大尺寸復(fù)合材料注塑件模流分析

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(yàn)?zāi)酥林庇^判斷來(lái)完成設(shè)計(jì)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(lái)輔助注塑模具的設(shè)計(jì)工作。本文對(duì)注塑成型CAE技術(shù)進(jìn)行了介紹，并對(duì)大尺寸復(fù)合材料注塑件模流進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：大尺寸復(fù)合材料注塑件；模流分析；CAE設(shè)計(jì)

1.注塑成型CAE技術(shù)簡(jiǎn)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(guò)程中要經(jīng)歷一系列復(fù)雜的過(guò)程，涉及眾多的流體學(xué)、力學(xué)和熱能變化過(guò)程，采用現(xiàn)在常用的CAE技術(shù)進(jìn)行過(guò)程模擬，將塑料在注塑成型的過(guò)程中以及在模腔中的一系列流動(dòng)過(guò)程仿真出來(lái)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，能夠大大提高注塑成型設(shè)計(jì)工作的效率。CAE技術(shù)指的是工程設(shè)計(jì)中的計(jì)算機(jī)輔助工程，既可以對(duì)設(shè)計(jì)物體進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，也可以進(jìn)行靜態(tài)分析，使用非常方便。利用CAE技術(shù)對(duì)模具澆注過(guò)程中的溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算、預(yù)測(cè)，其結(jié)果對(duì)于改進(jìn)注塑工藝的系統(tǒng)以及澆注過(guò)程的技術(shù)參數(shù)具有非常重要的意義。同時(shí)還可以利用CAE技術(shù)對(duì)可能發(fā)生的塑件翹曲進(jìn)行預(yù)測(cè)，在模具澆注之前就可以采取一定的補(bǔ)救措施。

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

目前，可以進(jìn)行CAE設(shè)計(jì)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(jìn)行注塑成型優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)前提就是對(duì)材料注塑過(guò)程中的壓力、溫度、應(yīng)力、冷卻時(shí)間等一系列的物理參數(shù)進(jìn)行計(jì)算以及人工設(shè)置?，F(xiàn)在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過(guò)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(jìn)行流動(dòng)分析、重新更改方案、對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行綜合技術(shù)比較、選擇最佳設(shè)計(jì)方案等一系列過(guò)程。以注塑模澆口的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析為例：采用CAE平臺(tái)軟件進(jìn)行一系列的設(shè)置之后，首先對(duì)制件的澆口位置進(jìn)行預(yù)分析，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合模具設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)理論，不斷優(yōu)化澆口的位置，然后進(jìn)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(jì)位置，完成整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。

1.3注塑模具采用CAE技術(shù)進(jìn)行的仿真設(shè)計(jì)

注塑模CAE技術(shù)是進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要技術(shù)工具，采用這種技術(shù)進(jìn)行仿真分析的關(guān)鍵就是對(duì)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(duì)離散的微小單元進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)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(wú)法完成的問(wèn)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(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)分析，廣泛應(yīng)用于流體力學(xué)、熱傳導(dǎo)、工程技術(shù)領(lǐng)域。基于CAE技術(shù)分析的基本過(guò)程就是分析前處理過(guò)程、有限元分析、后處理過(guò)程。第一步是將分析對(duì)象進(jìn)行劃分，生成一系列的離散數(shù)據(jù)，然后對(duì)離散的單體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，完成部分方程的總體拼裝，對(duì)有限元的數(shù)學(xué)方程組進(jìn)行求解，獲得計(jì)算結(jié)果，最后根據(jù)工程處理的模型參數(shù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)有限元的計(jì)算結(jié)果進(jìn)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(tái)的用戶，完成整個(gè)的注塑模CAE分析過(guò)程。

2.復(fù)合模板注塑模充模流動(dòng)的技術(shù)分析

2.1復(fù)合模板材料的注塑工藝

在實(shí)際的應(yīng)用中，復(fù)合模板材料對(duì)工程應(yīng)用的質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)成本和效益等都會(huì)產(chǎn)生直接或者間接的影響，復(fù)合材料本身具有熱塑性比較好、強(qiáng)度高、抗震抗壓、耐腐蝕、經(jīng)濟(jì)成本比較小等一系列的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于工程制造的各個(gè)行業(yè)。復(fù)合材料在注塑過(guò)程中由于增強(qiáng)劑的加入使得澆筑過(guò)程中的溫度、壓力、塑化能力和流動(dòng)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(dǎo)致注塑工藝的設(shè)置和一般的注塑工藝有所不同。在對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行澆注時(shí)，我們必須對(duì)復(fù)合材料的性能指標(biāo)、質(zhì)量特點(diǎn)、物理特性等各個(gè)參數(shù)都有所了解，對(duì)熔體溫度、澆注壓力、溫度要求、注射速度等參數(shù)進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)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(shí)施的技術(shù)要點(diǎn)

注塑技術(shù)采用CAE進(jìn)行分析的實(shí)施流程和技術(shù)要點(diǎn)如下：第一，首先導(dǎo)入CAD模型，然后在平臺(tái)軟件中就可以看到。第二，進(jìn)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(shí)體式，網(wǎng)格大小的確定必須依據(jù)實(shí)際分析中的精度要求和所需要的時(shí)間來(lái)具體確定，過(guò)多過(guò)細(xì)的網(wǎng)格劃分都會(huì)導(dǎo)致計(jì)算成本的大量耗費(fèi)。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(duì)于復(fù)合模板材料來(lái)講，要選擇填充分析、流動(dòng)分析、冷卻分析及翹曲分析模型。第五，進(jìn)行工藝條件設(shè)置，設(shè)置完成后即可對(duì)復(fù)合模板材料進(jìn)行模流分析。

2.3復(fù)合模板注塑模的CAE模流分析

復(fù)合模板注塑模的CAE模流分析主要包含以下幾項(xiàng)內(nèi)容：第一，填充分析。填充分析主要是針對(duì)注塑過(guò)程中的熔體流動(dòng)位置的分析，主要的分析項(xiàng)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(dòng)分析。流動(dòng)分析主要是為了檢測(cè)熔體從澆筑開(kāi)始到澆筑完成的流動(dòng)情況。分析項(xiàng)目包括保壓情況、流動(dòng)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(shí)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(duì)塑件的缺陷采取一定的補(bǔ)救措施。

3.結(jié)語(yǔ)

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(duì)大尺寸復(fù)合材料注塑件模流進(jìn)行了簡(jiǎn)要探討，希望為注塑設(shè)計(jì)行業(yè)的從業(yè)人員提供一些有益的參考。

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