流动模拟技术在注射模具设计及成型工艺中的应用.doc

流动模拟技术在注射模具设计及成型工艺中的应用 长期以来，我国的注射模设计主要依靠设计者的经验和直觉，通过反复试模、修模修正设计方案，缺乏科学依据，具有较大的盲目性，不仅使模具的生产周期长、成本高，而且质量也难以保证。对于大型精密、新结构产品，问题更加突出。随着塑料制品应用的日益广泛，传统的注射模生产方式已不能适应现代社会发展对塑料制品产量、质量和更新换代速度的需求。多年来，人们一直期望能预测注射成型时塑料熔体在模具型腔中的流动情况及塑料制品在模具型腔内的冷却、固化过程，以便在模具制造之前就能发现设计中存在的问题，修改图纸而不是返修模具。注射模CAE技术的出现，使人们的这一愿望能变为现实。 注射模CAE技术就是根据塑料加工流变学和传热学的基本理论，建立塑料熔体在模具型腔中的流动、传热的物理数学模型，利用数值计算理论构造其求解方法，利用计算机图形学技术在计算机屏幕上形象、直观地模拟出实际成型中熔体的动态充填、冷却过程，定量地给出成型过程的状态参数(如压力、温度、速度等)。利用注射模CAE技术可具制造之前，在计算机上对模具设计方案进行分析和模拟来代替实际的试模，预测设计中潜在的缺陷，突破了传统的在注塑机上反复试模、修模的束缚，为设计人员修改设计提供科学的依据。CAE技术的应用带来的直接好处是省时省力，减少试模、修模次数和模具报废率，缩短模具设计制造周期，降低成本提高产品质量。, 塑料可能熔化不完全或者粘度太高而使流动性能变差。反之, 如果温度太高, 塑料又容易发生分解, 特别是象心和类树脂更容易分解。塑料牌号不同, 其熔融温度和对应的模具温度也稍有不同。对于精密塑料件的注射成型, 应选用供应商提供的推荐值。生产过程中, 型腔表面温度一般应高于冷却介质的温度, 因而冷却介质的温度一般比模具温度低10一20℃ , 如果模具温度为40一50℃或者更高, 则应考虑在模具固定板与模具之间增加隔热装置, 以节省能源并提高工艺的稳定性。 2.2 注射压力 注射压力是注射成型过程中又一个重要的工艺参数。在一定注射温度下, 注射压力的大小受注射制品的厚度、浇口尺寸、流动长度、制件表面复杂程度及注射填充时间等因素所影响。一般说来, 制品厚度越小、浇口截面越窄、流动长度越长、表面越复杂, 所需的注射压力就越大。而注射时间对注射压力的影响比较复杂, 注射时间相对太短或太长, 都需增大注射压力, 选择合理的注射时间对注射成型制品的质量至关重要, 通常在实际操作中需反复试模方可得。现可采用CAE软件系统计算获得。 2.3 设置螺杆行程转换开关位置 螺杆行程转换开关位置是指螺杆处于由注射过程向保压过程转换的位置缓冲距离是指从转换开关位置到螺杆行程的终点, 缓冲距离内应包含足量的塑料以保证后注射阶段少量的塑料进入型腔, 以补偿由收缩所缺的料, 否则, 补偿量不足, 制品表面易产生缩痕。 2.4 设置注射速度及排气 注射速度高, 有助于增加注射长度, 降低流动阻力, 并可提高熔接痕处的强度。但是, 注射速度的提高, 必须设置好排气孔。排气不畅, 易在型腔内产生气穴, 当型腔内温度和压力都很高时, 易引起烧痕、塑料降解或充填不足等现象。一些注射流动模拟软件提供了熔接痕和气穴产生的位置, 设计时应予以参考。另外, 还应注意经常清洗模具型芯、型腔表面及排气系统, 特别是加工和类材料更应重视这一问题。关于注射成型的其它工艺参数, 如注射时间、注射过程中螺杆转速变化规律等, 将结合下面的设计实例加以说明。 3 采用模拟技术改进模具设计的实例 流动模拟技术的目的是预测塑料熔体流经流道、浇口并填充型腔的过程, 计算流道、浇口及型腔内的压力场、温度场、速度场、剪切应变速率及剪切应力分布, 并将这些结果以图表、等值线图及着色图等方式显示在计算机屏幕上。通过流动模拟可优化浇口布置及注射工艺参数, 预测注射压力、锁模力及可能出现的制品缺陷等。 CAE软件只是一种辅助分析的工具，因此，和其它工具一样，能否做到物尽其用取决于用户的使用水平。尽管关于注射模设计和介绍注射模CAE技术的文献很多，但如何将CAE分析结果用于指导模具设计方面的文献并不多见。以下通过一些典型的CAE分析示例来说明如何用CAE技术解决模具设计中出现的问题。  流动分析的目的是预测熔体流经流道浇口填充型腔的过程。通过流动模拟，可帮助优化产品和型腔设计，确定合理的浇口和流道，预测所需的注射压力和锁模力，发现可能出现的缺陷。由于塑料熔体的非牛顿特性和流动过程的非等温性、非稳态性，导致熔体充模流动过程模拟相当困难，必须借助于数值方法来实现。  流动分析的方法主要有两种:一种是分支流动法，它以一维流动分析为基础，把三维塑件从几何上分解成一系列由一维流动单元串联组成流动路径，在计算过程中，利用迭代计算，在满足