模流分析CAE技术在塑料模具设计和制造中的应用

1、模流分析!"#技术在塑料模具设计和制造中的应用李红林贺华波费春华刘军孙保寿(宁波大学,浙江宁波!"#$""摘要:回顾了计算机辅助技术在塑料模具设计和制造中的应用历史。介绍了模流分析%&技术的发展和应用状况,对现阶段塑料模具开发中出现的现象进行了分析,并指出应用模流分析%&技术的必然性。关键词:模流分析;%&塑料模具"计算机辅助技术应用情况及存在的问题计算机辅助技术在塑料模具设计和制造中的应用在国内始于$(世纪(年代中期,至今已有近$(年的历史,其应用情况大致可归结为两个阶段: ("$(世纪(年代中期到*(年代中

2、期:这是以计算机代替绘图板为主要标志的二维绘图和设计阶段。在这个阶段中的典型应用软件是&+,-. %&/、%&0&等,由于这些软件在编辑、修改和查询功能等方面比传统的手工方法要方便得多,有的模具企业还在上述软件基础上针对本企业的具体应用进行了一定程度的二次开发,再加上计算机本身在处理数据方面所固有的高效率和准确性,所以经过此阶段应用后显著提高了塑料模具在二维绘图和设计方面的效率及准确性。($(世纪*(年代后期到现在:这是以%&/ %&1应用一体化为主要标志的三维应用阶段。这个阶段的典型应用软件是+233、45-/、%31&. ,5-6、1

3、&7,5%&1和%&0&1等软件。此阶段采用三维立体来表达产品、模具成型零件和%6%加工对象,并在一定程度上建立了它们之间的相关性,加上高速加工技术的开始应用,所以达到此应用阶段的企业显著提高了设计和制造过程的直观性、进一步提高了设计结果的准确性和效率、拓宽了对复杂模具零件的加工范围、提高了模具零件的加工效率、并使得一定程度的并行设计和制造成为可能。经过上述两个阶段之后,模具设计和制造的速度得到了质的飞跃,是不是计算机辅助技术在塑料模具设计和制造中的应用便到此为止呢?不是的话,那下一个应用标志会是什么呢?在回答这个问收稿日期:$(!8(!8$"题之前,

4、先让我们来看看模具企业在达到第二个应用阶段后在商品模具开发中仍存在的现象:企业接到产品图/模型/样品后,经过紧张的设计、工艺、加工、装配到试模后打出首样,这一系列过程对复杂程度一般的模具而言,时间可控制在"个月左右,但从首样到合格产品之间拖的时间太长,有的!个月,有的9个月,甚至合格后产品已被淘汰。造成上述现象的原因虽是多方面的,但与下述两点有很深的关系:("用户的产品工艺性太差,但在模具验收上却不打任何折扣。解决这种矛盾,目前模具企业可以说是办法有限,最多只能凭经验和三维软件的检查功能对脱模斜度、产品厚度或结构上非常明显的问题提出修改建议,但这些建议在量上缺乏准确性。我们

5、知道熔接痕、缩凹、因困气而产生的烧焦等产品缺陷与产品各处的厚度在量上都有一定的关系。如应用%&模流分析技术,就可在模具开始设计之前先用分析软件定量地检查产品的工艺性,对不合理之处,通过协商力争让客户能对产品进行修改,由于调整的仅是产品厚度,不涉及到产品的结构,客户在这个阶段一般来说容易采纳模具厂家的意见。($证明模具设计或修改方案的方法太原始。目前,要想知道模具设计或修改方案是否可行,唯一的办法是通过试模。这中间不但涉及到一系列的人力、物力消耗和设备的损耗,更重要的是拖延了模具的生产周期。如应用%&模流分析技术,就可在计算机上验证方案,既节约成本,又节省时间。通过上述现象的原因

6、分析和解决思路,可得出一个结论:计算机辅助技术在塑料模具设计和制造中第三阶段的应用标志应是模流分析%&技术的普遍推广和应用。:综述专稿电加工与模具$(!年第;期万方数据!模流分析"#$软件的发展和应用概况世界上第一套模流分析软件产生于%&(年,由澳大利亚*+,-+*.公司开发成功。随后美国康乃尔大学的科研人员也开发出了类似软件,后成立了#"/0123公司,其软件产品最后取名为"/*+,。45年代,国内的华中科技大学模具技术国家重点实验室也推出了67"#$软件。%&&&年,*+,-+*.公司成功并购了#"/

7、0123公司,两家公司的技术专长得到了有机融合,并在!55!年成功推出了8#(95和8:;95版本。在国内,模流分析"#$技术与模具设计"#,技术的推广基本同时开始,但由于多方面的原因,它在模具企业中的实际应用落在了"#,技术的后面。但令人欣慰的是:经过模流分析"#$技术开发人员!5余年的不懈努力,在经历了从中面流技术到双面流技术之后,它在实体流技术上也取得了一定突破%。目前,"#$模流分析软件在操作的易用性、分析速度的实时性、分析结果的准确性等方面都得到了质的提高。最近几年,国内的海尔、0"+、康佳等一些大型生产企业,在商品模具开发

8、中都有成功应用"#$技术的典型范例。比如,海尔针对模具和产品开发中存在的问题,提出了塑料制品和模具集成设计的思想,模流分析"#$技术便在其中起到了重要作用。另一方面,模流分析"#$软件在技术走向相对成熟的同时,也根据用户的情况对产品进行了细分,价格上拉开了档次,使得一般中、小型模具企业在经济上能承受。比如,*+,-+*.公司的软件便分为:8#(产品优化顾问、8:(注塑成形深入分析软件和8<(注塑过程控制专家。其中8#定位于普通用户,它可模拟塑料填充过程、分析注射工艺窗口、寻找最佳浇口位置、进行流道自动平衡计算、分析显示熔接痕、气穴、缩凹的位置和严重程度等。8

9、:定位于专业用户,为模块化体系结构,在包含8#所有功能的基础上,可优化冷却回路的布置,缩短注射成形周期;可精确计算因冷却及收缩不均匀而产生的产品收缩和变形,并分析其原因;它可模拟压力控制和体积控制的气体辅助注射成形过程;可模拟两种材料连续注射的过程等等。;模流分析"#$技术可发挥的其他作用模流分析"#$软件除了前文中所述的功能外,在以下几个方面也可发挥作用:(%通过优化冷却管道布置来缩短模具注射成形周期。对于既开模具又进行注塑的企业来说,对缩短模具注射成形周期的好处肯定有深刻的体会;对仅开模具的企业来说,一部分人也许还认识不够。我国注塑模具的水平与国外先进国家的差距不仅仅体

10、现在型腔精度、型腔表面粗糙度、模具生产周期和模具寿命等方面;,还有非常重要的一点是模具在注射成形周期上缺乏竞争力,只要与欧美、日本等国客户接触过的企业肯定有这一体会。模流分析"#$软件可帮助设计人员寻找最佳的流道和浇口尺寸、优化冷却管道布置和注射工艺参数,从而达到缩短注射成形周期的目的,提升我国注塑模具的档次。(!提高模具和塑料产品质量,节约模具钢材。在处理一模多件时,为了确保产品的一致性,传统的设计方法是采用流道平衡布置,原因是凭经验无法准确确定非平衡布置时的流道尺寸。采用平衡布置的不利因素是增加了流道长度,这就意味着需增加注射压力和加大模具成形部分的尺寸,而高的注射压力除了降低压

11、机寿命外,也是产品产生飞边、变形和增加脱模困难的重要因素之一,模具成形部分的尺寸加大就意味要消耗更多的优质模具钢。目前,模流分析软件已可自动计算非平衡布置时各个分流道的准确尺寸,解决了上述难题。(;提升企业在模具和塑料加工业中的档次。激烈的市场竞争迫使企业节约成本,塑料产品的发展趋势是薄壁和中空,其强度方面通过加强筋进行弥补。不管是薄壁还是中空成形,仅凭一点点积累的经验是远远不够的,国内外的相关报道都证明"#$分析软件在其中是一种不可缺少的辅助手段。(=快速提升设计人员和钳工的技术水平。近几年来一些国有、民营和外企看到模具产业的利润率相对较高,同时又可以模具为基础拓展塑料零件加工和产

12、成品业务,所以在投资模具上都有较大的力度,但最后在商品模具开发上的收益有些却并不理想。这是由于模具不仅仅与设备相关,更重要的是与员工的技能和经验相关,有人将其简短归结为“三分设备、七分技术”。模流分析"#$软件可在较短的时间内让设计人员和钳工了解不同注射材料、不同设计结构、不同流道和浇口布置的结果。这样设计人员和钳工在一年积累的经验就可相当于以前几年甚至十多年所积累的经验。4电加工与模具!55;年第=期综述专稿万方数据高能小脉宽电火花加工稳定性分析王斌修李淑玉罗逸苇(青岛建筑工程学院,山东青岛!""#$摘要:分析了高能小脉宽电火花加工的特点,从介质的击穿过程和材料

13、的分离过程,对其加工稳定性进行了讨论。从加工稳定性方面考虑,应采用正极性加工,使用添加亚微米碳粉末的工作介质;从提高相变区内材料的分离效率考虑,应采用%&(开关电源,良好匹配其参数,以提高电流脉冲的前沿上升率和后沿下降率。关键词:电火花加工;高能小脉宽;稳定性微型机械的发展促进了微细加工技术的发展,微细电火花加工技术与其他微细加工技术相比,在三维复杂结构成形方面有明显的优势。微细电火花加工的主要工艺是电火花扫描加工工艺(又称电火花铣削,利用简单形状的工具电极(圆形或方形进行放电扫描加工。即将三维形状分层切片为两维轮廓,逐层扫描加工。高能小脉宽加工是提高加工稳定性和效率的有效途径。电子技

14、术、太空技术及海洋工程技术的发展促进了复合工程陶瓷材料的推广应用,许多复合工程陶瓷材料如结构陶瓷、聚晶金刚石等,其导电机理不同于金属,微观电导率不均匀。其金相结构中的导电相形成三维导电网格,网格间隙中是非导电的晶格组织。必须保证网格常数和电火花加工参数相适应,才能进行高效、稳定的电火花加工。对此类材料进行电火花加工的特点是:!材料颗粒从基体上的分离形式有升华、熔化、热剥离、整体颗粒移除、汽化、再凝固粘附相的热剥离"种,而金属只有熔化和汽化!种分离形式;"适宜的脉冲电源波形是高能小脉宽:峰值电流$#"#*,脉宽!#+$,或更小,峰值电压-#!#%;%脉冲的后沿变化率

15、直接影响收稿日期:!#$.#!.!"热影响层的厚度和抛出爆炸效应的强弱,这就要求脉冲电源的脉冲电流后沿变化率大且可控制。以下从介质击穿机理、被加工材料分离特性两方面讨论影响高能小脉宽电火花加工过程稳定性的因素。-击穿过程的极性效应液体介质的电火花加工放电通道的形成属液体介质电击穿的应用范围,目前气泡击穿理论可使液体介质的击穿过程得到较为圆满的解释。电火花加工过程液体介质中产生气泡的途径是:!工艺过程导致外界空气混入电介液吸附于电极表面;"电极表面微观不平度的尖峰处电场集中,产生局部放电即电晕放电引起该处的液体汽化;%导电杂质颗粒在电场力的作用下,被拉入放电间隙搭桥连通两极,由于焦耳热而熔化、汽化。实验表明气泡的电离起始于具有初始电子的电场最强点,极性对局部电场强度有直接的影响,在小脉宽的脉冲持续时间内,通道电流能否达到最大值或者说电流达到最大值的时间,是由电子运动决定的。因为正离子的质量很大,与分子质量接近,在电场作用下以一定速度飞向阴极的正离子与分子碰撞后,