CAD_CAE技术在注射模设计中的应用

现 代 塑 料 加 工 应 用 2 0 0 9 年 第 2 1 卷 第 4 期 M O D ERN PLA ST ICS PR OCES SIN G A N D A PPLICA TIO N S
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CAD/ CAE 技术在注射模设计中的应用
刘细芬 张帆
( 广西工学院机械工程系 , 广西 , 柳州 , 545006)
。塑料
成型模拟常采用 M o ldf low 公司的开发的 M old f low 软件。 M oldf low 软 件[ 6, 7] 包括三 部分 : 1) Mo ldf low P last ics Advisers( 产品优 化顾问 , 简 称 MP A) ; 2) Mo ldf low Plastics Insight ( 注塑成 型模 拟分 析, 简称 MP I) ; 3) M oldflow P last ics Xpert ( 注塑成型过程控制专家, 简称 M PX) 。运 用 Mo ldf low 软件可以优化塑料制品 , 得到制品 的实际最小壁厚 , 优化制品结构, 降低材料成本, 缩短生产周期 , 保证制品能全部充满; 可以优化 模具结构, 得到最佳的浇口数量与位置 , 合理的 流道系统与冷却系统 ; 并对型腔尺寸、 浇口尺寸、 流道尺寸和冷却系统尺寸进行优化 , 在计算机上 进行试模、 修模 , 大大提高模具质量 , 减少修模次 数; 还可以优化注塑工艺参数 , 确定最佳的注射 压力、 保压压力、 锁模力、 模具温度、 熔体温度、 注 射时间、 保压时间和冷却时间 , 以注塑出最佳的 塑料制品。即运用 M oldflo w 软件对模具结构、 注射工艺参数、 塑料制品等进行优化分析。 1. 3 基于 CAD/ CAE 技术的注射模设计流程 运用 CAD/ CAE 软件设计注射模的具体步 骤如下。 ( 1) 应用 Pro/ E 软件完成制品的造型。 ( 2) 成型方案确定后 , 可进行浇口分析, 得出最佳 浇口位置。( 3) 模具初始方案的设计 , 包括型腔 数目、 浇注系统、 冷却系统管道设计。( 4) 在模具 初始方案确 定后, 用 Mo ldf low 软 件进行流 动、 保压、 冷却和翘曲等分析, 以确定合适的浇注系 统、 冷却系统等。如果分析结果不能满足生产要 求, 那么可根据用户的要求修改注射制品的结构
摘要 : 介绍了计算机辅助设计 ( C AD ) 技术在注射模具设计中的应用 , 采用计算机辅助工程 ( CA E) 软件进 行注塑成型分 析。通过实例 , 阐述了应用 CA D/ CA E 软件进行注射模设计的流程和利用 Pro/ E 软件进行注 射模具设计的 具体方法 , 以及 运用 M ol dflow 软件进行填充、 冷却等分析 , 得到合理的注射工 艺参数 , 优化了模 具结构。采用 CA D / CA E 技术可 以缩短产 品的开发周期 , 提高设计质量。 关键词 : 注射模 计算机辅助设计 计算机辅助工程 软件
2. 2. 2 填充分析 填充分析结果主要用于查看制件的填充行 为是否合理 , 填充是否平衡 , 能否完成对制件的 完全填充等。可以根据动态的填充时间结果查 看填充阶段的熔体流动行为, 以便更好地判断填 充流动行为是否合理。 图 4 所示为充模时间的分析结果。结果显 示: 充填时间为 1. 272 0 s( 简头所示 ) , 填充行为 合理。 填充分析的最终目的是为了获得最佳浇注 系统的设计, 填充分析的结果表明图 3 所示的浇 注系统布局设计是可行的。
收稿日期 : 2008 07 24; 修改稿收到日期 : 2009 06 15。 作者简介 : 刘细芬 , 女 , 广西南 宁人 , 副教 授 , 现主要 从事材 料成型方面的研究 , 发表论文数篇。 E mail: liu xifen2000@ 163. com 。 基金项目 : 广西工学院科学基金 ( 院科自 0840113) 。
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或修改模具的设计方案。 ( 5) 在完成 CAE 分析 和方案评价后, 可用 P ro/ E 软件进行模具 的详 细结构设计。( 6) 模拟模具开模、 推件、 合模的过 程 , 并进行模具的干涉检查。 ( 7) 加工信息的提 取 , 用 CAM 软件进行数控加工模拟和自动生成 型腔、 型芯的 NC 代码。如需要, 完成三维图向 二维工程图的转换。 2 应用实例 2. 1 Pro/ E 平台下注射模 CAD 图 1 是采用 P ro/ E 软件进行设计的某模具 厂的塑料制品三维图 , 材料为 ABS( 丙烯腈 丁二 烯 苯乙烯共聚 物 ) 。按 照模 具设 计流程 , 利 用 P ro/ E 的 M old desig n 模 块进行塑 件三维实 体 设计, 根据塑件的材料和特点, 确定成型方案为 一模四腔, 对模具初始结构进行设计 , 包括确定 收缩率, 确定分模方向以及分型面设计 , 抽取模 具元件生成模具型腔和型芯, 设计浇注系统及冷 却系统等。进 行浇口分 析、 流 动、 冷 却、 翘曲 等 CAE 分析 , CAE 分析后判断是否对模具结构进 行修改, 修改后进行详细的模具结构设计, 然后 进行模具开启和干涉检查 , 最后导入模具专家系 统形成完整的装配图。
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功能去生成模型 , 可对塑料制品进行三维造型设 计。利用 Pr o/ E 的 M old design 模块可进行分 型面的定义、 抽取模具元件生成模具 型腔和型 芯、 浇注系统的设计、 冷却系统设计、 生成模具成 型零件的三维实体模型 , 利用 Pro/ E 系统的 布局及装配模块 , 可以进行模具的顶出系统和三 维的总装配设计 , 并最终利用工程图模块生成二 维 工 程 图。 其 间 将 使 用 Pr o/ E 的 外 挂 软 件 EM X4. 0 来进行模具标准元件的导入, 以使设计 更快速 , 修改更 方便[ 4] 。由于注射 模具结构 复 杂 , 要求各部件运动自如, 互不干涉 , 且对模具零 件的顺序动作以及行程有严格的控制 , Pr o/ E 可 对模具开模、 合模以及制品被推出的全过程进行
图4 塑件的填充时间
2. 2. 3 冷却分析 用 M oldf low 对模具的冷却系统进行分析, 通过冷却分析结果判断冷却效果的优劣 , 根据冷 却效果计算出冷却时间的长短 , 确定成型周期所 用的时间。在获得均匀冷却的基础上优化冷却 管道布局, 尽量缩短冷却时间, 从而缩短单个制 品的成型周期, 提高生产率 , 降低生产成本。 制件冷却时 , 只能做到塑件大体均匀冷却, 图 5 为制件的冷却方案和温度分布。从图 5 可 以看出 , 制件的大部分位置都已达到预定的顶出 温度( 60 ! ) ( 箭头所示) 。表明冷却水道布置比 较合理 , 制件的冷却方案可行。
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仿真 , 从而检查出模具结构设计的不合理处, 并 及时更正, 以减少修模时间。 Pro/ E 软件的这些 功能模块在注射模具设计中的优势体现得更加 淋漓尽致。 1. 2 注射模具 CAE 注射模具计算机辅助工程技术主要是利用 高分子流变学、 传热学、 数值计算方法和计算机 图形学等基本理论, 对塑料成型过程进行数值模 拟, 在模具加工前 , 通过计算机对整个注塑成型 过程进行模拟分析, 准确预测熔体的填充、 保压、 冷却等情况, 预测模具设计和成型条件对制品的 影响 , 发现可能出现的缺陷 , 找出缺陷产生的原 因并加以改进, 为判断模具设计和成型条件是否 合理提供科学的依据, 提高一次试模的成功率, 大大缩短了开发周期 , 降低了生产成本
刘细芬等 . CA D/ CA E 技术在注射模设计中的应用
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环节 , 采用 Mo ldf low 软 件进行最 佳浇口分 析, 依据分析结果设置浇口位置, 从而避免由于浇口 位置不当 可能 引起的 制件 缺陷。在 M oldflo w 软件环境下, 进行网格的划分 调整网格的合理 性 进行型腔布局 设置分析内容以及分析参 数( Best gat e locatio n) 选 择成 型材 料 设 置 注射参数等。图 2 所示为分析得到的最佳浇口 位置。根据分析结果可知图 2 中箭头所指处即 为最佳浇口位置, 由 M ol df low 分析出来的结果 直接利用到浇注系统设计上, CAD/ CAE Technology to Injection Mould Design
Liu Xifen Zhang F an ( Depar tm ent of M echnical Engineering, Guangx i U niversity of T echnolo gy, L iuzho u, Guang xi, 545006) Abstract: T he applicat ion of CAD t echno logy to inject ion m ould desig n and t he analy sis of inject ion m olding by CAE sof tw are ar e int roduced. T he pr ocess using CA D/ CAE so ft w are to desig n injectio n mould and t he specific m et hod f or t he desig n o f injection mould using Pro/ E soft w are are present ed by example. By t he analysis of f illing and cooling w ith M old f low sof t w ar e, reasonable injectio n moulding paramet ers are obt ained, and the st ruct ure of the m ould is opt imized. T he period of pro duct devel opm ent is short ened and t he qualit y of pro duct design is improved by CAD/ CA E t echno logy . Key words: plast ics injection mould; comput er aided design; comput er aided engineering; software 随着塑料制件的广泛应用 , 塑料模具的设 计成为模具工业中极为重要的一个方面。由于 塑料新品种的不断出现以及塑料制品在结构、 外 观上要求的日益提高 , 传统的二维模具设计方法 难以适应现代化生产和集成化技术的要求, 而且 模具设计是一个设计、 修改、 再设计的反复迭代 不断优化的过程。对塑料模进行计算机辅助设 计( CAD) 和 计算 机辅 助工程 ( CAE) 的技术 分 析, 提高了模具设计水平 , 缩短了产品研制周期, 对于注塑模技术的发展具有重要意义 。 1 计算机技术在注射模中的应用 1. 1 注射模具 CAD 注射模具 CAD 大多采用 Pro/ E ( Engineer) 软件作为产品及模具设计的开发平台 , P ro/ E 软 件是采用参数化设计的、 基于特征的实体模型化 系统 , 设计人员采用具有智能特性的基于特征的