汽车塑料保险杠注塑模具的cae分析(附件)
本文对注射模具计算机辅助工程技术（CAE）的研究现状及发展趋势进行了扼要阐述。主要通过CAE模拟分析软件Moldflow对塑料保险杠注射成型中的成形窗口过程、充填过程、冷却过程以及翘曲变形过程进行了模拟分析，对产品的气穴、熔接痕等缺陷的分布以及翘曲量大小等各项质量指标进行了预测。并根据实验数据对浇口位置、流道排布、模温、保压时间、冷却管排布等主要成型条件进行了优化。研究结果表明，Moldflow软件在注射成型的实际生产中具有很高的指导价值和广阔的应用前景。
[关键词]：Moldflow，注射成型，模拟
目 录
1 绪论 1
1.1 CAE技术在塑料注射模具设计中的作用 1
1.2 CAE技术的发展概况 3
1.3 MOLDFLOW简介与常用功能介绍 4
2 模拟分析 4
2.1 分析前处理 4
2.2 Moldflow分析流程 4
2.3 模型的导入 5
2.4 网格划分 5
3 最佳浇口位置分析 7
4 moldflow模拟分析 9
4.1 成型窗口分析 9
4.1.1区域分析 9
4.1.2制件质量分析 12
4.1.3注射压力分析 12
4.1.4最低流动前沿温度分析 13
4.1.5最大剪切应力分析 13
4.1.6最大冷却时间分析 14
4.2 充填分析 15
4.2.1充填时间分析 15
4.2.2气穴位置分析 16
4.2.3熔接痕 17
4.2.4流动前沿处的温度 18 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
/> 4.3 冷却分析 19
4.3.1制品温度 19
4.3.2模具温度 20
4.3.3回路冷却介质温度 21
4.3.4回路管壁温度 22
4.3.5制品平均温度 22
4.3.6回路热去除效率 23
4.4 翘曲分析 24
4.4.1制品总变形量 24
4.4.2制品X方向变形量 25
4.4.3制品Y方向变形量 26
4.4.4制品Z方向变形 26
结 论 27
致 谢 28
参考文献 29
1绪论
随着模具工业的发展，模具型腔和模具结构越来越复杂，模具精度要求越来越高，而生产周期要求越来越短。为了适应这种发展趋势，各种计算机辅助技术如计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工程（CAM）应运而生。
注射成型CAE(Computer-Aid Engineering)技术根据塑料加工流变学和热力学基本理论，通过建立塑料熔体在模具型腔中的流动、传热等物理数学模型，利用数值计算理论对其求解，最后通过计算机图形学技术在计算机屏幕上形象、直观地显示成型过程中熔体的动态充填、冷却等过程，同时能定量地给出成型过程的各种状态参数(如压力、温度、速度等)。
传统的注射模具设计主要依靠经验来进行，这样不仅浪费大量的人力和物力，而且导致产品的研发周期过长，无法适应产品更新换代和提高质量的要求。而采用注射模CAE技术，设计者能在模具制造之前，预测熔融塑件在模腔中的充模流动、保压和冷却情况以及制品中的应力分布，分子和纤维取向、制品的收缩和翘曲变形等，以便能尽早发现问题，及时修改制件或模具设计，而不是等到模具做好，且试模以后才拆模、修模。因此采用注塑模CAE技术可以减少甚至避免模具翻修报废、提高制品质量，降低成本，是传统模具设计制造方法的一次革命。
1.1 CAE技术在塑料注射模具设计中的作用
现代塑料注塑成型CAE技术的作用主要在以下几个方面：
1优化塑料制品设计
塑件的壁厚、浇口数量、位置及流道系统的设计等对于塑料制品的质量有重要影响。以往全凭制品设计人员的经验来设计，往往费时费力，设计出的制品也不尽合理。利用CAE技术，制品设计者能够利用流动分析解决以下问题：
（1）分析制品成型的可能性。
（2）在满足产品使用要求的前提下，分析减小壁厚的可能性，从而降低塑件成本，提高生产率。
（3）浇口位置采用CAE分析可使产品设计者在设计时具有充分的选择浇口位置的余地，确保产品的审美特征。
2优化塑料模具设计
由于塑料制品的多样性、复杂性和设计人员经验的局限性，传统的模具设计往往要经过反复试模、修模才能成功。利用CAE技术，可以对型腔尺寸、浇口位置及尺寸、流道尺寸和冷却系统等进行优化设计，在计算机上进行试模、修模，这可大大提高模具质量，减少试模次数。CAE分析能在以下诸方面辅助设计者和制造者，以获得良好的模具设计。
（1）良好的充填形式 对于任何的注塑成型来说，最重要的是控制填充的方式，以使塑件的成型可靠、经济。有助于避免因不同的分子取向所导致的翘曲变形。
（2）最佳浇口位置与浇口数量 为了对充填方式进行控制，模具设计者必须选择能够实现这种控制的浇口位置和数量，CAE分析可使设计者有多种浇口位置的选择方案并对其影响做出评估。
（3）流道系统的优化设计 实际的模具设计往往要反复权衡各种因素，尽量使设计方案尽善尽美。通过流动分析，可以帮助设计者设计出压力平衡、温度平衡或者压力、温度均平衡的流道系统，还可对流道内剪切速率和摩擦热进行评估，这样便可避免由于过高的熔体温度而导致的材料降解。
（4）冷却系统的优化设计 通过分析冷却系统对流动过程的影响，优化冷却管路的布局和工作条件，从而产生均匀的冷却，并能缩短成型周期，减少产品成型后的内应力
（5）减小返修成本 提高模具一次试模成功的可能性是CAE分析的最大优点。反复地试模、修模要耗损大量的时间和金钱。此外，未经反复修模的模具，其使用寿命也较长。
3优化注塑工艺参数
由于经验的局限性，工程技术人员很难精确地设置制品最合理的加工参数、选择合适的塑料材料和确定最优的工艺方案。CAE技术可以帮助工程技术人员确定最佳的注射压力、锁模力、模具温度、熔体温度、注射时间、保压压力和保压时间、冷却时间等，以得到最佳质量的塑料制品。生产商可以在制件成本、质量和可加工性方面获得更大的竞争优势。
(1) 更加宽广更加稳定的加工“裕度”，流动分析对熔体温度、模具温度和注射速度等主要注塑加工参数提出一个目标趋势，通过流动分析，生产者便可估计各个加工参数的最佳变动范围。会同模具设计者一起，结合使用最经济的加工设备，设定最佳的模具方案。
(2) 最小的流道尺寸和回用料成本 流动分析有助于选定最佳的流道尺寸，以减少流道部分塑料的冷却时间，从而缩短整个注射成型的时间，降低回收料或者废料的体积。
(3) 省料和减少过量充模 流道和型腔的设计采用平衡流动，有助于减少材料的使用量和消除因局部过量注射所造成的翘曲变形。
图25 制品Y方向变形
4.4.4制品Z方向变形
图26 制品Z方向变形
结 论
1 绪论 1
1.1 CAE技术在塑料注射模具设计中的作用 1
1.2 CAE技术的发展概况 3
1.3 MOLDFLOW简介与常用功能介绍 4
2 模拟分析 4
2.1 分析前处理 4
2.2 Moldflow分析流程 4
2.3 模型的导入 5
2.4 网格划分 5
3 最佳浇口位置分析 7
4 moldflow模拟分析 9
4.1 成型窗口分析 9
4.1.1区域分析 9
4.1.2制件质量分析 12
4.1.3注射压力分析 12
4.1.4最低流动前沿温度分析 13
4.1.5最大剪切应力分析 13
4.1.6最大冷却时间分析 14
4.2 充填分析 15
4.2.1充填时间分析 15
4.2.2气穴位置分析 16
4.2.3熔接痕 17
4.2.4流动前沿处的温度 18
/> 4.3 冷却分析 19
4.3.1制品温度 19
4.3.2模具温度 20
4.3.3回路冷却介质温度 21
4.3.4回路管壁温度 22
4.3.5制品平均温度 22
4.3.6回路热去除效率 23
4.4 翘曲分析 24
4.4.1制品总变形量 24
4.4.2制品X方向变形量 25
4.4.3制品Y方向变形量 26
4.4.4制品Z方向变形 26
结 论 27
致 谢 28
参考文献 29
1绪论
随着模具工业的发展，模具型腔和模具结构越来越复杂，模具精度要求越来越高，而生产周期要求越来越短。为了适应这种发展趋势，各种计算机辅助技术如计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工程（CAM）应运而生。
注射成型CAE(Computer-Aid Engineering)技术根据塑料加工流变学和热力学基本理论，通过建立塑料熔体在模具型腔中的流动、传热等物理数学模型，利用数值计算理论对其求解，最后通过计算机图形学技术在计算机屏幕上形象、直观地显示成型过程中熔体的动态充填、冷却等过程，同时能定量地给出成型过程的各种状态参数(如压力、温度、速度等)。
传统的注射模具设计主要依靠经验来进行，这样不仅浪费大量的人力和物力，而且导致产品的研发周期过长，无法适应产品更新换代和提高质量的要求。而采用注射模CAE技术，设计者能在模具制造之前，预测熔融塑件在模腔中的充模流动、保压和冷却情况以及制品中的应力分布，分子和纤维取向、制品的收缩和翘曲变形等，以便能尽早发现问题，及时修改制件或模具设计，而不是等到模具做好，且试模以后才拆模、修模。因此采用注塑模CAE技术可以减少甚至避免模具翻修报废、提高制品质量，降低成本，是传统模具设计制造方法的一次革命。
1.1 CAE技术在塑料注射模具设计中的作用
现代塑料注塑成型CAE技术的作用主要在以下几个方面：
1优化塑料制品设计
塑件的壁厚、浇口数量、位置及流道系统的设计等对于塑料制品的质量有重要影响。以往全凭制品设计人员的经验来设计，往往费时费力，设计出的制品也不尽合理。利用CAE技术，制品设计者能够利用流动分析解决以下问题：
（1）分析制品成型的可能性。
（2）在满足产品使用要求的前提下，分析减小壁厚的可能性，从而降低塑件成本，提高生产率。
（3）浇口位置采用CAE分析可使产品设计者在设计时具有充分的选择浇口位置的余地，确保产品的审美特征。
2优化塑料模具设计
由于塑料制品的多样性、复杂性和设计人员经验的局限性，传统的模具设计往往要经过反复试模、修模才能成功。利用CAE技术，可以对型腔尺寸、浇口位置及尺寸、流道尺寸和冷却系统等进行优化设计，在计算机上进行试模、修模，这可大大提高模具质量，减少试模次数。CAE分析能在以下诸方面辅助设计者和制造者，以获得良好的模具设计。
（1）良好的充填形式 对于任何的注塑成型来说，最重要的是控制填充的方式，以使塑件的成型可靠、经济。有助于避免因不同的分子取向所导致的翘曲变形。
（2）最佳浇口位置与浇口数量 为了对充填方式进行控制，模具设计者必须选择能够实现这种控制的浇口位置和数量，CAE分析可使设计者有多种浇口位置的选择方案并对其影响做出评估。
（3）流道系统的优化设计 实际的模具设计往往要反复权衡各种因素，尽量使设计方案尽善尽美。通过流动分析，可以帮助设计者设计出压力平衡、温度平衡或者压力、温度均平衡的流道系统，还可对流道内剪切速率和摩擦热进行评估，这样便可避免由于过高的熔体温度而导致的材料降解。
（4）冷却系统的优化设计 通过分析冷却系统对流动过程的影响，优化冷却管路的布局和工作条件，从而产生均匀的冷却，并能缩短成型周期，减少产品成型后的内应力
（5）减小返修成本 提高模具一次试模成功的可能性是CAE分析的最大优点。反复地试模、修模要耗损大量的时间和金钱。此外，未经反复修模的模具，其使用寿命也较长。
3优化注塑工艺参数
由于经验的局限性，工程技术人员很难精确地设置制品最合理的加工参数、选择合适的塑料材料和确定最优的工艺方案。CAE技术可以帮助工程技术人员确定最佳的注射压力、锁模力、模具温度、熔体温度、注射时间、保压压力和保压时间、冷却时间等，以得到最佳质量的塑料制品。生产商可以在制件成本、质量和可加工性方面获得更大的竞争优势。
(1) 更加宽广更加稳定的加工“裕度”，流动分析对熔体温度、模具温度和注射速度等主要注塑加工参数提出一个目标趋势，通过流动分析，生产者便可估计各个加工参数的最佳变动范围。会同模具设计者一起，结合使用最经济的加工设备，设定最佳的模具方案。
(2) 最小的流道尺寸和回用料成本 流动分析有助于选定最佳的流道尺寸，以减少流道部分塑料的冷却时间，从而缩短整个注射成型的时间，降低回收料或者废料的体积。
(3) 省料和减少过量充模 流道和型腔的设计采用平衡流动，有助于减少材料的使用量和消除因局部过量注射所造成的翘曲变形。
图25 制品Y方向变形
4.4.4制品Z方向变形
图26 制品Z方向变形
结 论
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