proe和Moldflow的注射模CAD/CAE技术

2013-08-14 by:机械设计培训组来源:仿真在线

1 引言

模具是生产各种工业产品的重要工艺装备,随着塑料工业的迅速发展,以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的广泛应用,对模具设计的要求也越来越高,模具的设计成为模具工业中极为重要的一个方面。传统的模具设计方法已无法适应当今现代化生产和集成化技术的要求,而且模具设计是—个设计、修改、再设计的反复迭代不断优化的过程。因此,利用先进的计算机技术,采用模具CAD/CAE技术是提高模具产品的设计质量、缩短模具设计、制造周期、提高塑料制品质量及性能的重要途径之一,对于注塑模技术的发展具有重要意义。

2 基于CAD/CAE技术的注射模设计流程

如图1所示,给出了注射模CAD/CAE的设计流程。考虑到注塑模CAD/CAE要求有较高的几何造型功能,注射模CAD采用美国PTC公司的proengineering软件作为产品设计和模具设计的开发平台。注塑模CAE采用Moldflow公司的注塑模分析软件Moldflow。proe软件提供了丰富的接口函数,可通过IGES,STL,STEP,DXF,DWG等标准输出格式与其它CAD/CAE软件实现数据交换。

2.1 基于proe软件的注射模CAD

proengineer软件是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统。它具有强大的曲面和实体造型功能,还具有十分强大的模具设计功能,可对塑料制品进行三维造型设计。利用proe的Mold Design模块进行分型面的定义、抽取模具元件生成模具型腔和型芯、浇注系统的设计、冷却系统设计、生成模具成型零件的三维实体模型,利用proe系统的布局及装配模块,可以进行模具的顶出系统和三维的总装配设计,并最终利用工程图模块生成二维工程图。其间将使用proe的外挂软件EMX4.0来进行模具标准元件的导入,以使设计更快捷,修改更方便。由于注射模具结构复杂,要求各部件运动自如,互不干涉,且对模具零件的顺序动作以及行程有严格的控制,Pro/Moldesign摸块还提供了一些模具设计过程中非常实用的分析检测功能,其中包括拔模检测、厚度检测、分型面检测、充模仿真、开模仿真、干涉检测等。在模具设计过程中适当地应用这些检测功能,可对模具开模、合模以及制品被推出的全过程进行仿真,可使模具设计更为合理、准确,且能避免设计中不必要的重复劳动。应用proe进行注射模设计的基本流程。

2.2 基于Moldflow软件注射模CAE

Moldflow软件提供强大的分析功能,可进行注塑过程中的流动、保压、冷却、翘曲等多种分析。通过分析,模拟了塑料在模具中由熔融态到凝固态的一系列过程,预测塑料充填的效果。如充填不满、气泡、熔接缝、应力集中、冷却后的翘曲变形等各种问题。

在proe软件中设计好模具后,可将有关信息通过*.STL格式传入moldflow中进行注塑分析,在Moldflow中选择塑料牌号及合适的注塑温度、注塑压力和注射机后即可进行流动、冷却、翘曲等分析。将注塑模CAE结果反馈到注塑模CAD,有其重要意义,设计人员根据工程模拟的结果,指导其检查和更改设计,避免后期实际试模、生产时出现不合格的产品,通过分析,也得出了塑料充模的最佳工艺条件,保证试模一次成功,节省了模具开发的时间和费用。

3 应用实例

3.1 应用proe软件的注射模设计

如图3所示,是采用proe软件进行设计的某模具厂的塑料制品三维图,材料为ABS。按照如图2所示的模具设计流程,利用proe的Moldesign模块进行塑件三维实体设计,根据塑件的材料和特点,确定成型方案为一模四腔,对模具初始结构进行设计,包括确定收缩率,确定分模方向以及分型面设计,抽取模具元件生成模具型腔和型芯,设计浇注系统及冷却系统等。经CAE分析后判断是否对模具结构进行修改,修改后进行详细的模具结构设计,然后进行模具开启和干涉检查,最后导入模具专家系统形成完整的装配图。

3.2 应用Moldflow软件的注塑成型分析

根据塑件的结构特性,成型方案采取一模四腔的结钩形式。成型方案确定后,采用Moldflow软件进行CAE分析,一般进行最佳浇口、填充、流动、冷却和翘曲分析。

3.2.1 最佳浇口分析

在模具设计之前应该分析塑料件的浇口位置,但无论采用什么形式的浇口,开设的位置对塑件的成型性能及成型质量影响很大,因此合理选择浇口位置是提高塑件成型质量的一个重要环节,采用Moldflow软件进行最佳浇口分析,依据分析结果设置浇口位置。从而避免由于浇口位置不当可能引起的制件缺陷。在Moldflow软件环境下进行网格的划分→调整网格的合理性→进行型腔布局→设置分析内容以及分析参数(Best gate location)→选择成型材料→设置注射参数等。为分析得到的最佳浇口位置图。图中蓝色位置为最佳的浇口位置,由Moldflow分析出来的结果直接利用到浇注系统设计上,设计的浇注系统。

3.2.2 填充分析

填充分析结果主要用于查看制件的填充行为是否合理,填充是否平衡,能否完成对制件的完全填充等。可以根据动态的填充时间结果查看填充阶段的熔体流动行为,以便更好地判断填充流动行为是否合理。如图6所示,为充模时间的分析结果。结果显示:充填时间为1.272s,颜色的过渡比较柔和,说明此充填过程比较平缓,充型情况处于合理状态。浇注系统的性能直接影响到制件的填充行为,填充分析的最终目的是为了获得最佳浇注系统的设计,填充分析的结果表明所示的浇注系统布局设计是可行的。

3.2.3 冷却分析

用Moldflow对模具的冷却系统进行分析,通过冷却分析结果判断冷却效果的优劣,根据冷却效果计算出冷却时间的长短,确定成型周期所用的时间。

在获得均匀冷却的基础上优化冷却管道布局,尽量缩短冷却时间,从而缩短单个制品的成型周期,提高生产率,降低生产成本。制件冷却时,只能做到塑件大体均匀冷却,如图7所示。为制件的冷却方案和温度分布图;所示可以看出,制件的大部分位置都已达到预定的顶出温度(60℃)。表明冷却水道布置比较合理,制件的冷却方案可行。

3.2.4 翘曲分析

通过翘曲分析可以判定采用的塑料是否会出现变形,为了减少翘曲缺陷,在模具设计时,准确预测塑料的收缩率和冷却系统的设计成了控制变形量的主要措施。是塑件总体翘曲图,翘曲变形最小0.0037mm,最大0.7273mm。最大翘曲部位在制件一端自由处、绝大部分是由收缩率引起的。经过CAE分析,该设计方案已能满足制品质量要求。

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