模具CAE的應(yīng)用基礎(chǔ)知識概述

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

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。縮短制造周期，降低生產(chǎn)成本。塑料成型分析的優(yōu)點4.2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)測最合適的澆口位置，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，避免熔接痕和氣孔的產(chǎn)生。

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

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基本形式：

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基本單元來進(jìn)行一維分析。

三維模型無蓋盒子展開為二維模型展平三維模型圓桶近似展開為二維模型展平三維模型圓桶近似展開為二維模型冷卻分析

通過冷卻分析可以優(yōu)化加工條件；改進(jìn)型腔表面冷卻均勻性；減少殘余應(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，避免局部冷卻不均；確定冷卻條件，冷卻設(shè)備；降低生產(chǎn)成本。

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80％～95％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。

衡量冷卻系統(tǒng)統(tǒng)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)主要有兩條條：冷卻時間是否否最短；塑料制品表面面溫度是否均均勻。翹曲分析翹曲分析可以以獲得翹曲變變形的完全描描述，包括線線性、線性彎彎曲和非線性性，并形象化化的顯示不同同位置的翹曲曲量，同時指指出產(chǎn)生翹曲曲的主要原因因以及相應(yīng)的的補(bǔ)救措施。。材料和注塑工工藝分析在注塑成型分分析中同時可可以進(jìn)行塑料料材料和注塑塑工藝的分析析。對于熔體體充填不理想想的情況，可可以重新選擇擇合適的注塑塑材料，如流流動性能的提提高等。此外外可以修改注注塑的工藝，，由此為模具具的試模和制制品的生產(chǎn)提提供指導(dǎo)性的的意見。4.3注塑模具CAE軟件的組成部部分?jǐn)?shù)據(jù)庫常用的一些注注塑模流動模模擬分析軟件件如Moldflow軟件包均帶有有塑料材料性性能數(shù)據(jù)庫，，提供世界各各國主要塑料料制造企業(yè)所所生產(chǎn)的各種種塑料的性能能參數(shù)，以供供系統(tǒng)在計算算中查詢。幾何造型和網(wǎng)網(wǎng)格劃分模塊塊幾何造型模塊塊用于型腔、、澆注系統(tǒng)和和冷卻系統(tǒng)的的實體造型，，是整個CAE分析的基礎(chǔ)。。一般的注塑塑模擬軟件均均提供造型功功能，可以方方便的生成澆澆口、澆道、、分流道、冷冷卻管等模型型元素。工藝參數(shù)設(shè)置置模塊在分析之前要要預(yù)先指定工工藝參數(shù)，包包括充填時間間，注塑溫度度，流量，注注塑壓力，模模具表面溫度度等，供分析析計算模塊調(diào)調(diào)用。分析計算模塊塊包括流動分析析、保壓分析析、冷卻分析析和翹曲分析析模塊等，是是注塑模CAE分析軟件的核核心。結(jié)果顯示將CAE軟件得到的結(jié)結(jié)果可視化，，可提供壓力力場、速度場場、溫度場、、應(yīng)力場等的的瞬態(tài)圖及動動畫顯示。模模具設(shè)計人員員根據(jù)這些圖圖表和數(shù)據(jù)，，判斷模具設(shè)設(shè)計是否合理理，并進(jìn)行修修改。4.4注塑成型分析析的一般流程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三維冷卻分分析的步驟驟：（1）塑件造型型；（2）冷卻線路路造型；（3）運行分析析程序；（4）顯示分析析結(jié)果，進(jìn)進(jìn)行評價；；（5）修改冷卻卻線路或者者改變冷卻卻液溫度和和流量；（6）重新運行行分析程序序，優(yōu)化結(jié)結(jié)果。計算步驟前置處理工藝參數(shù)設(shè)設(shè)置分析計算后置處理前置處理所謂前置處處理是指在在進(jìn)行計算算機(jī)輔助分分析之前所所要做的數(shù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，，如分析對對象的計算算機(jī)輔助造造型、有限限元網(wǎng)格的的劃分，以以及初始數(shù)數(shù)據(jù)設(shè)置。。造型中的曲曲面缺陷由于存在隙隙縫，分析析時可能造造成錯誤。。網(wǎng)格劃分后后的手機(jī)外外殼圖13.3-6網(wǎng)網(wǎng)格劃分后后的手機(jī)外外殼注塑分析的的參數(shù)設(shè)置置材料選擇工藝設(shè)置充填控制速度/壓力力保壓控制模具溫度塑料溫度纖維方向工藝設(shè)置注塑件成型型分析經(jīng)過流動模模擬分析，，結(jié)果如可可見熔融塑塑料在型腔腔中流動填填充情況良良好，無短短射現(xiàn)象；；但有大量量熔接線及及氣穴，熔熔接線及氣氣穴位置如如圖所示。。壓力及溫度度分布型腔壓力場場和溫度場場分布情況況顯示壓力力與溫度均均以澆口位位置為中心心遞減，最最大壓力為為148.6MP。流動過程中中的剪切應(yīng)應(yīng)力和剪切切速度，均均在材料要要求范圍內(nèi)內(nèi)，模壁處處最大剪切切應(yīng)力為8.7MP。壓力分布應(yīng)力分布三種澆口改改進(jìn)方案三種方案的的分析結(jié)果果改進(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(%)A0.9916.1860.794.19B1.1119.0890.283.96C1.1118.1486.545.14塑件產(chǎn)生翹翹曲的因素素塑件本身的的結(jié)構(gòu)和形形狀導(dǎo)致產(chǎn)產(chǎn)品易變形形；模具結(jié)構(gòu)的的設(shè)計導(dǎo)致致的變形；；注塑工藝的的設(shè)計與控控制導(dǎo)致的的變形。手機(jī)外殼注注塑時的溫溫度分布手機(jī)外殼模模具的冷卻卻水道布局局塑件翹曲分分析改進(jìn)后分析析由于手機(jī)外外殼的結(jié)構(gòu)構(gòu)由其功能能設(shè)計已定定，因此只只有進(jìn)一步步改進(jìn)模具具上的冷卻卻系統(tǒng)。根根據(jù)上述分分析，減少少上表面冷冷卻水道的的數(shù)量，而而增加下表表面冷卻水水道的數(shù)量量，并將愿愿來位于圓圓弧凹槽處處的冷卻水水道移離，，冷卻管與與型腔的距距離調(diào)整為為12mm，比上表面15mm減少3mm，以增加下表表面的冷卻卻作用。經(jīng)翹曲分析析后，手機(jī)機(jī)外殼的翹翹曲變形明明顯改善，，由原來的的最大翹曲曲量0.71mm，減小到0.23mm。4.8覆蓋件分析析覆蓋件的展展開計算覆蓋件分析析廣泛應(yīng)用用于汽車工業(yè)汽車的外殼殼，各種零零部件。日用品工業(yè)業(yè)茶杯、熱水水器、水池池等。電子工業(yè)各種支架及及插件。覆蓋件鍛壓壓加工常見見問題：下料尺寸的的精確定義義。材料的厚薄薄變化。材料的起皺皺。材料的開裂裂。覆蓋件的回回彈。一個應(yīng)用例例子FASTFORM的應(yīng)用實例例選擇FASTBLANK菜單，選擇擇所有面。。選擇材料，，這里內(nèi)置置數(shù)據(jù)庫可可以自定義義。選擇材料厚厚度選擇壓力方方向，系統(tǒng)統(tǒng)默認(rèn)為Z軸。點擊OK按鈕則網(wǎng)格劃分分的對話框框出現(xiàn)，輸輸入網(wǎng)格的的尺寸?；蚧蛘哂上到y(tǒng)統(tǒng)自動生成成。關(guān)閉渲染，，觀察網(wǎng)格格，選擇YES或NO。系統(tǒng)自動計計算下料尺尺寸和形狀狀并顯示在在零件的下下方。零件變薄分分布分析這里以百分分?jǐn)?shù)顯示，，－20表表示比原厚厚度薄20％。在分析中施施加壓邊力力應(yīng)用上壓邊邊力設(shè)置在在鈑金零件件網(wǎng)格模型型的邊界上上，并將壓壓邊力轉(zhuǎn)換換為單元邊邊界上的法法向張力圖7－15壓邊力的施加安全區(qū)域分分析零件成形之之后的邊界界變化的位位移情況圖7－24邊界位移圖成形極限圖圖成形極限圖圖是一個模模型應(yīng)變狀狀態(tài)圖，每每個節(jié)點的的應(yīng)變被繪繪制到主應(yīng)應(yīng)變和次應(yīng)應(yīng)變軸上，，在成形極極限圖上的的每個點的的位置可以以用于確定定成形的模模式和零件件在局部區(qū)區(qū)域的成形形能力，所所謂成形能能力是指零零件是否安安全或者是是否具有一一些拉裂或或起皺趨勢勢的區(qū)域圖7－25成形極限圖分析的優(yōu)點點：改善下料預(yù)預(yù)測和材料料成本計算算的精確性性，可以精精