proe和Moldflow的注射模CAD/CAE技術(shù)

2013-08-14 by:機(jī)械設(shè)計(jì)培訓(xùn)組來源:仿真在線

1 引言

模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備,隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展,以及塑料制品在航空、航天、電子、機(jī)械、船舶和汽車等工業(yè)部門的廣泛應(yīng)用,對模具設(shè)計(jì)的要求也越來越高,模具的設(shè)計(jì)成為模具工業(yè)中極為重要的一個(gè)方面。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法已無法適應(yīng)當(dāng)今現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術(shù)的要求,而且模具設(shè)計(jì)是—個(gè)設(shè)計(jì)、修改、再設(shè)計(jì)的反復(fù)迭代不斷優(yōu)化的過程。因此,利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù),采用模具CAD/CAE技術(shù)是提高模具產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短模具設(shè)計(jì)、制造周期、提高塑料制品質(zhì)量及性能的重要途徑之一,對于注塑模技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

2 基于CAD/CAE技術(shù)的注射模設(shè)計(jì)流程

如圖1所示,給出了注射模CAD/CAE的設(shè)計(jì)流程?？紤]到注塑模CAD/CAE要求有較高的幾何造型功能,注射模CAD采用美國PTC公司的proengineering軟件作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的開發(fā)平臺(tái)。注塑模CAE采用Moldflow公司的注塑模分析軟件Moldflow。proe軟件提供了豐富的接口函數(shù),可通過IGES,STL,STEP,DXF,DWG等標(biāo)準(zhǔn)輸出格式與其它CAD/CAE軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

2.1 基于proe軟件的注射模CAD

proengineer軟件是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)。它具有強(qiáng)大的曲面和實(shí)體造型功能,還具有十分強(qiáng)大的模具設(shè)計(jì)功能,可對塑料制品進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)。利用proe的Mold Design模塊進(jìn)行分型面的定義、抽取模具元件生成模具型腔和型芯、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生成模具成型零件的三維實(shí)體模型,利用proe系統(tǒng)的布局及裝配模塊,可以進(jìn)行模具的頂出系統(tǒng)和三維的總裝配設(shè)計(jì),并最終利用工程圖模塊生成二維工程圖。其間將使用proe的外掛軟件EMX4.0來進(jìn)行模具標(biāo)準(zhǔn)元件的導(dǎo)入,以使設(shè)計(jì)更快捷,修改更方便。由于注射模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,要求各部件運(yùn)動(dòng)自如,互不干涉,且對模具零件的順序動(dòng)作以及行程有嚴(yán)格的控制,Pro/Moldesign摸塊還提供了一些模具設(shè)計(jì)過程中非常實(shí)用的分析檢測功能,其中包括拔模檢測、厚度檢測、分型面檢測、充模仿真、開模仿真、干涉檢測等。在模具設(shè)計(jì)過程中適當(dāng)?shù)貞?yīng)用這些檢測功能,可對模具開模、合模以及制品被推出的全過程進(jìn)行仿真,可使模具設(shè)計(jì)更為合理、準(zhǔn)確,且能避免設(shè)計(jì)中不必要的重復(fù)勞動(dòng)。應(yīng)用proe進(jìn)行注射模設(shè)計(jì)的基本流程。

2.2 基于Moldflow軟件注射模CAE

Moldflow軟件提供強(qiáng)大的分析功能,可進(jìn)行注塑過程中的流動(dòng)、保壓、冷卻、翹曲等多種分析。通過分析,模擬了塑料在模具中由熔融態(tài)到凝固態(tài)的一系列過程,預(yù)測塑料充填的效果。如充填不滿、氣泡、熔接縫、應(yīng)力集中、冷卻后的翹曲變形等各種問題。

在proe軟件中設(shè)計(jì)好模具后,可將有關(guān)信息通過*.STL格式傳入moldflow中進(jìn)行注塑分析,在Moldflow中選擇塑料牌號(hào)及合適的注塑溫度、注塑壓力和注射機(jī)后即可進(jìn)行流動(dòng)、冷卻、翹曲等分析。將注塑模CAE結(jié)果反饋到注塑模CAD,有其重要意義,設(shè)計(jì)人員根據(jù)工程模擬的結(jié)果,指導(dǎo)其檢查和更改設(shè)計(jì),避免后期實(shí)際試模、生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)不合格的產(chǎn)品,通過分析,也得出了塑料充模的最佳工藝條件,保證試模一次成功,節(jié)省了模具開發(fā)的時(shí)間和費(fèi)用。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 應(yīng)用proe軟件的注射模設(shè)計(jì)

如圖3所示,是采用proe軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的某模具廠的塑料制品三維圖,材料為ABS。按照如圖2所示的模具設(shè)計(jì)流程,利用proe的Moldesign模塊進(jìn)行塑件三維實(shí)體設(shè)計(jì),根據(jù)塑件的材料和特點(diǎn),確定成型方案為一模四腔,對模具初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),包括確定收縮率,確定分模方向以及分型面設(shè)計(jì),抽取模具元件生成模具型腔和型芯,設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)等。經(jīng)CAE分析后判斷是否對模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改,修改后進(jìn)行詳細(xì)的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),然后進(jìn)行模具開啟和干涉檢查,最后導(dǎo)入模具專家系統(tǒng)形成完整的裝配圖。

3.2 應(yīng)用Moldflow軟件的注塑成型分析

根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特性,成型方案采取一模四腔的結(jié)鉤形式。成型方案確定后,采用Moldflow軟件進(jìn)行CAE分析,一般進(jìn)行最佳澆口、填充、流動(dòng)、冷卻和翹曲分析。

3.2.1 最佳澆口分析

在模具設(shè)計(jì)之前應(yīng)該分析塑料件的澆口位置,但無論采用什么形式的澆口,開設(shè)的位置對塑件的成型性能及成型質(zhì)量影響很大,因此合理選擇澆口位置是提高塑件成型質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié),采用Moldflow軟件進(jìn)行最佳澆口分析,依據(jù)分析結(jié)果設(shè)置澆口位置。從而避免由于澆口位置不當(dāng)可能引起的制件缺陷。在Moldflow軟件環(huán)境下進(jìn)行網(wǎng)格的劃分→調(diào)整網(wǎng)格的合理性→進(jìn)行型腔布局→設(shè)置分析內(nèi)容以及分析參數(shù)(Best gate location)→選擇成型材料→設(shè)置注射參數(shù)等。為分析得到的最佳澆口位置圖。圖中藍(lán)色位置為最佳的澆口位置,由Moldflow分析出來的結(jié)果直接利用到澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)上,設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)。

3.2.2 填充分析

填充分析結(jié)果主要用于查看制件的填充行為是否合理,填充是否平衡,能否完成對制件的完全填充等。可以根據(jù)動(dòng)態(tài)的填充時(shí)間結(jié)果查看填充階段的熔體流動(dòng)行為,以便更好地判斷填充流動(dòng)行為是否合理。如圖6所示,為充模時(shí)間的分析結(jié)果。結(jié)果顯示:充填時(shí)間為1.272s,顏色的過渡比較柔和,說明此充填過程比較平緩,充型情況處于合理狀態(tài)。澆注系統(tǒng)的性能直接影響到制件的填充行為,填充分析的最終目的是為了獲得最佳澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì),填充分析的結(jié)果表明所示的澆注系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)是可行的。

3.2.3 冷卻分析

用Moldflow對模具的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行分析,通過冷卻分析結(jié)果判斷冷卻效果的優(yōu)劣,根據(jù)冷卻效果計(jì)算出冷卻時(shí)間的長短,確定成型周期所用的時(shí)間。

在獲得均勻冷卻的基礎(chǔ)上優(yōu)化冷卻管道布局,盡量縮短冷卻時(shí)間,從而縮短單個(gè)制品的成型周期,提高生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本。制件冷卻時(shí),只能做到塑件大體均勻冷卻,如圖7所示。為制件的冷卻方案和溫度分布圖;所示可以看出,制件的大部分位置都已達(dá)到預(yù)定的頂出溫度(60℃)。表明冷卻水道布置比較合理,制件的冷卻方案可行。

3.2.4 翹曲分析

通過翹曲分析可以判定采用的塑料是否會(huì)出現(xiàn)變形,為了減少翹曲缺陷,在模具設(shè)計(jì)時(shí),準(zhǔn)確預(yù)測塑料的收縮率和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成了控制變形量的主要措施。是塑件總體翹曲圖,翹曲變形最小0.0037mm,最大0.7273mm。最大翹曲部位在制件一端自由處、絕大部分是由收縮率引起的。經(jīng)過CAE分析,該設(shè)計(jì)方案已能滿足制品質(zhì)量要求。

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