cae技術(shù)在模具設(shè)計(jì)過程中的并行應(yīng)用

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1、CAE技術(shù)在模具設(shè)計(jì)過程中的并行應(yīng)用

2、第1隨著模具行業(yè)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)技術(shù)已經(jīng)在塑料模具行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。它通過模擬塑料制品的成型過程,輔助模具設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)出精確、高效的模具;指導(dǎo)工藝師正確設(shè)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(yù)測(cè)塑料熔體在型腔內(nèi)的流變行為,因而能提高模具設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低模具成本、縮短模具制造時(shí)間,因而得到注塑模具行業(yè)的極大關(guān)注。1　CAE并行設(shè)計(jì)1.1　基本思想以往在模具設(shè)計(jì)過程中,由于受到CAE工程師技術(shù)水平和CAE軟件的限制,CAE技術(shù)主要用于分析、驗(yàn)證模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師先將模具澆

3、注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成,然后由CAE工程師進(jìn)行CAE分析,通過流動(dòng)、保壓、變形分析驗(yàn)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(zhǎng),當(dāng)設(shè)計(jì)任務(wù)較為繁重時(shí),無法及時(shí)完成分析任務(wù),限制了CAE作用的發(fā)揮。通過不斷地實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)積累,CAE工程師提高了自身的技術(shù)水平,加之CAE軟件的升級(jí)更新,CAE分析的效率和質(zhì)量大為提高。為進(jìn)一步提高CAE技術(shù)的應(yīng)用效率,我們?cè)谀＞咴O(shè)計(jì)過程中引入CAE并行分析,不僅對(duì)制品設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證,而且對(duì)模具澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)進(jìn)行指導(dǎo)性設(shè)計(jì),優(yōu)化制品及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,提高整個(gè)設(shè)計(jì)過程的效率。1.2　CAE設(shè)計(jì)過程對(duì)比傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)過程是制品、結(jié)構(gòu)

4、、數(shù)模順序的設(shè)計(jì),見圖1。CAE分析處于模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后,主要是對(duì)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果的驗(yàn)證,同時(shí)驗(yàn)證制品設(shè)計(jì)。當(dāng)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí),則需反饋給結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品部門進(jìn)行改進(jìn),提出改進(jìn)措施。但由于時(shí)間的滯后,往往會(huì)造成設(shè)計(jì)工作的重復(fù)及工作量的增加,影響了模具設(shè)計(jì)進(jìn)度。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展,以及工程數(shù)據(jù)庫(kù)和參數(shù)設(shè)計(jì)的綜合運(yùn)用,并行工程被有效地應(yīng)用到模具設(shè)計(jì)過程中,極大地提高了設(shè)計(jì)效率。圖2為模具并行設(shè)計(jì)流程。CAE并行設(shè)計(jì)過程的主要思想是在制品設(shè)計(jì)中后期通過CAE的簡(jiǎn)單分析,驗(yàn)證制品設(shè)計(jì)的合理性,同時(shí)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(jìn)膠方式和可

5、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(jìn)行模架訂購(gòu)。在模架設(shè)計(jì)基本完成時(shí),根據(jù)模具的基本尺寸、產(chǎn)品放置位置等技術(shù)條件,進(jìn)行CAE詳細(xì)分析,從而確定澆注系統(tǒng)的具體位置及尺寸,對(duì)于有特殊要求的制品進(jìn)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(shí)發(fā)揮了CAE工程師的技術(shù)優(yōu)勢(shì),對(duì)模具產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了充分的技術(shù)支持,提高了模具設(shè)計(jì)的水平和試模的一次成功率。2　CAE并行設(shè)計(jì)實(shí)例現(xiàn)以使用MPI(Moldflom(長(zhǎng))×360mm(寬),主要壁厚為3mm,筋位最薄處為0.8mm,澆口形式為一側(cè)進(jìn)膠。用戶要求制品為外觀透明制件,預(yù)選材料為透

6、明聚碳酸酯(PC),制品收縮率為0.5%。在MPI4.0中輸入制品模型、注塑材料及成型工藝等初始條件以后,進(jìn)行流動(dòng)、保壓、變形分析,通過分析相關(guān)成型結(jié)果,得出表1所列的結(jié)論。根據(jù)用戶對(duì)制品的質(zhì)量要求,結(jié)合相應(yīng)的CAE分析結(jié)果,綜合考慮模具成本、制品質(zhì)量及效率,對(duì)制品設(shè)計(jì)及成型方案提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案為:注塑材料改用流動(dòng)性相對(duì)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,為掩蓋澆口痕跡,在制品上設(shè)計(jì)一凹槽表面覆蓋標(biāo)牌,制品周邊進(jìn)膠位置的壁厚改為2.5mm,筋位最薄處改為1mm,優(yōu)化設(shè)計(jì)的制品見圖4。將制品優(yōu)化設(shè)計(jì)方案重新輸入到MPI4

7、.0中進(jìn)行流動(dòng)、保壓、變形分析,同時(shí)對(duì)注塑工藝進(jìn)行初步優(yōu)化,得出的結(jié)論見表2。通過比較分析結(jié)果,改進(jìn)后的制品設(shè)計(jì)方案成型性能提高,在保證制品質(zhì)量的同時(shí),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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)由于采用了模具設(shè)計(jì)并行工程,在完成制品優(yōu)化設(shè)計(jì)的同時(shí),模架設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)出準(zhǔn)確的CAE模型,CAE設(shè)計(jì)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(dá)4mm,雙邊斜度為2°,高度為110mm。在完成初步分析的基礎(chǔ)上,在MPI4.0中輸入優(yōu)化

8、的螺桿曲線數(shù)值及注射、保壓、冷卻時(shí)間等工藝條件,進(jìn)行CAE詳細(xì)分析。通過準(zhǔn)確的成型結(jié)果確定優(yōu)化成型方案,提供澆注系統(tǒng)詳細(xì)的設(shè)計(jì)尺寸,指導(dǎo)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3　結(jié)語實(shí)踐證明,通過CAE技術(shù)在模具設(shè)計(jì)過程中的并行應(yīng)用,可以提供制品優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,指導(dǎo)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高設(shè)計(jì)質(zhì)量,縮短設(shè)計(jì)周期,最大限度地發(fā)揮CAE的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。