proe和Moldflow的注射模CAD/CAE技術

2013-08-14 by:機械設計培訓組來源:仿真在線

1 引言

模具是生產各種工業(yè)產品的重要工藝裝備,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、機械、船舶和汽車等工業(yè)部門的廣泛應用,對模具設計的要求也越來越高,模具的設計成為模具工業(yè)中極為重要的一個方面。傳統(tǒng)的模具設計方法已無法適應當今現(xiàn)代化生產和集成化技術的要求,而且模具設計是—個設計、修改、再設計的反復迭代不斷優(yōu)化的過程。因此,利用先進的計算機技術,采用模具CAD/CAE技術是提高模具產品的設計質量、縮短模具設計、制造周期、提高塑料制品質量及性能的重要途徑之一,對于注塑模技術的發(fā)展具有重要意義。

2 基于CAD/CAE技術的注射模設計流程

如圖1所示,給出了注射模CAD/CAE的設計流程。考慮到注塑模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軟件作為產品設計和模具設計的開發(fā)平臺。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等標準輸出格式與其它CAD/CAE軟件實現(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)化設計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)。它具有強大的曲面和實體造型功能,還具有十分強大的模具設計功能,可對塑料制品進行三維造型設計。利用proe的Mold Design模塊進行分型面的定義、抽取模具元件生成模具型腔和型芯、澆注系統(tǒng)的設計、冷卻系統(tǒng)設計、生成模具成型零件的三維實體模型,利用proe系統(tǒng)的布局及裝配模塊,可以進行模具的頂出系統(tǒng)和三維的總裝配設計,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來進行模具標準元件的導入,以使設計更快捷,修改更方便。由于注射模具結構復雜,要求各部件運動自如,互不干涉,且對模具零件的順序動作以及行程有嚴格的控制,Pro/Moldesign摸塊還提供了一些模具設計過程中非常實用的分析檢測功能,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。在模具設計過程中適當?shù)貞眠@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行仿真,可使模具設計更為合理、準確,且能避免設計中不必要的重復勞動。應用proe進行注射模設計的基本流程。

2.2 基于Moldflow軟件注射模CAE

Moldflow軟件提供強大的分析功能,可進行注塑過程中的流動、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,預測塑料充填的效果。如充填不滿、氣泡、熔接縫、應力集中、冷卻后的翹曲變形等各種問題。

在proe軟件中設計好模具后,可將有關信息通過*.STL格式傳入moldflow中進行注塑分析,在Moldflow中選擇塑料牌號及合適的注塑溫度、注塑壓力和注射機后即可進行流動、冷卻、翹曲等分析。將注塑模CAE結果反饋到注塑模CAD,有其重要意義,設計人員根據(jù)工程模擬的結果,指導其檢查和更改設計,避免后期實際試模、生產時出現(xiàn)不合格的產品,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)的時間和費用。

3 應用實例

3.1 應用proe軟件的注射模設計

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

3.2 應用Moldflow軟件的注塑成型分析

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

3.2.1 最佳澆口分析

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

3.2.2 填充分析

填充分析結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)動態(tài)的填充時間結果查看填充階段的熔體流動行為,以便更好地判斷填充流動行為是否合理。如圖6所示,為充模時間的分析結果。結果顯示:充填時間為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)的設計,填充分析的結果表明所示的澆注系統(tǒng)布局設計是可行的。

3.2.3 冷卻分析

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

在獲得均勻冷卻的基礎上優(yōu)化冷卻管道布局,盡量縮短冷卻時間,從而縮短單個制品的成型周期,提高生產率,降低生產成本。制件冷卻時,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到預定的頂出溫度(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出現(xiàn)變形,為了減少翹曲缺陷,在模具設計時,準確預測塑料的收縮率和冷卻系統(tǒng)的設計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。經過CAE分析,該設計方案已能滿足制品質量要求。

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