CAE技术在注塑模设计中的应用(上)

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　　模具设计的过程一般是这样的:从用户那里接到塑料制品图(可能是二维的，也可能是三维的)，模具设计工程师根据产品的类型、特点以及形状考虑采用合适的结构进行设计，即采用什么样的模具结构可以成型出该塑料件。

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　　在此过程中，结构设计工程师还要根据制品的某些特定要求结合自己的经验选择流道类型、尺寸，浇口类型、数量、尺寸、位置并确定分流道的数量、尺寸等，以保证所设计的模具除了结构上合理外，在浇注和冷却系统方面也是可行的。

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　　显然，模具设计对于结构设计工程师的要求是十分苛刻的。他不仅要具有结构设计的经验，还要具有成型材料、成型工艺方面的诸多知识，或者说，设计的成败在很大程度上依赖于模具设计者的经验。即使一个设计工程师具有很好的模具设计经验，但是他仍然面临许多新的问题，因为实际中的产品往往是千变万化的。有时候一个细微的变化或者特定的产品要求可能使得已有经验不可用，或者即使可用但在实际试模之前，也无法进行有效的验证。这导致了模具设计过程具有明显的设计——修正——再设计的特点。如何减少该过程中的循环次数，使初始设计应达到或者逼近合用的结果，这在实践中具有重要意义。

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　　CAE分析正是解决上述问题的理想工具。原因是，该工具建立在相对准确的数学模型基础之上，从而可以近似获得实际指导生产实践的结果，此外，计算的快捷性使得在实际试模前，可以对于多个浇注系统和冷却系统进行评估直至优化，从而达到缩短设计和制造周期，提高质量的目的。

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　　本文就CAE分析中注意的几个问题、做法作一些介绍，并给出一些事例进行说明。

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　　(1)明确分析要求和重点。不同的制品，进行CAE分析的目的是不同的。对于外观件，不允许在表面上出现影响外观的注塑缺陷，如熔结痕等;对于非外观件，烧结痕的位置并不重要，但是如果制品具有严格的装配关系，则允许的翘曲和变形量成为追求的主要目标。此外，所有的制品一般都要求能够满足平衡流动、均匀填充的要求。实践中，同时满足多种要求是困难的，多数情况下是以满足一个主要的要求为主，在此前提下，再满足别的要求。因此在明确分析要求的基础上，还要分清楚哪些是本次分析的主要要求。

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　　确定了分析的要求和重点后，还要初步认定修改或者变动哪些参数。比如说，影响熔结痕位置的主要因素是浇口的位置和制品的形状特点，而制品的形状一般是不允许变动的;影响翘曲和变形量的因素则主要是制品的形状，从工艺的角度看，注射压力过大、保压时间过长和冷却不均匀都可以导致翘曲变型过大。除了制品结构本身的特点外，浇口、流道的尺寸都可以直接影响到型腔内的注射压力，冷却水道的尺寸和布置情况则直接影响到冷却的均匀程度。这些因素又间接地影响到了制品的变形和翘曲。

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　　(2)分析制品结构的特点。使用专业的CAE分析软件进行注塑流动模拟，首先都要进行几何建模，一般来说，这一过程要花费很长的时间。为此，要对几何模型作适当程度的简化以缩短建模时间，提高计算效率。目前，一些CAE软件已经具有从专业化的CAD软件中直接输入实体模型，再使用该软件中特定的中性面抽取工具提取中性面进行计算的功能，但是在制品的结构较为复杂时会产生诸多问题。因此，简化对计算结果影响不显著的细节仍然具有很大的意义。

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　　简化的方法可以根据专业化软件提供的不同功能进行。简化的原则是与整个制品的尺度相比较可以忽略的细微结构，距离浇口较远或与料流方向相互平行的细节也可以忽略。至于网格的划分，最好根据制品的不同结构，在不同的区域采用不同尺度的网格，以获得计算精度较高的结果，在计算翘曲和变形时尤其如此。

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