CAD_CAE技术在塑料模具中的应用_图文

1、CAD/CAE技术在塑料模具中的应用黄常翼,刘良瑞(黄冈职业技术学院湖北黄冈438002摘要:塑料产品一般采用模塑成型方法生产,因而塑料模具已成为一种重要的生产工艺装备,在国民经济中起着越来越重要的作用。随着塑料产品在家电、电子、机械等产品和日常用品中的越来越广泛应用,对塑料模具的设计和制造的要求也越来越高。传统的手工设计与制造方式早已满足不了生产发展的需要。计算机辅助设计/计算机辅助分析(C AD/C AE技术的发展正适应了这种客观实际的要求。关键词:塑料模具;C AD;C AE中图分类号:T N929.53文献标识码:A文章编号:1672-1047(200701-0081-04CAD/CA

2、E technology in plastic mold applicationH uang Chang-yi,Liu Liang-rui(Huanggang Polytechnic CollegeHuanggang438002HubeiAbstract:The plastic products generally adopt the m ould to m ould shaping method production;therefore the plastic m ould has already become kind of important production technology

3、equipment,play an important role m ore and m ore in national economy.With plastic prod2 ucts apply in electrical home appliances,electron,machinery extensive and everyday live m ore and m ore,the requisition for design and manu facture of the plastic m ould is higher and higher.T raditional design a

4、nd manu facture can not already meet demands of production de2 velopment.C AD/C AE correspond to actual needs.K ey w ords:Plastic m ould;C AD;C AE1.C AD软件简介1.1Pro/Engineer软件Pro/Engineer由美国参数技术公司推出的C AD/C AM系统,该软件是通过一种独特的、参数化的基于特征的实体模型设计而发展起来的机械设计自动化(M DA软件。Pro/Engineer具有强大和独特的功能,主要表现在如下2个方面:一方面,Pro/

5、 Engineer所拥有的参数方法和基于特征的功能给工程师提供了前所未有的方便和灵活;另一方面Pro/ Engineer所具有的独特的数据结构提供了从产品的设计到制造过程的全相关性,任何一处的修改会引起其他有关地方的自动修改。Pro/Engineer的主要功能有:部件设计、装配设计、工程制图、NC加工和切削模拟、注射流动模拟。Pro/Engineer M O LDE2 SIG N模块的出现使PTC彻底完成了塑料模设计自动化,大大提高了模具设计的效率。1.2UG软件UG(Unigraphics软件起源于美国麦道飞机公司自行开发的UGC AD/C AM系统,它以C AD/C AM一体化而著称,具有

6、三维实体建模、装配建模,生成直观可视的数字虚拟产品,并对其进行运动分析、干涉检查、仿真运动及载荷分析。UG主要功能有:参数化或传统的实体造型及丰富的曲面造型;工程制图,可由实体模型自动产生;装配件的设计,采用自上而下或自下而上的方式;C AE分析功能;C自动编程覆盖从钻孔到5轴铣削加工的所有范围、干涉检查等UG具有良好的2次开发环境和数据交换能力。2.塑料模具C AE技术C AE(C om puter Aided Execution技术即计算机辅助工程技术,它是计算机辅助设计/计算机辅助制造(C AD/C AM技术向纵深方向发展的要求。注第9卷第1期2007年3月黄冈职业技术学院学报Journ

7、al of Huanggang P olytechnicV ol.9N o.1M ar.2007收稿日期:2007-03-01作者简介:刘常翼,男,黄冈职业技术学院机电工程系教师;刘良瑞,男,黄冈职业技术学院机电工程系教师,高级工程师。塑成型C AE 技术是根据高分子流变学、弹性力学、计算机技术,采用有限元计算方法来模拟整个注塑过程及这一过程对注塑成型产品质量的影响,它可以模拟塑料制品在注塑成型过程中的流动,保压和冷却过程以及预测制品中的应力分布、分子取向、收缩和翘曲变形等,帮助设计人员及早发现问题,及时修改模具设计,提高一次试模成功率,帮助企业缩短产品上市周期,增强市场竞争能力。美国上市公司

8、Mud flow 公司是专业从事注塑成型C AE 软件和咨询公司,Mud flow 公司是塑料成型分析软件的创造者,自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来,一直主导着塑料成型C AE 软件市场。近几年,在汽车、家电、电子通讯、化工、日用品等领域得到了广泛应用。2.1C AE 技术的作用传统的注塑模具设计主要依靠设计人员的直觉和经验,模具设计加工完以后往往需要经过反复的调试与修正才能正式投入生产,发现问题后,不仅要重新调整工艺参数,甚至要修改塑料制品和模具,这种生产方式制约了新产品的开发。利用C AE (Mud flow 分析软件在模具加工之前,在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析,

9、包括填充、 保压、冷却、翘曲、纤维取向、结构应力、收缩以及气辅成型和热固性材料流动分析,找出未来产品可能出现的缺陷,提高一次试模的成功率,以达到降低生产成本、缩短生产周期的目的。塑料模具的设计不但要采用C AD 技术,而且还要采用C AE 技术。这是必然趋势。注塑成型分两个阶段,即:开发/设计阶段(包括产品设计、模具设计、模具制造;生产阶段(包括购买材料、试模、成型。传统的注塑成型方法基本步骤如图1所示,图2为现代模具C AE 开发步骤。传统的注塑方法在正式生产前由于设计人员凭经验与直觉设计模具,模具装配完毕后,通常需要几次试模,发现问题后,不仅需要重新设置工艺参数,甚至还需要修改塑料制品和模

10、具设计,这势必增加生产成本,延长产品开发周期。采用C AE 技术,可以完全代替试模,C AE 技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案,在模具制造之前,预测塑料熔体在型腔中的整个成型过程,帮助研判潜在的问题,有效地防止问题发生,大大缩短了开发周期,降低生产成本。图1传统设计流程图2C AE 设计流程现代注塑成型C AE技术的作用在于:(1优化塑料制品设计塑件的壁厚、浇口数量、位置及流道系统设计等对于塑料制品的成败和质量关系重大。以往全凭制品设计人员的经验来设计,往往费力、费时,设计出的制品也不尽合理。利用Mud flow软件,可以快速地设计出最优的塑料制品。(2优化塑料模设计由于塑料制品的多样

11、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mud flow软件,可以对型腔尺寸、浇口位置及尺寸、流道尺寸、冷却系统等进行优化设计,在计算机上进行试模、修模,可大大提高模具质量,减少试模次数。(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。Mud flow软件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,以注塑出最佳的塑料制品来。2.2C AE技术的应用近年来,C AE技术在注塑成型领域中的重要性日益增大,采用C

12、 AE技术可以全面解决注塑成型过程中出现的问题,由于计算机化的流动分析方法的出现使得更多的产品可以选择注塑成型作为生产的手段,计算机软件技术的进步也不断更新和提高流动分析的模型及其精确程度。C AE分析技术能成功地应用于三组不同的生产过程:制品设计、模具设计、注塑成型。(1制品设计,制品设计者能用流动分析解决下列问题:制品能全部注满吗?这一古老的问题仍为许多制品设计人员所注目,尤其是大型制件如盖子、容器、家具等的设计者。制件实际最小壁厚是多少?如能使用薄壁制件,就能大大降低制件的材料成本。减小壁厚还可大大降低制件的循环时间,从而提高生产效率,降低塑件成本。浇口位置合适吗?采用C AE分析可使产

13、品设计者在设计时具有充分的选择浇口位置的余地,确保设计的审美特性。(2模具设计和制造,C AE分析可在以下诸方面辅助设计者和制造者,以期得到良好的模具设计。良好的充填形式对于任何的注塑成型来说,最重要的是控制充填的方式,以使塑件的成型可靠、经济。单向充填是一种好的注塑方式,它可以提高塑件内部分子单向和稳定的取向性。这种填充形式有助于避免因不同的分子取向所导致的翘曲变形。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,C AE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价。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

14、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,如此,便可避免材料的降解和型腔内过高的熔体温度。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,并由此缩短成型周期,减少产品成型后的内应力。减小返修成本提高模具一次试模成功的可能性是C AE分析的一大优点。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,其寿命也较长。(3注塑成型,注塑者可望在制件成本、质量和可加工性方面得到C AE技术的帮助。更加宽广更加稳定的加工”裕度”流动分析对熔体

15、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,注塑者便可估定各个加工参数的正确值,并确定其变动范围。会同模具设计者一起,他们可以结合使用更经济的加工设备,设定最佳的模具方案。减小塑件应力和翘曲,选择最好的加工参数使塑件残余应力最小。通常残余应力会使塑件在成型后出现翘曲变形,甚至发生失效。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和消除因局部过量注射所造成的翘曲变形。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。对于注塑者来说,这就意味着减少浇道部分塑料的冷却时间,就能缩短整个注射成型的时间,以及减少浇道部分塑料的体积。2.3

16、MPI/Flow 应用实例制件为一汽车零件,材料为Bayer US A Lustran LG A -SF ,一模两腔。(1建模在Pro/E NGI NEER 中建模,通过ST L 文件格式读入MPI 。制件模型及浇注系统如图3所示。考虑到对称性,只取其1/2进行填充和保压过程的模拟。 图3模型及浇注系统(2工艺条件根据所选材料Lustran LG A -SF 的工艺要求,工艺参数为:熔体温度260oC ,型腔温度60oC ,注射时间为1.25s 。(3模拟结果填充过程的模拟可得到填充时间、填充压力、熔体前沿的温度、熔体温度在制件厚度方向的分布、熔体的流动速度、分子趋向、剪切速率及剪切应力、气穴

17、及熔接痕位置等,并直观地显示在计算机屏幕上,从而帮助工艺人员找到产生缺陷的原因。图4是填充过程模拟得到的部分结果。 a 填充过程中的压力分布b 填充过程中熔体前沿温度分布 c 填充过程中熔体温度分布d 制件表面的分子趋向图4填充过程模拟得到的结果在填充过程模拟的基础上,进一步进行保压过程的模拟,可以得到所需的保压时间,并通过优化得到合理的保压压力。图5是采用二级保压压力(70M pa 3.5s ,50M pa 3.5s 得到的制件中体积收(下转87页彩的层次就越丰富。在扫描仪自带的软件中我们可以事先对G amma 值进行设定,笔者通过反覆尝试得出下表,按照表1中的值进行设置,一般均可得到较满意

18、的图片。表1G amma 值设定表图片类型普通用途的图片用于印刷的图片网页上的照片G amma 值1.41.82.25结束语本文列举了扫描仪较常见的五种故障的解决办法,但扫描仪的故障率高的主要原因仍是平时不注意维护保养所导致,所以希望在日常维护中能注意以下几点:不要用有机溶剂来清洁扫描仪;不要让扫描仪工作在灰尘较多的环境;不要让扫描仪工作在震动的环境中;不要带电插拔扫描仪;不要频繁开关扫描仪。做到这几点相信扫描仪的故障将会大大减少,也能够更好的为我们服务。参考文献:1孙家长,杨长贵.计算机图形学M.北京:清华大学出版社,1995.2电脑故障排除实例手册S.四川电子音像出版中心,2006,05.责任编辑:张孝忠(上接84页缩率和缩凹的分布情况。 a 保压结束后制件中的体积收缩率b 保压结束后制件表面的缩凹图5保压结束后制件的收缩结果4结束语目前,塑料模具设计、制造一般采用通用机械的C AD/C AM 软件与专用塑料模C AE 软件相结合,开发与推广专用模具C AD 软件是面临的一个课题。C AE 分析只能在设定条件下对塑料成型过程进行模拟,还不能对分析结果进行优化,更