【正文】 已有或開始起步LMD方法已進入商業(yè)化已有理論著作發(fā)表SPD方法已進入商業(yè)化在電子、機械業(yè)有應用1978年AustinC推出了第一個注塑成型充填階段的模擬軟件MOULDFLOW。80年代中期以來，國內開始重視塑料模CAE技術，經過10余年的研究與開發(fā)，現有一些大學和研究院所已推出一些實用的、商品化軟件。90年代，已將研究重點置于材料的粘彈性、復雜三維模擬以及取向、殘余應力和固化現象的研究?？梢灶A見，塑料模 CAE 技術將被廣泛采用，成為解決塑料成型加工和模具設計中各類問題的標準工具和手段[1114]。a．數學模型、數值算法逐步完善塑料模CAE技術的實用性，取決于數學模型的準確及數值算法的精確。如聚合物在三維復雜區(qū)域中的流動、傳熱過程的數值分析；以及入口收斂效應使模具內三維流動和出模脹大所用的本構關系更加復雜，并應考慮粘彈性及非等溫性。b．用戶界面互加好友使CAE技術更加方便由于計算機技術及多媒體技術的發(fā)展，用戶界面具有更強的直觀、直感和直覺性，用戶能以較少的工程知識背景，利用“向導”或語音等信息提示，實現簡單的“傻瓜”操作。c．優(yōu)化理論計算方法使CAE技術“主動”的優(yōu)化設計現有的CAE技術是建立在科學計算的基礎上，但僅僅是校驗設計方案的合理性，優(yōu)化僅是反復的校驗、試湊，最終的設計方案仍需設計者的經驗和技巧，通過對多個方案的反復計算、比較、分析和判斷來確定，使設計和分析過程仍帶有盲目性和隨機性。可從根本上解決依賴經驗和技巧的方法和手段[1619]?，F代設計理論的應用，如并行工程等，用戶將需要五峰連接的集成化的軟件，具有專業(yè)特色的CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM/ERP產品將應運而生，逐步完成模具及成型加工全過程的模擬及控制，形成“過程工程與技術”的關鍵技術。為適應電子商務的發(fā)展要求，塑料模CAE技術，將立足于全社會的公開網絡環(huán)境，實現異地的“協同設計”及“虛擬制造”，建立專業(yè)化的虛擬網絡服務環(huán)境，并開發(fā)相關產品，實施網上經銷、培訓與服務[20]。下面就常用的注射成型、氣體輔助注射成型、擠出成型、吹塑成型和熱成型等，說明現有塑料模 CAE 技術的理論方法及對工程實際的指導意義。注射模CAE技術按成型工藝過程的特點，分為流動、保壓、冷卻、殘余應力及翹曲分析等軟件模塊。通過流動模擬可獲得型腔內的溫度、壓力、速度及鎖模力等信息，幫助工程技術人員合理地設計澆注系統(tǒng),優(yōu)選注射工藝參數，發(fā)現可能出現的成型缺陷并提出相應的對策[21，22]。在充填階段，由于氣體、熔體兩種性質完全不同物質的動力學的相互作用，使得成型過程的模擬非常復雜，控制方程仍采用非牛頓流體非等溫下廣義的Heleshaw流動，但在氣熔界面作了假設，認為氣體、熔體兩相介質不混合。氣熔界面的確定采用粒子跟蹤法或控制體積法[23，25]。此外，還有反應、擠出、熱成型、壓延、流延模、纖維紡絲過程、吹塑模、涂覆等成型過程數值模擬也開展了廣泛的工作，對聚合物加工過程的分析和成型設備的設計都產生了相當大的影響[26]。通過一年多的學習及應用，對諸多塑料件的成型狀況進行模擬，利用CAE分析結果，對塑料件的澆注系統(tǒng)、注塑工藝參數等各方面進行了優(yōu)化，取得了比較滿意的優(yōu)化結果，得出一些切實可行的解決方案。主要研究內容如下：。本文基于注塑模擬CAE的流變學原理，對成型過程包括充模流動、保壓及冷卻三個階段的模擬分析加以研究。本文將針對這個問題加以分析，探討流道及澆口的優(yōu)化設計，以指導實際生產。在成千上萬種材料、各種復雜的幾何造型及各種不同的工藝中，要想找出理想的組合，傳統(tǒng)的注射模設計方法是很難在短時間內實現的。，對CAE技術在塑料制品生產、塑料模設計及制造中的應用作分析研究，探討其對薄壁塑料制品及幾何結構復雜制品成型工藝的優(yōu)化方法，通過分析比較流動、保壓、冷卻等模擬結果，確定生產高質量產品的工藝參數。適合高效率、大批量的生產方式，已發(fā)展成為熱塑性塑料最主要的成型加工方法。一方面，非牛頓的高溫塑料熔體在壓力的作用下，注入溫度較低的型腔；另一方面，由于熔體與模具型腔的溫差導致使注入的熔體快速冷卻，同時伴隨固化、體積收縮及可能的結晶過程。注塑模的CAE是從狹義出發(fā)，主要是在設計模具之前對熔料的流動情況、壓力分布和冷卻過程等進行模擬，以獲得實現最佳充填的模具結構[21,27]。一旦模具制造完成后發(fā)現上述缺陷，對模具進行修整非常麻煩，還要拖延模具的交貨期，嚴重時會造成模具報廢。simulationofplastics發(fā)現問題即對設計進行修改，直到成型過程滿意為止[2831]。它能正確的預測出塑件的性能[32，33]。ofsystem 第三章 實例：鼠標組合型腔—流動平衡分析與計算 概述在實際生產中，為提高生產效率常采用一模多腔模具來生產中、小型塑料制件。在一模多腔或者組合型腔的注塑模成型生產過程中，熔體在澆注系統(tǒng)中流動的平衡性是十分重要的。平衡的澆注系統(tǒng)不僅可以保證良好的產品質量，而且可以保證不同型腔內產品的質量一致性。對于平衡布置的澆注系統(tǒng)，熔體到各型腔的流動距離相等，如果忽略制造誤差，則流動過程是自然平衡的，即不論成型條件如何變化，各型腔均會在相同的壓力下同時充滿。（d）（c）（b）（a）圖（a）所示的直線形型腔排列中，熔體在澆注系統(tǒng)中的流程相對較短，但是流動不平衡；圖（b）所示的型腔排列能夠保證熔體流動的平衡性，但是顯然這種流道布局使得熔體在澆注系統(tǒng)中的流程較長；如果既要保證流動的平衡性，又要盡量縮短熔體的流程，則可以改變行腔的布局，采用圖（c）和圖（d）所示的布局方式。合理的流道尺寸能夠保證熔體在模具型腔內流動的平衡性。利用MPI進行分析的目的是分別確定通向上下蓋體分流道的截面尺寸，從而保證熔體能夠基本上在同一時刻充滿型腔，實現熔體的平衡流動。具體需要以下內容： Location分析找出上、下蓋體的最佳澆口位置；，以獲得Runner Balance分析所需要的一些約束條件；，在初步模型Fill分析的基礎上進行流道平衡Runner Balance分析，從而得到優(yōu)化的流道設計；，調整和修改設計方案，并對最后的方案進行分析驗證。根據產品初步設計的Fill填充分析結果，我們將對產品的澆注進行Runner Balance分析，目的是希望改善熔體在型腔內流動的不平衡性，降低兩個型腔內的壓力表，防止過保壓等由于流動不平衡造成的情況出現。流道平衡分析希望通過優(yōu)化流道Runner尺寸，達到以下一些目的：，從而保證在同一時刻充滿各個型腔；，從而保證在相對較低的料溫下降低產品的內應力水平；，盡量減小澆注系統(tǒng)所消耗的材料。鼠標組合型腔的流道平衡分析是在初步設計的Fill填充分析基礎上進行的，因此分析前處理要相對簡化許多，主要包括以下內容：（mouse_top_bottom_original_unbalanced）中復制基本分析模型；；；。為研究注射時間、料溫和模溫等成型條件變化對流動平衡的影響，注射時間、料溫和模溫各取3個水平，根據正交表L (3 )設計試驗方案 ，利用z—MOLD軟件對模具型腔充填過程進行9次數值模擬試驗， 用充填結束時各型腔平均壓力差的最大值表征流動的不平衡程度(即平均壓力差的最大值越大，流動的不平衡程度越高)。充模過程中熔體先流到距主流道最近的分流道末段，如果注射時間較長，即注射速率較低，不能迅速產生足夠大的壓力差使熔體克服澆口阻力快速通過澆口，則澆口處熔體溫度可能迅速降低，甚至凝固，澆口處會產生更大的流動阻力，這樣，熔體將先充滿距主流道最遠的型腔，然后再返回來依次沖破阻力最小的澆口并充滿各型腔：如果注射時間較短，即注射速率較高，則熔體將先充滿距主流道最近的型腔，最后充滿距主流道最遠的型腔。因此，與平衡布置的多型腔模具相比，非平衡布置的多型腔模具的充模過程更為復雜，實際生產中應嚴格控制成型條件，保證流動平衡，以使一模多腔模具所生產的各制件質量均勻一致。 分析前處理 項目創(chuàng)建和模型導入。 創(chuàng)建新項目。 選擇分析模型 View和分析任務窗口Study ，鼠標上蓋的基本分析模型被導入。選擇Mesh（網格）Mesh Statistics（網格狀態(tài)統(tǒng)計）命令。 材料選擇鼠標采用的材料為GE Plastics（Europe）公司的ABS材料，其牌號為Cycolac T。 工藝參數的設定工藝參數選用默認設置，各項參數的含義和設置如下：a．Injection molding machine（注塑機）默認設置為Default injection molding machine。c．Melt temperature（熔體溫度）默認值為240oC。雙擊任務欄窗口中的Analyze Now一項，解算器開始計算。通過分析計算的輸出信息Screen output，可以查看到計算中的相關信息。1．Results Summary（結果概要）以文字的形式給出最佳澆口位置的分析結果。Execution time：CPUtime used 分析計算時間：。 gate location最佳澆口位置Best gate location（最佳澆口位置）?？紤]到模具設計的合理性以及熔體在型腔內流動的平衡性。下蓋澆口位置分析前處理的操作步驟和參數設置與上蓋的澆口位置分析基本一致，這里就不再贅述。前處理結果后，直接進行分析計算，MPI生成最佳澆口位置的分析結果。從Results Summary中可以看出：Remended gate location（s）are：Near node=2295所以推薦澆口位置在節(jié)點N2295處附近。同樣考慮到模具設計的合理性以及熔體在型腔內流動的平衡性。也就是說，需要設計者根據經驗首先給出一個初步的設計方案，在對初步設計進行分析的基礎上，尋找設計中存在的問題，從而進行設計方案的調整和修改。組合型腔的分析是在上、下蓋體的最佳澆口位置的基礎上進行的。上、兩型腔間距為50mm左右?？紤]到鼠標上蓋的型腔容積比較小，為了保證熔體的平衡流動，我們不僅調整了流道的尺寸，而且對鼠標上蓋型腔的澆口直徑也做了相應的調整。為了驗證調整后方案的可行性，需要對組合行腔調整后的設計方案進行流動保壓分析。圖 優(yōu)化后組合型腔第四章 實驗數據分析 正交實驗法在生產實踐中，為了得到好的產品，我們都會先做實驗來確定生產的可行性。所以人們總是想花費更少的時間、金錢來解決大量實驗，那就需要以更少的誓言來