所需的注射壓力和鎖模力 平衡流道系統(tǒng)設(shè)計 預(yù)測熔接線的位置 預(yù)測可能存在的氣穴位置 預(yù)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(nèi)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(jìn)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(jìn)型腔外表冷卻均勻性；減少剩余應(yīng)力的翹曲變形，改善制品質(zhì)量；縮短冷卻周期，提高生產(chǎn)率；改進(jìn)制品設(shè)計，防止局部冷卻不均；確定冷卻條件，冷卻設(shè)備；降低生產(chǎn)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(dǎo)至冷卻水路中去，所以模具溫度的設(shè)計可以看成冷卻水路的設(shè)計。 10衡量冷卻系統(tǒng)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)生翹曲的主要原因以及相應(yīng)的補(bǔ)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(jìn)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(chǎn)提供指導(dǎo)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(chǎn)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(wǎng)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(chǔ)。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(shè)置模塊 在分析之前要預(yù)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(diào)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(jié)果顯示 將CAE軟件得到的結(jié)果可視化，可提供壓力場、速度場、溫度場、應(yīng)力場等的瞬態(tài)圖及動畫顯示。模具設(shè)計人員根據(jù)這些圖表和數(shù)據(jù)，判斷模具設(shè)計是否合理，并進(jìn)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(wǎng)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(jié)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(yùn)行分析程序；（4）顯示分析結(jié)果，進(jìn)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(yùn)行分析程序，優(yōu)化結(jié)果。 20計算步驟前置處理工藝參數(shù)設(shè)置 分析計算 后置處理 21前置處理所謂前置處理是指在進(jìn)行計算機(jī)輔助分析之前所要做的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，如分析對象的計算機(jī)輔助造型、有限元網(wǎng)格的劃分，以及初始數(shù)據(jù)設(shè)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(wǎng)格劃分后的手機(jī)外殼圖13.3-6 網(wǎng)格劃分后的手機(jī)外殼25注塑分析的參數(shù)設(shè)置材料選擇

7、 26工藝設(shè)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(shè)置28注塑件成型分析 經(jīng)過流動模擬分析，結(jié)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(yīng)力和剪切速度，均在材料要求范圍內(nèi)，模壁處最大剪切應(yīng)力為8.7MP。32壓力分布33應(yīng)力分布34三種澆口改進(jìn)方案35三種方案的分析結(jié)果改進(jìn)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(chǎn)生翹曲的因素 塑件本身的結(jié)構(gòu)和形狀導(dǎo)致產(chǎn)品易變形； 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計導(dǎo)致的變形； 注塑工藝的設(shè)計與控制導(dǎo)致的變形。 37手機(jī)外殼注塑時的溫度分布38手機(jī)外殼模具的冷卻水道布局 39塑件翹曲分析 40改進(jìn)后分析由于手機(jī)外殼的結(jié)構(gòu)由其功能設(shè)計已定，因此只有進(jìn)一步改進(jìn)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(diào)整為12mm，比上外表15mm減少3mm，以增加下外表的冷卻作用。經(jīng)翹曲分析后，手機(jī)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(yīng)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(yīng)用例子FASTFORM的應(yīng)用實例4647選擇FASTBLANK菜單，選擇所有面。48選擇材料，這里內(nèi)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(rèn)為Z軸。51點擊OK按鈕則網(wǎng)格劃分的對話框出現(xiàn)，輸入網(wǎng)格的尺寸。或者由系統(tǒng)自動生成。52關(guān)閉渲染，觀察網(wǎng)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?jǐn)?shù)顯示，20表示比原厚度薄20。55在分析中施加壓邊力應(yīng)用上壓邊力設(shè)置在鈑金零件網(wǎng)格模型的邊界上，并將壓邊力轉(zhuǎn)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(yīng)變狀態(tài)圖，每個節(jié)點的應(yīng)變被繪制到主應(yīng)變和次應(yīng)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(yù)測