CAE技術在模具設計過程中的并行應用

1、CAE技術在模具設計過程中的并行應用         隨著模具行業(yè)的發(fā)展, 計算機輔助工程(CAE)技術已經(jīng)在塑料模具行業(yè)得到越來越廣泛的應用。它通過模擬塑料制品的成型過程,輔助模具設計工程師設計出精確、高效的模具;指導工藝師正確設定生產(chǎn)工藝參數(shù)。在注塑模具行業(yè),CAE 軟件能在模具制造之前預測塑料熔體在型腔內(nèi)的流變行為,因而能提高模具設計質(zhì)量、降低模具成本、縮短模具制造時間,因而得到注塑模具行業(yè)的極大關注。    1 CAE 并行設計    1. 1 基本思想&#

2、160;   以往在模具設計過程中,由于受到CAE工程師技術水平和CAE 軟件的限制,CAE 技術主要用于分析、驗證模具的結構設計,即結構設計工程師先將模具澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設計完成,然后由CAE 工程師進行CAE 分析,通過流動、保壓、變形分析驗證澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)的可行性。這樣一來,一般周期較長,當設計任務較為繁重時,無法及時完成分析任務,限制了CAE 作用的發(fā)揮。通過不斷地實踐和經(jīng)驗積累,CAE 工程師提高了自身的技術水平,加之CAE 軟件的升級更新,CAE 分析的效率和質(zhì)量大為提高。為進一步提高CAE 技術的應用效率,我們在模具設計過程中引入CAE 并行分析,不僅對

3、制品設計進行驗證,而且對模具澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)進行指導性設計,優(yōu)化制品及結構設計方案,提高整個設計過程的效率。    1. 2 CAE 設計過程對比    傳統(tǒng)模具設計過程是制品、結構、數(shù)模順序的設計,見圖1。CAE 分析處于模具結構設計之后,主要是對模具結構設計結果的驗證,同時驗證制品設計。當分析結果發(fā)現(xiàn)缺陷時,則需反饋給結構或產(chǎn)品部門進行改進,提出改進措施。但由于時間的滯后,往往會造成設計工作的重復及工作量的增加,影響了模具設計進度。    隨著計算機輔助設計技術的發(fā)展,以及工程數(shù)據(jù)庫和參數(shù)設計的綜合

4、運用,并行工程被有效地應用到模具設計過程中,極大地提高了設計效率。圖2 為模具并行設計流程。    CAE 并行設計過程的主要思想是在制品設計中后期通過CAE 的簡單分析,驗證制品設計的合理性,同時根據(jù)制品性能要求優(yōu)化選擇制品材料,根據(jù)制品外觀要求討論制品進膠方式和可能出現(xiàn)的制品缺陷等。這樣可基本確定澆注系統(tǒng)的大體形式,進行模架訂購。在模架設計基本完成時,根據(jù)模具的基本尺寸、產(chǎn)品放置位置等技術條件,進行CAE 詳細分析,從而確定澆注系統(tǒng)的具體位置及尺寸,對于有特殊要求的制品進行冷卻變形分析。這種分析過程充分利用了CAE 分析軟件的優(yōu)越性,同時發(fā)揮了CAE 工程師的

5、技術優(yōu)勢,對模具產(chǎn)品、結構設計提供了充分的技術支持,提高了模具設計的水平和試模的一次成功率。    2 CAE 并行設計實例    現(xiàn)以使用MPI(Moldflow Plastics Insight) 4.0軟件設計空氣取水機門蓋模具為例,簡要介紹CAE 并行設計在門蓋模具設計過程中的應用。    2. 1 制品優(yōu)化設計    最初制品設計壁厚分布及初步確定的澆口位置如圖3 所示。制品最大外形尺寸為605 mm(長) ×360 mm(寬) ,主要壁厚為3 mm ,筋

6、位最薄處為0. 8mm ,澆口形式為一側進膠。用戶要求制品為外觀透明制件,預選材料為透明聚碳酸酯( PC) ,制品收縮率為0. 5 %。    在MPI 4. 0 中輸入制品模型、注塑材料及成型工藝等初始條件以后,進行流動、保壓、變形分析,通過分析相關成型結果,得出表1 所列的結論。    根據(jù)用戶對制品的質(zhì)量要求,結合相應的CAE分析結果,綜合考慮模具成本、制品質(zhì)量及效率,對制品設計及成型方案提出優(yōu)化設計方案為:注塑材料改用流動性相對較好的透明(丙烯腈/ 丁二烯/ 苯乙烯) 共聚物(ABS) ,澆口位置改為制品正面中心處,為掩蓋澆口

7、痕跡,在制品上設計一凹槽表面覆蓋標牌,制品周邊進膠位置的壁厚改為2. 5 mm ,筋位最薄處改為1 mm ,優(yōu)化設計的制品見圖4。    將制品優(yōu)化設計方案重新輸入到MPI 4. 0 中進行流動、保壓、變形分析,同時對注塑工藝進行初步優(yōu)化,得出的結論見表2。    通過比較分析結果,改進后的制品設計方案成型性能提高,在保證制品質(zhì)量的同時,大大降低了制品成本及模具成本,滿足了用戶的要求。    2. 2 結構優(yōu)化設計    由于采用了模具設計并行工程,在完成制品優(yōu)化設計的同時,模架設計也基本完成,在確定模具的型腔數(shù)、制品定位、模架大小后,可以根據(jù)以上輸入條件設計出準確的CAE模型,CAE 設計模型如圖5所示。此套模具采用兩板模直澆口,澆口位于制品中心凹槽處。主流道尺寸為入口直徑,達4 mm ,雙邊斜度為2°,高度為110 mm。    在完成初步分析的基礎上,在MPI 4. 0 中輸入優(yōu)化的螺桿曲線數(shù)值及注射、保壓、冷卻時間等工藝條件,進行CAE 詳細分析。通過準確的成型結果確定優(yōu)化成型方案,提供澆注系統(tǒng)詳細的設計尺寸,指導模具結構設計