CAE技术注塑生产应用范文

随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用,产品精度、生产周期、成本竟争等要求越来越高,传统的塑料制品生产方式已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。计算机辅助工程(CAE)技术已成为塑料产品开发、模具设计及产品注塑加工这些薄弱环节的最有效的途经。同传统的模具设计相比,CAE技术无论在提高生产率、保证产品质量,还是在降低成本、减轻劳动强度等方面,都具有很大优越性。

塑料模具的设计不但要采用CAD/CAM技术,而且还要采用CAE技术,这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段,即开发/设计阶段(包括产品设计开发、高分子材料的选用、模具设计和模具制造)和生产阶段(包括购买材料、试模和成型生产)。传统的注塑方法是在正式生产前,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具设计,这势必增加生产成本,延长产品开发周期。

采用CAE技术,可以完全代替试模。在模具制造之前,在计算机环境下分别对塑料产品开发、模具设计及产品注塑成型三方面全过程进行模拟分析,提供了从制品设计到生产的完整解决方案,预测塑料熔体在型腔中的整个成型过程,准确预测熔体的填充充模、保压、冷却以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布成型情况,帮助研判潜在问题,有效地防止问题发生,大大缩短了开发周期,降低生产成本。

1CAE技术应用在塑料制品生产中的三个方面

1.1高分子材料选用及塑料制品设计阶段应用计算机辅助工程(CAE)分析

制品设计者用CAD/CAE配合,在产品初始设计阶段关注产品的工艺性,指出诸如:熔接痕、困气、流动时间、压力、和温度分布等敏感问题,决定制品的厚度、结构形状、材料、及浇口位置,从而为后续工作带来方便。并用流动分析确保在制品设计阶段解决下列问题:

(1)制品能否全部注满,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、容器和家具等。

(2)制件实际最小壁厚,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。

(3)浇口位置是否合适,采用CAE分析可使产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。

1.2在模具设计和制造阶段应用计算机辅助工程(CAE)

(1)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。

(2)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,CAE分析可使设计者有多种浇口位置的选择方案并对其影响作出评价。

(3)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。

(4)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。

(5)减小反修成本,提高模具一次试模成功的可能性是CAE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。

1.3在试模成形、产品注塑生产阶段应用计算机辅助工程(CAE)

注塑分析与注塑机网络相连,注塑生产者可共享前期技术人员成果,排除制品设计、模具、加工过程存在的反常现象。实时监控和调整注塑机参数,提高制件质量稳定性和可加工性、并降低制品成本。

(1)更加宽广更加稳定的加工裕度流动分析对熔体温度、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,他们可以结合使用最经济的加工设备,设定最佳的模具方案。

(2)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。残余应力通常使塑件在成型后出现翘曲变形,甚至发生失效。

(3)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。

(4)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。以减少浇道部分塑料的冷却时间,从而缩短整个注射成型的时间,以及减少变成回收料或者废料的浇道部分塑料的体积。

2计算机辅助工程(CAE)在注塑生产中应用存在的问题

2.1方方面面人的因素影响

(1)使用者不可能都精通注塑(设备、控制和工艺)、聚合物(流变学、力学、形态学)、模具设计、制品设计等知识、和技能。

(2)CAD建模、转换、解释不当直接引起生成的制品有限元分析网格缺陷。

(3)公司管理水平不高,技术人员的沟通合作、协调不充分。

2.2软件的不完善和局限性

(1)壳体和双域几何建模方法的局限性。

(2)模型转化程序对几何模型的不当解释。

(3)代码中使用的数学模型、数值解法的近似性。

(4)开发人员为了平衡代码复杂性、计算机硬件运行速度和用户使用友好性而采用的简化假设。

(5)对于工程塑料、特殊添加济混合物性能表征的不稳定性,如长玻璃纤维填充塑料、液晶聚合物等特殊材料。

2.3实验取样数据、模拟分析参数与实际生产数据存在变化

(1)材料实验室测定数据库有限,CAE分析时常采用同类材料的现有性能数据而产生误差。

(2)制品在生产过程中,模具的变性、注塑机的不稳定、设定之工艺参数与熔体实际情况很难一致。

3结语

注塑模具CAE技术的成功应用总是需要而且继续需要注塑实践和理论两方面的均衡,不能视它的强大功能为万能,替代经验指导;也不能因为它的复杂性、误差不准确性而全盘否定。成功的注塑分析需要在精通塑料性能、制品设计、模具设计、注塑过程的基础上,利用分析软件提供的信息作出更有意义的决定,就象X射线给医生提供信息,再由经验作出正确的诊断、治疗方案。而后续治疗实施的有效性则依靠全体医护人员共同协作。成功注塑实践也是全员共同参与、充分沟通、团队合作实现的。