基于CAE软件的注射成型方案优化分析

作者:林砺宗;郭喜强;邢东仕;黄专;孙丽娟 刊名:中国塑料 上传者:赵芳

【摘要】借助计算机辅助工程(CAE)软件的模流分析功能,对汽车气囊盖塑件进行了填充、流动、冷却和翘曲等模拟分析。通过对多种设计方案进行比较和调整,最终确定了最优设计方案,并且结合模拟结果,介绍了注塑模CAE技术对塑件模具优化设计的重要作用:CAE技术可以有效地简化设计过程,提高设计效率,降低模具的报废率。

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模具是工业生产的基础工艺装备,模具生产技术水平的高低,是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,其中塑料注塑模具工业尤为重要。传统的模具设计过程为:产品设计和模型构建模具设计模具制造试模、修模注塑生产。从中可看出利用传统方法设计注塑模具时,设计成功与否很大程度上依赖设计者的经验,而且对复杂零件浇口位置的合理与否、排气槽的位置设置、熔接线位置的确定都十分困难;并且得到合格的模具还要经过反复试模和修模,不仅浪费人力物力,而且延长了生产周期,从而影响产品更新换代的速度,造成生产成本的提高。因此,必须逐步淘汰传统的塑料注塑模具设计方式,从而采用模具CAE技术。模具CAE技术通过在计算机上对模具设计方案进行分析和模拟来代替实际的试模,预测设计中潜在的缺陷,为设计人员提供了科学依据。其带来的直接好处是省时省力,减少试模、修模次数和模具报废率,缩短模具设计制造周期,降低成本、提高产品品质。进行模具CAE技术研究的软件比较多,其中Moldflow是一种效果较好的注塑模具CAE软件,Moldflow是对塑料产品和模具进行分析的软件包,可以在计算机上对整个注塑过程进行模拟分析[1]。本文通过介绍CAE分析软件的代表Moldf1ow及其应用实例,阐述CAE技术对塑件模具优化设计的重要作用。1注塑过程模拟的理论基础注塑CAE技术就是根据塑料加工流变学和传热学的基本理论,建立塑料熔体在模具型腔中的流动、传热的物理模型。由于计算动力学是在流体基本方程的控制下对流动的数值模拟,聚合物流体在流动过程中应遵循以下基本方程:连续性方程、动量守恒方程和能量方程。运用有限元或有限元差分混合数值方法得到塑件在不同时间段的压力场、温度场等变化情况,从而模拟出实际生产情况[2]。三维薄壁型腔充填分析的控制方程如式(1)~式(5)所示。连续性方程:(b-u)x+(b-v)x=0(1)X方向上的动量方程:Px-z(vz)=0(2)Y方向上的动量方程;Py-z(vz)=0(3)能量守恒方程:Cp(Tt+uTx+vTy)=k2Tz2(4)=[(uz)2+(vz)2]12(5)式中b型腔壁厚,m-uX方向的平均速度,m/s-vY方向的平均速度,m/s密度,kg/m3Cp比热容,J/(kgK)k热导率,W/(mK)t时间,sP熔体的压力,PaT熔体的温度,K黏度,Pas剪切速率,s-12Moldflow分析步骤采用Moldflow对塑件进行CAE分析的过程分为3个阶段[3]:前置处理,计算机模拟,后置处理。前置处理是指塑件几何模型的建立及有限元网格的划分和修改、注塑材料特性参数及注塑工艺条件的交互输入,为注塑过程的计算机模拟创造必要的条件;计算机模拟是整个分析过程的主体;后置处理是指注塑过程模拟结果的表格化和图形化。2.1制件结构和材料采用Moldflow软件对汽车气囊盖进行注塑分析,其塑件尺寸为316mm195mm62mm,制件的平均厚度为3mm,最厚处为9mm左右,最薄处为0.4mm。从中可以看出塑件的厚度变化范围。采用CATIA建模,并且删除不必要的细节(如倒角),通过stp格式导入Moldflow软件进行分析,塑件模型如图1所示。塑件材料选用Cousin-Tessier公司的热塑性弹性体(TPE),型号为TefablocTOSI76837D。图1Moldflow中塑件的三维模型结构图Fig.1ThegeometrymodeloftheplasticpartgivenbyMoldflow综合考虑塑件尺寸和计算效率,采取fusion网格进行分析,生成有限元模型。由于CAD软件和Mold-flow的接

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