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塑料模具中模流分析CAE仿真的使用研究

2021-03-19 359 上传者：管理员

摘要：模流分析CAE仿真技术软件是以数字信息信号传输技术为基础，以微型计算机程序软件为载体，可以给相关塑料模具的规划设计及机械加工工艺进程提供关键数据信息，进而确保整个零部件体加工成型的完整程度。文章针对模流分析CAE仿真技术软件的使用实施了研究，并且对于该技术仿真软件在塑料模具设计规划及制造过程中的使用进行了分析。

关键词：
仿真科技
加工制造
化工工业
塑料模具
模流分析CAE仿真技术
规划设计
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现阶段，模流分析CAE数值模拟仿真科技的体系经过长久的发展，已经逐步摆脱常规的定向生产模式的各种限制，并且在市场导向的指引之下，相关技术自身正在逐步按照客户群体为中心实行精准定位划分。比如，按照相关客户的总体经营成本的期望和要求，CAE数值模拟仿真科技的相关载体能够生成多类适用性的分类，MPE、MPX、MPA等等均为CAE数值模拟仿真科技衍生出的相关软件，相关软件能切实处理各类模具设计和加工进程中的一般定性的要求，用来组建一类全方位的解决方案，为模具的加工精度和最终品质带来充分的保障[1]。

图1所示的是某中电器产品的壳体零件，设计进程中应用Moldex3D能够由网格划分得到数值模拟分析的结果，可帮助设计人员在非常短的设计周期之内进行完整的一系列设计验证过程，利用相对简单的操作过程便能得到各类数值模拟分析的相关结论，比较真实地体现出塑料熔体在模具腔体中的流动状态等。Moldex3D能够帮助设计人员轻松地找到产品规划设计过程中潜在的各种问题，快速对各类设计方案进行可行性分析，大幅度提高产品质量。

1、模流分析CAE软件仿真模拟科技发展和实际应用

模流分析指的是用数值模拟软件作为主要承载方式，对于内部各类参数实施相关模型中的映射，精确地仿真出模具注塑的整个工艺过程，随后把注塑进程中的各类参数出现的行为全面进行记录[2]。经过把记录的参数和基础数据一一比对，找到模具注塑过程的合理解决方案，对相关模具设计的解决方案实施相应的优化。早期的模流数值模拟分析软件的兴起源于1976年左右，伴随这此项技术在模具生产领域中的持续推广，在各类科研机构的大力钻研攻关的努力之下，相关软件取得了持续的优化和升级完善，拓展了其在模具生产过程中的实际应用。

不过受到技术及应用领域的限制，CAE相关技术的发展速度远远滞后于CAD（计算机辅助设计）相关技术。模流分析CAE相关技术在模具的设计和加工过程中，具备某种优势，比如，相关软件自身使用的便捷性、参数信息模拟分析功能强大、反应灵敏等特点，在一定范畴内提升总体工作效率。尤其是近年来，某些相关加工制造企业使用模流分析的CAE相关技术，实现了相关塑料产品的集成化设计过程，大大提升了总体系统的最终成品品质。

2、模流分析CAE相关技术在模具设计及加工过程中的实际应用

本文用某种电器产品的壳体为参考，该塑料产品的模具对于外观性能有比较严格的规定，在某一个平面内的变形量的综合误差值需要满足≤0.04毫米的条件，并且在毛边位置、对角位置也需要满足特定的参数规则，整体外观尺寸数值约为（38.36×41.87×19.48）毫米，模具的相对厚度尺寸约为（1.15～2.55）毫米。该种成品的相关模型参数在设计环节和加工制造过程时，模流分析的CAE数值模拟软件一般使用在模具的流道设计领域，并且借助相关参数的收集工作来实现分析模具型腔内穴填充过程的稳定性的目的，用来确保整体填充进程恰好处于饱和区间，与此同时，需要监测到模具加工过程中压力数值能否满足精确传输有关部件，借此分析相关部件可能的翘曲参数值能否符合相关部件制造要求。对于充填进程实施模拟过程时，通常能分为如下几个方面。

2.1 模具成型过程压力数值监测

模具内部填充步骤结束之后，其内部压力数值表现为均衡的情况，模具承受最大压力数值和最小压力数值会同步映射到模型之中，借以对压力在流道的传输线路及能量损耗评估。

2.2 温度数值监测

软件模拟过程中表现出来的温度特性图像通常是以厚度中心为高温部分，伴随着压力载荷的加载，熔化状态的塑料不断注入模具型腔，边缘温度值将明显低于中心位置，相关信息模型能切实体现出模具制造进程中的对流情况。

2.3 模具加工过程的保压情况研究

塑料模具在实施加工制造的过程时，其内部的填充压力、模具状态之间可能出现某种联动效应，并且在各个不同的温度数值条件下，两者间可能表现出耦合数值属于一类相关变量。经过CAE数值模拟软件的计算和分析，能够更加精确地评估相关构件的翘曲参数数值，其中正负值分别表示相关的塑料模具间的收缩特性和膨胀特性，随后相关工程技术人员能借助有关参数值对输送压力实施相应的调整，有效降低生产制造过程中出现相对变形量。

3、流动波前塑料形态的动态数值模拟

对于此类塑料成品件所进行观测的流动波前（11～65）%。流动波前约为85%，根据不同区间的流动波前图像或者是流动波前的动画，能够体现促熔化状态的塑料在模穴中每时每刻的充填状态，进而预测缝合线位置和包封位置，并有利于判断短射现象，为排气孔位置排布提供有效的参考依据。

流动波前（89～97）%，根据不同区间的流动波前图像或者是流动波前动画，能够体现熔化状态的塑料在模穴中每时每刻的充填状态，能够预测缝合线位置和包封位置（见图2），并能判断短射现象是否出现发生，为排气孔排布等情况提供相应的参考[3]。

4、充填研究措施

4.1 成型压力措施

根据相关试验结果得出数据表明在充填过程完成的瞬间各个位置的压力载荷数值，均从流道到充填终端逐渐降低，当中在压力载荷数达到峰值时射出机之锁模力数值。压力载荷数值排布均匀与否，能够表示压力的传递过程，可以预测模具中原材料壁厚和环境温度对于压力数值排布和消耗的影响。

4.2 剪切应力排布研究

使用各种颜色表示充填过程完成瞬间模具穴内的剪切应力排布状况。材料剪切应力表示相关零部件在制造进程中因为剪切流动性所产生应力载荷的数值。可以通过相关模具制造的法律法规及相关标准评估塑料流动应力载荷数值是否满足相关设计技术要求，以此作为塑料零部件出现裂纹及过度残余应力是否满足设计要求的参考。假如该参数值过大（>1.2MPa），则该模具制造产品在日后有出现断裂的可能性。

4.3 保压措施研究

体积收缩率参数值是塑料件自充填和保压过程完成冷却降温到正常环境温度常规大气压力时的体积收缩率参数值，给出成形条件保压结果和翘曲变形等作为参照。数值为正表示塑料件出现收缩的状况，数值为负表示塑料件出现膨胀的状况，通常出现压力载荷设定偏高或者塑料件壁厚太薄的状况。该参数值越小说明新产品的收缩量就越小，一旦发生排布不均匀的现象，新产品极易出现翘曲及变形的状况。

4.4 锁模力研究

此零部件使用模具锁模力在穴满充填时有压力急速上升的现象出现，如图3所示。

4.5 规划试验结论验证研究

使用Moldex3D模拟仿真分析软件对流道设计体系及浇口方位实施分析研究得出：流道体系和浇口规划是新产品成型质量优劣评价的关键因素，查看流动波前仿真模拟掌握熔融塑料自射嘴灌注模穴的工艺过程，所展现的塑料制件流动波前研究，并且掌握浇口及流道应该匹配的压力载荷数值，用来判断流道导致的压力降是否太大，同时评估流道规划及浇口的外形尺寸是否符合设计要求。

查看熔融塑料能否安全稳定并且合理地达成模穴充填的工艺过程。掌握模穴内部充填的平顺性，预防出现过度充填及短射的状况。查看保压压力载荷数值是否已经完全彻底传输至塑件每个位置，实施行之有效的保压处理，防止出现成型品局部翘曲及凹陷的缺陷，并且通过翘曲过程研究，掌握整个产品综合翘曲状态，进而展现出产品的翘曲过程分析。针对多模穴体系，品质优良的流道和浇口区域的挑选应该使充填过程能够出现对称及平顺的效果，促使塑料能够在同一时间充填满任何模穴，保证每个模穴成型质量的产品一致性[4]。

使用Moldex3D模拟仿真分析软件工具实施产品使用原材料的壁厚设计：通常印有“CCC”认证的产品需要对外观质量进行考评，所以规划浇口的区域普遍被制约，新产品使用原材料的壁厚选择对于成型质量来讲是另外一项关键的技术要求。查看流动波前模拟仿真数据信息的参数值，分析研究各种原材料壁厚规划选择对于流动过程产生的影响。根据温度排布结果掌握各种使用原材料壁厚范围的散热状况，分析零部件使用原材料壁厚是否因为太薄进而产生流动迟滞和短射现象。

在新产品开发的同时，不但需要针对新产品的外形和使用功能进行仔细的研究，新产品的内部构造的刚度及强度也是非常重要的因素需要考虑。对于射出零部件来讲，仍有另外一类非常重要的因素需要考虑，这个因素就是零部件的成型条件。因为新产品的几何尺寸和拔模使用原材料的壁厚排布均会制约构造的刚度及强度进而影响射出零部件成型的特性，所以，只从某一层面考虑模具规划技术要求是不合理的。

通过模流分析技术早期发现新产品在成型过程中可能产生的缺陷，随后从结构合理性的角度研究并最终确认新产品的机械性能，可以确保新产品不论在制造或者使用的条件下，都可以在相关模流分析CAE模拟仿真分析软件设计人员规划的技术要求内，进而保证产品质量[5]。电器壳体零件产品在整个成型过程中出现最严重的技术难题就是对于外形尺寸变化量的把控，因此可以使用Moldex3D模流仿真分析软件的帮助，对新产品的几何尺寸和使用原材料壁厚排布规划实施调整，促使新产品的外形尺寸变化量最小，此外根据相关试验数据结果分析得出该产品能够由模温行之有效把控其外形尺寸的变化量，进而满足平整度的技术使用要求。

5、结束语

综上所述，模流分析CAE模拟仿真分析软件用在新产品开发设计及制造过程中，经过对于塑料模具实施三维模型的分析，研究表明各种不同类型的加工工艺在作业过程中均存在误差，随后把采集到的数据信息传送至主操控界面中，让相关模流分析CAE模拟仿真分析技术人员在第一时间根据校对之后的数据参数信息，再次改进规划加工制造解决方案，进而提升相关塑料模具的产品品质。本次选用的试模在前期开发设计、模具制作及分析研究，促使相关零部件在制造前期作了部分防范技巧，因此在模具试验的时候降低了很多弊端的出现几率，然而在解决此类问题的过程中无意间减低了使用成本及制造周期的浪费，当然也获得了购买使用用户的认可，这种操作提供了丰厚的利润。因此模流分析CAE模拟仿真分析软件会在今后塑料注射成型模具规划及制造进程中起到举足轻重的关键作用。

参考文献：

[1]刘国良,汪光灿.模流分析CAE在塑料成型模具设计中的应用[J].金属加工(冷加工),2010(15):53-55.

[2]刘国良.模具先进制造技术在塑料成型模具设计方法中的应用研究[J].新技术新工艺,2011(8):44-47.

[3]官小云,刘咸超,郭容,等.基于华塑CAE的SE-HU625Y型精密塑料薄板模具模拟分析[J].当代化工研究,2017(9):107-108.

[4]翁南根.基于CAD/CAE技术辅助的塑胶产品模具优化设计研究[J].南方农机,2020,51(8):145-147.

[5]姜伟仁.基于模流分析的塑料制品翘曲变形研究[D].浙江工业大学,2019:23-25.

马春文.模流分析CAE仿真在塑料模具中的使用及研究[J].科技创新与应用,2021(11):182-184.