注塑模CAE技术（二）

HEATS

    Moldflow的Fusion分析技术   
    Fusion（双面流）分析技术是基于Moldflow的独家专利Dual Domain的分析技术。2000年推出的Fusion分析技术，使得用户不需要抽取中性面就可以进行分析，克服了几何模型的重建问题，大大减轻了用户建模的负担。网格也是三角形单元，而其原理是将模具型腔或制品在厚度方向上分成两部分，有限元网格在型腔或制品的表面产生。在流动过程中，上、下两表面的塑料熔体同时并且协调地流动。   
    显然，Fusion技术的表面网格是基于中性面的，仍无法解决中性面的根本问题，所以双面流技术所应用的原理和方法与中面流所应用的没有本质上的差别，所不同的是双面流采用了一系列相关的算法，将沿中面流动的单股熔体演变为沿上、下表面协调流动的双股流。   
    双面流技术的最大优点是模型的准备时间大大缩短，这样就大大减轻了用户建模的负担，将原来需要几小时甚至几天的建模工作缩短为几分钟。因此，基于双面流技术的模拟软件问世时间虽然只有短短数年，但在全世界却拥有了庞大的用户群，得到了广大用户的支持和好评。    : {& k# Z7 q9 Q0 K: G/ N. M% c0 D
    但是双面流技术有以下不足：    ' A/ D' D y# p/ |1 z) u Y
    (1) 由于双面流技术没有从根本上解决中性面的问题，所以还是无法描述某些三维特征，如不能描述惯性效应、重力效应对熔体流动的影响，不能预测喷射现象、熔体前沿的泉涌现象等。   
    (2) 上、下对应表面的熔体流动前沿存在差别。由于上、下表面的网格无法一一对应，而且网格形状、方位与大小也不可能完全对称，所以如何将上、下对应表面的熔体流动前沿的差别控制在所允许的范围内是实施双面流技术的难点。    * C6 t1 p' S" g3 G7 ^/ H& }1 c
    (3) 熔体仅沿着上、下表面流动，在厚度方向上未作任何处理，缺乏真实感。   
    Moldflow的3D分析技术   
    以上两种技术都忽略了厚度方向的物理量，只是二维的模拟，因而结果不是十分精确。Moldflow公司的3D（三维）分析技术采用了真三维实体模流分析技术，经过严谨的理论推导与反复的验证，将惯性效应、非恒温流体等因素考虑到有限元分析中，熔体厚度方向的物理量变化不再被忽略，能够更全面地描述填充过程的流动现象，使分析结果更能接近现实状况，适用于所有塑件制品。其立体网格是由四节点的四面体单元组成。并采用全新的3D立体显示技术，可快速清楚地显示出模型内、外部的流动场、温度场、应力场和速度场等分析结果。对于上述分析结果也可利用等位线或等位面方式显示，让实体模型内、外部各变量的变化情形显示更清楚，Moldfiow还提供动画的功能，透过3D动画的方式显示塑料熔体在型腔中的流动变化，让用户更直观地看清设计与制造过程中可能遇到的问题。    & k; u" w3 F; d" G. f: W
    但是3D技术的网格划分要求很高，控制方程更加复杂，计算量大、时间长，计算效率低，不适合开发周期短并需要通过CAE进行反复修改验证的注塑模设计。因此，目前该技术普及率不是很高，不过它最终必将取代中面流技术和双面流技术。   
    注塑模发展趋势   
    注塑模CAE技术不论从理论上还是在应用上都取得了长足的进步，但在以下几个方面仍有待于进一步完善和发展：   
    （1）数学模型、数值算法逐步完善   
    注塑模CAE技术的实用性，取决于数学模型的准确性及数值算法的精确性。目前的商品化模拟软件模型没有完全考虑物理量在厚度方向上的影响，为了进一步提高软件的分析精度和使用范围，必须进一步完善目前的数学模型和算法。   
    （2）注塑成型全过程模拟   
    目前，注塑成型模拟软件主要有填充、流动、保压、冷却、应力应变和翘曲分析等模块，各模块的开发是基于各自独立的数学模型，这些模型在很大程度上进行了简化，忽略了相互之间的影响。但是，从注塑成型工艺过程来看，塑料熔体的填充、流动、保压和冷却是交织在一起并相互影响的，因此，填充、流动、保压和冷却分析模块必须有机地结合起来，进行耦合分析，才能综合反映注塑成型的真实情况。    # n( A; {8 }3 w$ z
    （3）优化理论及算法，使CAE技术“主动”地优化设计   
    将人工智能技术，如专家系统和神经网络等加入设计计算中，使模拟程序能“智慧”地选择注塑工艺参数、提供修正制品尺寸和冷却管道布置方案，减少人工对程序的干涉。    ' b3 Q Y# D" Y+ q$ S
    （4）对新的注塑成型方法进行模拟分析 目前，在常规注塑成型技术的基础上，又发展出了一些新的注塑成型方法，比如气体辅助注射、薄壁注塑成型、反应注射和共注射等。但是还没有专门针对这些成型方法的模拟软件，所以亟待开发。    : |) |1 J6 R6 P2 W. T
    （5）注塑模CAD/CAE/CAM的集成化与网络化   
    目前的商品化注塑模CAE软件与CAD、CAM软件之间的数据传递主要依靠文件的转换，这容易造成数据的丢失和错误。因此在设计制造过程中采取单一模型，建立注塑模CAD/CAE/CAM系统的统一数据库，加强三者之间的联系是今后的发展方向之一。为适应电子商务的发展要求，这个集成系统将实现异地的“协同设计”和“虚拟制造”。   
    结束语    2 b$ b( ` O( {" R7 i
    尽管通过大量的实践证明，在塑料模具工业中引入CAE技术后，大大缩短了模具设计和制造周期，提高了模具的使用寿命和制造精度。同时，CAE技术的出现也使注塑模设计从传统的经验和技艺走上科学化的道路，在一定程度上改变了注塑模传统的生产方式，但目前CAE技术并不能代替人的创造性工作，只能作为一种辅助工具帮助工程师了解方案中存在的问题，还难以提供一个明确的改进方案，仍需通过反复交互（分析－修改－再分析），才能将设计人员的正确经验体现到模具设计中去，而设计方案的确定很大程度上仍需依靠设计人员的经验和水平。    8 i% g7 P% M5 n) V/ ?4 f. c/ K$ a
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