【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 仿真方法多種多樣，其中，在有限元理論基礎(chǔ)上，編制仿真程序或者開發(fā)應(yīng)用軟件，對(duì)分析對(duì)象進(jìn)行仿真，是一種便捷且行之有效的仿真方法，從而引入 CAE 軟件。模具設(shè)計(jì)人員利用 CAE 技術(shù)，可以預(yù)測(cè)模具結(jié)構(gòu)及注射工藝數(shù)對(duì)制品外觀和性能的影響，有目的地修正設(shè)計(jì)方案和工藝條件，克服因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)少而 造成的不良后果，進(jìn)而優(yōu)化注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高模具設(shè)計(jì)效率?；?CAE 技術(shù)的塑料模具設(shè)計(jì)流程如圖 12 和傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)流程不同，這種設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程是典型的并行路線。利用 CAE 分析軟件，可以在模具制造之前先在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注塑成型過程進(jìn)行模擬分析，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)熔體的填充、保壓、冷卻以及制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、制品的 應(yīng)用最廣，客戶成熟度最高，尤其是在高校科研領(lǐng)域。 2021 年收購了 Fluent， 2021 年收購了 ANSOFT。Fluent 是應(yīng)用最廣的流體分析軟件， ANSOFT 是應(yīng)用最廣的電磁分析軟件。 在收購整合的過程中， Ansys 的多物理場(chǎng)耦合成為一大特色。 ANSYS 軟件 是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、 2 聲場(chǎng)分析于一體的大型 通用有限元分析軟件 。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國 ANSYS 開發(fā)，它能與多數(shù) CAD 軟件接 口 ，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－ DEAS, AutoCAD 等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí) CAE 工具之一 收縮和翹曲變 形等情況，從而使設(shè)計(jì)者能夠模擬調(diào)整工藝參數(shù)，優(yōu)化工藝規(guī)程，盡早發(fā)現(xiàn)并解決問題，及時(shí)修改制品和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而不是等到試模以后再返修模具，縮短了開發(fā)周期，提高了設(shè)計(jì)效率。 注塑模常用 CAE 軟件 CAE 軟件按研究對(duì)象分為：靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，動(dòng)態(tài)分析；按研究問題分為線性問題，非線性問題；按物理場(chǎng)分：結(jié)構(gòu)（固體）、流體、電磁等。 主要有： Pro/ENGINEER ： Pro/Engineer 操作 軟件 是 美 國參 數(shù) 技 術(shù) 公 司 （ PTC)旗 下的CAD/CAM/CAE 一體化的三維軟件。 Pro/Engineer 軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位， Pro/Engineer 作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的 CAD/CAM/CAE 軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù) 重要位置。 Pro/E 是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過的簡(jiǎn)易和靈活。 Ansys： 很經(jīng)典的 CAE，國內(nèi) Mold flow: 模流分析軟件 Mold flow 軟件是由 Mold flow 公司發(fā)行 ,它作為最具代表性的塑料模具 CAE分析軟件 ,真正地突破了傳統(tǒng)思維的限制 ,幫助生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了合理化和人性化 Mold flow 軟件的特點(diǎn) Mold flow 技術(shù)的 作用在于以下幾個(gè)方面。 1. 優(yōu)化塑料制品設(shè)計(jì) 塑件的壁厚、澆口數(shù)量、位置及流道系統(tǒng)設(shè)計(jì)等對(duì)于塑料制品的成敗和質(zhì)量關(guān)系重大。以往全憑制品設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)，往往費(fèi)力、費(fèi)時(shí)，設(shè)計(jì)出的制品也不盡合理。利用 Mold flow 軟件，可以快速地設(shè)計(jì)出最優(yōu)的塑料制品。 2. 優(yōu)化塑料模設(shè)計(jì)由于塑料制品的多樣性、復(fù)雜性和設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)的局限性，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)往往要經(jīng)過反復(fù)試模、修模才能成功。利用 Mold flow 軟件，可以對(duì)型腔尺寸、澆口位置及尺寸、流道尺寸和冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試模、修模，可大大提高模具 質(zhì)量，減少試模次數(shù)。 MOLDFLOW 與 CAD 軟件 3 集成 3. 優(yōu)化注塑工藝參數(shù)由于經(jīng)驗(yàn)的局限性，工程技術(shù)人員很難精確地設(shè)置制品最合理的加工參數(shù)，選擇合適的塑料材料和確定最優(yōu)的工藝方案。 Mold flow 軟件可以幫助工程技術(shù)人員確定最佳的注射壓力、鎖模力、模具溫度、熔體溫度、注 射時(shí)間、保壓壓力和保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間等，以注塑出最佳的塑料制品 。 近年來， CAE 技術(shù)在注塑成型領(lǐng)域中的重要性日益增大，采用 CAE 技術(shù)可以全面解決注塑成型過程中出現(xiàn)的問題。 CAE 分析技術(shù)能成功地應(yīng)用于三組不同的生產(chǎn)過程，即制品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì) 和注塑成型。 設(shè)計(jì)內(nèi)容與目標(biāo) 對(duì)于任何注塑成型來說，最重要的是控制塑料在模具中的流動(dòng)方式。制品的許多缺陷，如氣穴、熔接痕、短射乃至制品的變形、冷卻時(shí)間等，都與樹脂在模具中的流動(dòng)方式有關(guān)。其中的 MPI/Flow 模塊，模擬以熱塑性材料為原料的塑料件注射成型過程的填充和保壓階段，預(yù)測(cè)熔體的流動(dòng)行為，從而預(yù)測(cè)塑料的成型性。使用 MPI/Flow 可以優(yōu)化澆口位置 ，平衡流道系統(tǒng)，評(píng)估工藝條件，獲得優(yōu)化的保壓條件，并對(duì)可能發(fā)生 塑件收縮、翹曲等質(zhì)量缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)和改善。在本設(shè)計(jì)中將主要利用 MPI/Flow 模塊，對(duì)電 話機(jī)外殼注塑模具兩種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行流動(dòng)仿真，相互比較，選擇較好的方案。再利用 Proe/mold wizard 模塊進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。 4 第二章 電話機(jī) 聽筒上蓋 塑件工藝性分析 塑件工藝分析 圖 2 1 電話機(jī)聽筒上蓋塑件圖 從圖 21分析，塑件壁厚均勻，形狀規(guī)則，易于填充；電話機(jī)聽筒上蓋屬于外觀件，對(duì)表面質(zhì)量和綜合機(jī)械性能要求較高，這就要求塑件成型后要有良好的表面光潔度和較小的形狀誤差，并具有較高的強(qiáng)度、韌性和抗沖擊能力。 電話機(jī)聽筒上蓋形狀簡(jiǎn)單， 壁厚均勻且無凸臺(tái)或凹陷的部分，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，是比較容易填充的，由于經(jīng)常使用，所以材料選擇 強(qiáng)度高、韌性好、易于加工成型的熱塑 性 高分子材料 — ABS。 尺寸精度選擇一般精度等級(jí) 4 級(jí)。 因?yàn)?ABS 的收縮范圍為 ～ %,因此收縮率選擇值為 %。 參考課本標(biāo)引用上表 2— 10，選擇型芯脫模斜度為 ，型腔脫模斜度為 1186。 5 ABS 的性能分析 使用性能 ABS 塑料綜合性能良好，沖擊強(qiáng)度、力學(xué)強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性、電氣性能良好；易于成型和機(jī)械加工，其表面可鍍鉻，適合制作一般機(jī)械零件、減 摩零件、傳動(dòng)零件和結(jié)構(gòu)零件。 成型性能 （ 1）無定型塑料 其品種很多，各品種的機(jī)電性能及成型特性也各有差異，應(yīng)按品種確定成型方法及成型條件。 （ 2）吸濕性強(qiáng) 該塑料含水量小于 ﹪（質(zhì)量），必須充分干燥，要求表面光澤的塑件硬要求長時(shí)間預(yù)熱。 （ 3）流動(dòng)性中等 溢邊料 左右。 （ 4）模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進(jìn)料口位置、形式。推出力過大或機(jī)械加工時(shí)塑件表面呈白色痕跡。 ABS 的主要性能與用途 ABS 屬于線型結(jié)構(gòu)非結(jié)晶型，使用溫度小于 70 度，化學(xué)穩(wěn)定 性較好，機(jī)械強(qiáng)度較好，有一定耐磨性。但耐熱性較差，吸水性較大。成型性能好，成型前要干燥。適用于電器外殼，汽車儀表盤，日用品等。因此適用于本塑件。 ABS 的注射成型過程及工藝參數(shù) 注射成型過程 （ 1）成型前的準(zhǔn)備 對(duì) ABS 的色澤、粒度和均勻度等進(jìn)行檢驗(yàn)，由于 ABS 吸水性較大，成型前應(yīng)進(jìn)行充分的干燥。 (2)注射過程 塑料原料在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，其過程可分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流和冷卻五個(gè)階段。 (3)塑件的后處理 處理 的介質(zhì)為空氣和水，處理溫度 60～ 75℃，處理時(shí)間為 1620s。 6 注射工藝參數(shù) (1)注射機(jī)：螺旋式，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為 30r/min。 (2)料筒溫度（℃）：后段 150～ 170； 中段 165～ 180； 前段 180～ 200。 ABS 的分解溫度為 260 度，所以此溫度適合 (3)噴嘴溫度（℃）： 170～ 180。 為防止熔體在噴嘴處產(chǎn)生流涎現(xiàn)象 ,通常將噴嘴溫度控制在略低于料筒的最高溫度，大致與料筒中段的溫度相同。此溫度符合要求。 (4)模具溫度（℃）： 50～ 80。 由于 ABS屬于非結(jié)晶型塑料，且熔融粘度較低，所以模溫常偏低。 (5)注射壓力（ Mpa）： 60～ 100。 (6)成型時(shí)間（ s）： 30。 7 第三章 模具結(jié)構(gòu)形式 分型面位置的確 通過對(duì)塑件結(jié)構(gòu)形式的分析，分型面應(yīng)該置于截面積最大且利于開模取出塑件的下表面，選擇塑件最大截面處為分型面，此塑件分型面是聽筒下表面，由于電話機(jī)聽筒最大分型面是有弧度的，所以分型面是彎曲的。開模時(shí)，隨著分型面分開，凝料與塑件一起運(yùn)動(dòng)，直到推出機(jī)構(gòu)將塑件與凝料一起推出其位置。如圖 31所示： 圖 31 塑件分型面 型腔數(shù)量和排列方式的確定 型腔數(shù)量的確定 該塑件采用精度為一般精度等級(jí) 4級(jí)，且為大批量生產(chǎn)，可采用一模多腔的結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)，考慮到塑件尺寸、模具結(jié)構(gòu)尺寸的大小關(guān)系，以及制造費(fèi)用和各種成本費(fèi)用等因素，初步定為一模兩腔的結(jié)構(gòu)形式。 型腔排列形式的確定 多型腔模具盡可能采用平衡式排列布置，且要力求緊湊，并與澆口開設(shè)的位置對(duì)稱，由于該設(shè)計(jì)選擇是一模兩腔，故采用直線對(duì)稱排列，如圖 32： 8 圖 32 型腔布置圖 注射機(jī)型號(hào)的確定 計(jì)算塑件體積和重量 用 UG可測(cè)得塑件體積： 68 1 mmV ?塑 ABS 的密度為 31 .0 2 ~ 1 .1 6 /g cm? ? ，取， 3/ cmg?? 所以塑件的重量 ： 1mV?? 由上式解得： gm 8 1 0 ???