范瓊文

摘 要：隨著近現(xiàn)代工業(yè)和科技的快速發(fā)展，注塑模具的技術(shù)水平也不斷提高，僅僅依靠技術(shù)工人的經(jīng)驗?zāi)酥林庇^判斷來完成設(shè)計工作已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需要，企業(yè)也更加重視采用現(xiàn)代技術(shù)來輔助注塑模具的設(shè)計工作。本文對注塑成型CAE技術(shù)進行了介紹，并對大尺寸復合材料注塑件模流進行了分析。

關(guān)鍵詞：大尺寸復合材料注塑件；模流分析；CAE設(shè)計

1.注塑成型CAE技術(shù)簡介

1.1 CAE技術(shù)概念及在注塑成型中的應(yīng)用

塑料在注塑成型的過程中要經(jīng)歷一系列復雜的過程，涉及眾多的流體學、力學和熱能變化過程，采用現(xiàn)在常用的CAE技術(shù)進行過程模擬，將塑料在注塑成型的過程中以及在模腔中的一系列流動過程仿真出來，并在此基礎(chǔ)上進行分析，能夠大大提高注塑成型設(shè)計工作的效率。CAE技術(shù)指的是工程設(shè)計中的計算機輔助工程，既可以對設(shè)計物體進行動態(tài)分析，也可以進行靜態(tài)分析，使用非常方便。利用CAE技術(shù)對模具澆注過程中的溫度、壓力等參數(shù)進行計算、預測，其結(jié)果對于改進注塑工藝的系統(tǒng)以及澆注過程的技術(shù)參數(shù)具有非常重要的意義。同時還可以利用CAE技術(shù)對可能發(fā)生的塑件翹曲進行預測，在模具澆注之前就可以采取一定的補救措施。

1.2CAE技術(shù)與注塑成型優(yōu)化設(shè)計的關(guān)系

目前，可以進行CAE設(shè)計的輔助軟件非常多，其中使用范圍比較廣的就是Moldflow。利用CAE技術(shù)進行注塑成型優(yōu)化設(shè)計的技術(shù)前提就是對材料注塑過程中的壓力、溫度、應(yīng)力、冷卻時間等一系列的物理參數(shù)進行計算以及人工設(shè)置?，F(xiàn)在進行優(yōu)化設(shè)計的一般過程可以分為劃分網(wǎng)格、獲得澆口的最佳位置、設(shè)置材料一系列的工藝參數(shù)、進行流動分析、重新更改方案、對多個方案進行綜合技術(shù)比較、選擇最佳設(shè)計方案等一系列過程。以注塑模澆口的優(yōu)化設(shè)計分析為例：采用CAE平臺軟件進行一系列的設(shè)置之后，首先對制件的澆口位置進行預分析，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合模具設(shè)計的相關(guān)技術(shù)理論，不斷優(yōu)化澆口的位置，然后進行充填和翹曲因素分析，最后根據(jù)顯示的結(jié)果，確定澆口的最佳設(shè)計位置，完成整個設(shè)計過程。

1.3注塑模具采用CAE技術(shù)進行的仿真設(shè)計

注塑模CAE技術(shù)是進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要技術(shù)工具，采用這種技術(shù)進行仿真分析的關(guān)鍵就是對結(jié)構(gòu)數(shù)值的離散化，將完整而連續(xù)的注塑模結(jié)構(gòu)離散成一系列的有限微小單元，再對離散的微小單元進行復雜的數(shù)學分析，從而得出所需要的結(jié)論，所以這種方法解決了傳統(tǒng)技術(shù)條件下許多無法完成的問題。以使用范圍比較廣的CAE產(chǎn)品Moldflow為例，它也是采用有限元分析方法進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)分析，廣泛應(yīng)用于流體力學、熱傳導、工程技術(shù)領(lǐng)域。基于CAE技術(shù)分析的基本過程就是分析前處理過程、有限元分析、后處理過程。第一步是將分析對象進行劃分，生成一系列的離散數(shù)據(jù)，然后對離散的單體結(jié)構(gòu)進行分析，完成部分方程的總體拼裝，對有限元的數(shù)學方程組進行求解，獲得計算結(jié)果，最后根據(jù)工程處理的模型參數(shù)設(shè)計要求，對有限元的計算結(jié)果進行相應(yīng)的加工、優(yōu)化以及檢查，生成直觀圖像并反饋給前臺的用戶，完成整個的注塑模CAE分析過程。

2.復合模板注塑模充模流動的技術(shù)分析

2.1復合模板材料的注塑工藝

在實際的應(yīng)用中，復合模板材料對工程應(yīng)用的質(zhì)量、經(jīng)濟成本和效益等都會產(chǎn)生直接或者間接的影響，復合材料本身具有熱塑性比較好、強度高、抗震抗壓、耐腐蝕、經(jīng)濟成本比較小等一系列的技術(shù)優(yōu)點，廣泛用于工程制造的各個行業(yè)。復合材料在注塑過程中由于增強劑的加入使得澆筑過程中的溫度、壓力、塑化能力和流動性等一系列的工藝參數(shù)都發(fā)生了比較明顯的變化，從而導致注塑工藝的設(shè)置和一般的注塑工藝有所不同。在對復合材料進行澆注時，我們必須對復合材料的性能指標、質(zhì)量特點、物理特性等各個參數(shù)都有所了解，對熔體溫度、澆注壓力、溫度要求、注射速度等參數(shù)進行深入的學習和研究，才能將其作為注塑成型的工藝參考。

2.2注塑技術(shù)采用 CAE 實施的技術(shù)要點

注塑技術(shù)采用CAE進行分析的實施流程和技術(shù)要點如下：第一，首先導入CAD模型，然后在平臺軟件中就可以看到。第二，進行網(wǎng)格的劃分。網(wǎng)格劃分的方法分為中間層式、雙面式以及三維實體式，網(wǎng)格大小的確定必須依據(jù)實際分析中的精度要求和所需要的時間來具體確定，過多過細的網(wǎng)格劃分都會導致計算成本的大量耗費。第三，塑件材料的設(shè)置。在確定材料后，該材料的韌性、收縮率、電性能、吸水率、比熱容、熱變形溫度等理化參數(shù)也隨之確定。第四，選擇具體的分析模型。軟件中具有比較豐富的分析模型供用戶選擇，對于復合模板材料來講，要選擇填充分析、流動分析、冷卻分析及翹曲分析模型。第五，進行工藝條件設(shè)置，設(shè)置完成后即可對復合模板材料進行模流分析。

2.3復合模板注塑模的CAE模流分析

復合模板注塑模的CAE模流分析主要包含以下幾項內(nèi)容：第一，填充分析。填充分析主要是針對注塑過程中的熔體流動位置的分析，主要的分析項目有填充位置是否合理、充填是否均勻、是否存在氣孔、是否有滯流等。第二，流動分析。流動分析主要是為了檢測熔體從澆筑開始到澆筑完成的流動情況。分析項目包括保壓情況、流動缺陷、體積收縮率、冷結(jié)層因子等。第三，冷卻分析。主要分析塑件的冷卻時間和冷卻效果。第四，翹曲分析。塑件的翹曲變形直接影響著塑件的質(zhì)量、外觀和功能等，翹曲分析后要對塑件的缺陷采取一定的補救措施。

3.結(jié)語

采用基于CAE的注塑件模流分析技術(shù)可以大大提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，減少試模的次數(shù)，提高工藝水平。本文對大尺寸復合材料注塑件模流進行了簡要探討，希望為注塑設(shè)計行業(yè)的從業(yè)人員提供一些有益的參考。

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