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CAE技術:塑料模具設計發展的必然趨勢

作者:  信息來源:Moldflow  2006-2-12

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模具是生產各種工業產品的重要工藝裝備,隨著塑料工業的迅速發展以及塑料制品在航空、航天、電子、機械、船舶和汽車等工業部門的推廣應用,產品對模具的要求越來越高,傳統的模具設計方法已無法適應產品更新換代和提高質量的要求。計算機輔助工程(CAE)技術已成為塑料產品開發、模具設計及產品加工中這些薄弱環節的最有效的...
模具是生產各種工業產品的重要工藝裝備,隨著塑料工業的迅速發展以及塑料制品在航空、航天、電子機械、船舶和汽車等工業部門的推廣應用,產品對模具的要求越來越高,傳統的模具設計方法已無法適應產品更新換代和提高質量的要求。計算機輔助工程(CAE)技術已成為塑料產品開發、模具設計及產品加工這些薄弱環節的最有效的途經。同傳統的模具設計相比,CAE技術無論在提高生產率、保證產品質量,還是在降低成本、減輕勞動強度等方面,都具有很大優越性。

國上市公司Moldflow公司是專業從事注塑成型CAE軟件和咨詢公司,自1976年發行了世界上第一套流動分析軟件以來,一直主導塑料成型CAE軟件市場。近幾年,在汽車、家電、電子通訊、化工和日用品等領域得到了廣泛應用。

利用CAE技術可以在模具加工前,在計算機上對整個注塑成型過程進行模擬分析,準確預測熔體的填充、保壓、冷卻情況,以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況,以便設計者能盡早發現問題,及時修改制件和模具設計,而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統模具設計方法的一次突破,而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質量和降低成本等,都有著重大的技術經濟意義。

塑料模具的設計不但要采用CAD技術,而且還要采用CAE技術。這是發展的必然趨勢。注塑成型分兩個階段,即開發/設計階段(包括產品設計、模具設計和模具制造)和生產階段(包括購買材料、試模和成型)。傳統的注塑方法是在正式生產前,由于設計人員憑經驗與直覺設計模具,模具裝配完畢后,通常需要幾次試模,發現問題后,不僅需要重新設置工藝參數,甚至還需要修改塑料制品和模具設計,這勢必增加生產成本,延長產品開發周期。采用CAE技術,可以完全代替試模,CAE技術提供了從制品設計到生產的完整解決方案,在模具制造之前,預測塑料熔體在型腔中的整個成型過程,幫助研判潛在的問題,有效地防止問題發生,大大縮短了開發周期,降低生產成本。

近年來,CAE技術在注塑成型領域中的重要性日益增大,采用CAE技術可以全面解決注塑成型過程中出現的問題。CAE分析技術能成功地應用于三組不同的生產過程,即制品設計、模具設計和注塑成型。

制品設計

制品設計者能用流動分析解決下列問題:

(1) 制品能否全部注滿 這一古老的問題仍為許多制品設計人員所注目,尤其是大型制件,如蓋子、容器和家具等。

(2) 制件實際最小壁厚 如能使用薄壁制件,就能大大降低制件的材料成本。減小壁厚還可大大降低制件的循環時間,從而提高生產效率,降低塑件成本。

(3)澆口位置是否合適 采用CAE分析可使產品設計者在設計時具有充分的選擇澆口位置的余地,確保設計的審美特性。

模具設計和制造

CAE分析可在以下諸方面輔助設計者和制造者,以得到良好的模具設計:

(1) 良好的充填形式 對于任何的注塑成型來說,最重要的是控制充填的方式,以使塑件的成型可靠、經濟。單向充填是一種好的注塑方式,它可以提高塑件內部分子單向和穩定的取向性。這種填充形式有助于避免因不同的分子取向所導致的翹曲變形。

(2)最佳澆口位置與澆口數量 為了對充填方式進行控制,模具設計者必須選擇能夠實現這種控制的澆口位置和數量,CAE分析可使設計者有多種澆口位置的選擇方案并對其影響作出評價。

(3)流道系統的優化設計 實際的模具設計往往要反復權衡各種因素,盡量使設計方案盡善盡美。通過流動分析,可以幫助設計者設計出壓力平衡、溫度平衡或者壓力、溫度均平衡的流道系統,還可對流道內剪切速率和摩擦熱進行評估,如此,便可避免材料的降解和型腔內過高的熔體溫度。

(4)冷卻系統的優化設計 通過分析冷卻系統對流動過程的影響,優化冷卻管路的布局和工作條件,從而產生均勻的冷卻,并由此縮短成型周期,減少產品成型后的內應力。

(5)減小反修成本 提高模具一次試模成功的可能性是CAE分析的一大優點。反復地試模、修模要耗損大量的時間和金錢。此外,未經反復修模的模具,其壽命也較長。

注塑成型

注塑者可望在制件成本、質量和可加工性方面得到CAE技術的幫助:

(1) 更加寬廣更加穩定的加工“裕度” 流動分析對熔體溫度、模具溫度和注射速度等主要注塑加工參數提出一個目標趨勢,通過流動分析,注塑者便可估定各個加工參數的正確值,并確定其變動范圍。會同模具設計者一起,他們可以結合使用最經濟的加工設備,設定最佳的模具方案。

(2) 減小塑件應力和翹曲 選擇最好的加工參數使塑件殘余應力最小。殘余應力通常使塑件在成型后出現翹曲變形,甚至發生失效。

(3) 省料和減少過量充模 流道和型腔的設計采用平衡流動,有助于減少材料的使用和消除因局部過量注射所造成的翹曲變形。

(4)最小的流道尺寸和回用料成本 流動分析有助于選定最佳的流道尺寸。以減少澆道部分塑料的冷卻時間,從而縮短整個注射成型的時間,以及減少變成回收料或者廢料的澆道部分塑料的體積。
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