CAE技術注塑生產應用范文

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隨著塑料工業的迅速發展以及塑料制品在航空、航天、電子、機械、船舶和汽車等工業部門的推廣應用,產品精度、生產周期、成本竟爭等要求越來越高,傳統的塑料制品生產方式已無法適應產品更新換代和提高質量的要求。計算機輔助工程(cae)技術已成為塑料產品開發、模具設計及產品注塑加工這些薄弱環節的最有效的途經。同傳統的模具設計相比,CAE技術無論在提高生產率、保證產品質量,還是在降低成本、減輕勞動強度等方面,都具有很大優越性。

塑料模具的設計不但要采用CAD/CAM技術,而且還要采用CAE技術,這是發展的必然趨勢。注塑成型分兩個階段,即開發/設計階段(包括產品設計開發、高分子材料的選用、模具設計和模具制造)和生產階段(包括購買材料、試模和成型生產)。傳統的注塑方法是在正式生產前,由于設計人員憑經驗與直覺設計模具,模具裝配完畢后,通常需要幾次試模,發現問題后,不僅需要重新設置工藝參數,甚至還需要修改塑料制品和模具設計,這勢必增加生產成本,延長產品開發周期。

采用CAE技術,可以完全代替試模。在模具制造之前,在計算機環境下分別對塑料產品開發、模具設計及產品注塑成型三方面全過程進行模擬分析,提供了從制品設計到生產的完整解決方案,預測塑料熔體在型腔中的整個成型過程,準確預測熔體的填充充模、保壓、冷卻以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布成型情況,幫助研判潛在問題,有效地防止問題發生,大大縮短了開發周期,降低生產成本。

1CAE技術應用在塑料制品生產中的三個方面

1.1高分子材料選用及塑料制品設計階段應用計算機輔助工程(CAE)分析

制品設計者用CAD/CAE配合,在產品初始設計階段關注產品的工藝性,指出諸如:熔接痕、困氣、流動時間、壓力、和溫度分布等敏感問題,決定制品的厚度、結構形狀、材料、及澆口位置,從而為后續工作帶來方便。并用流動分析確保在制品設計階段解決下列問題:

(1)制品能否全部注滿,這一古老的問題仍為許多制品設計人員所注目,尤其是大型制件,如蓋子、容器和家具等。

(2)制件實際最小壁厚,如能使用薄壁制件,就能大大降低制件的材料成本,減小壁厚還可大大降低制件的循環時間,從而提高生產效率,降低塑件成本。

(3)澆口位置是否合適,采用CAE分析可使產品設計者在設計時具有充分的選擇澆口位置的余地,確保設計的審美特性。

1.2在模具設計和制造階段應用計算機輔助工程(CAE)

(1)良好的充填形式,對于任何的注塑成型來說,最重要的是控制充填的方式,以使塑件的成型可靠、經濟。單向充填是一種好的注塑方式,它可以提高塑件內部分子單向和穩定的取向性。這種填充形式有助于避免因不同的分子取向所導致的翹曲變形。

(2)最佳澆口位置與澆口數量,為了對充填方式進行控制,模具設計者必須選擇能夠實現這種控制的澆口位置和數量,CAE分析可使設計者有多種澆口位置的選擇方案并對其影響作出評價。

(3)流道系統的優化設計,實際的模具設計往往要反復權衡各種因素,盡量使設計方案盡善盡美。通過流動分析,可以幫助設計者設計出壓力平衡、溫度平衡或者壓力、溫度均平衡的流道系統,還可對流道內剪切速率和摩擦熱進行評估,如此,便可避免材料的降解和型腔內過高的熔體溫度。

(4)冷卻系統的優化設計,通過分析冷卻系統對流動過程的影響,優化冷卻管路的布局和工作條件,從而產生均勻的冷卻,并由此縮短成型周期,減少產品成型后的內應力。

(5)減小反修成本,提高模具一次試模成功的可能性是CAE分析的一大優點。反復地試模、修模要耗損大量的時間和金錢。此外,未經反復修模的模具,其壽命也較長。

1.3在試模成形、產品注塑生產階段應用計算機輔助工程(CAE)

注塑分析與注塑機網絡相連,注塑生產者可共享前期技術人員成果,排除制品設計、模具、加工過程存在的反常現象。實時監控和調整注塑機參數,提高制件質量穩定性和可加工性、并降低制品成本。

(1)更加寬廣更加穩定的加工裕度流動分析對熔體溫度、模具溫度和注射速度等主要注塑加工參數提出一個目標趨勢,通過流動分析,注塑者便可估定各個加工參數的正確值,并確定其變動范圍。會同模具設計者一起,他們可以結合使用最經濟的加工設備,設定最佳的模具方案。

(2)減小塑件應力和翹曲,選擇最好的加工參數使塑件殘余應力最小。殘余應力通常使塑件在成型后出現翹曲變形,甚至發生失效。

(3)省料和減少過量充模,流道和型腔的設計采用平衡流動,有助于減少材料的使用和消除因局部過量注射所造成的翹曲變形。

(4)最小的流道尺寸和回用料成本,流動分析有助于選定最佳的流道尺寸。以減少澆道部分塑料的冷卻時間,從而縮短整個注射成型的時間,以及減少變成回收料或者廢料的澆道部分塑料的體積。

2計算機輔助工程(CAE)在注塑生產中應用存在的問題

2.1方方面面人的因素影響

(1)使用者不可能都精通注塑(設備、控制和工藝)、聚合物(流變學、力學、形態學)、模具設計、制品設計等知識、和技能。

(2)CAD建模、轉換、解釋不當直接引起生成的制品有限元分析網格缺陷。

(3)公司管理水平不高,技術人員的溝通合作、協調不充分。

2.2軟件的不完善和局限性

(1)殼體和雙域幾何建模方法的局限性。

(2)模型轉化程序對幾何模型的不當解釋。

(3)代碼中使用的數學模型、數值解法的近似性。

(4)開發人員為了平衡代碼復雜性、計算機硬件運行速度和用戶使用友好性而采用的簡化假設。

(5)對于工程塑料、特殊添加濟混合物性能表征的不穩定性,如長玻璃纖維填充塑料、液晶聚合物等特殊材料。

2.3實驗取樣數據、模擬分析參數與實際生產數據存在變化

(1)材料實驗室測定數據庫有限,CAE分析時常采用同類材料的現有性能數據而產生誤差。

(2)制品在生產過程中,模具的變性、注塑機的不穩定、設定之工藝參數與熔體實際情況很難一致。

3結語

注塑模具CAE技術的成功應用總是需要而且繼續需要注塑實踐和理論兩方面的均衡,不能視它的強大功能為萬能,替代經驗指導;也不能因為它的復雜性、誤差不準確性而全盤否定。成功的注塑分析需要在精通塑料性能、制品設計、模具設計、注塑過程的基礎上,利用分析軟件提供的信息作出更有意義的決定,就象X射線給醫生提供信息,再由經驗作出正確的診斷、治療方案。而后續治療實施的有效性則依靠全體醫護人員共同協作。成功注塑實踐也是全員共同參與、充分溝通、團隊合作實現的。