CAE与塑料成型质量分析

1、CAE与塑料成型质量分析     (湖南工业职业技术学院，湖南 长沙 410208） 摘要：塑料模具的设计不但采用CAD技术，而且还要采用CAE技术，这是发展的必然趋势。CAE技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案。在模具制造之前，CAE技术可以预测塑料熔体在型腔中的整个成型过程，帮助研判潜在的问题，有效地防止问题发生， 并能缩短产品的开发周期，降低生产成本。本文以一个生产实例出发，用Moldflow软件对该制品的注射成型方案进行分析比较，从而找到解决制品质量问题的途径。 关键词：CAE；塑料成型；模具 中图分类号： 文献标识码：A 文章编号

2、：1672545X（2007）02     引言 塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，目前，塑料制品已深入到国民经济的各个领域，通常，塑料制品质量的优劣与生产率的高低，很大程度上取决于模具的质量。在市场竞争日趋激烈的今天，传统的模具设计与生产方法已无法适应产品“交货期短，质量好，价格低”的要求。 随着计算机技术的发展， CAD/CAE/CAM技术逐渐取代了传统的模具设计理念和设计方法。尽管CAD/CAE/CAM一体化制造系统最初是因应通用机械和装备业的需求而产生的，但是早在CAD/CAE/CAM技术还处于发展的初期，CAD/ CAM就被引入到模具

3、制造业中，正是CAD /CAM在模具中的应用改变了以钳工技术为主导的传统模具生产方式，这一项高效益的系统工程能显著缩短模具设计与制造周期、降低生产成本和提高产品质量。CAE技术同CAD/CAM技术一样，是当今数字化设计领域重要的组成部分，CAE技术发展稍晚一点，但由于这种技术使得模具在进行真实的生产（包括样品生产）之前就已经通过了计算机软件进行了精确的结构设计、结构分析以及成形仿真过程，使得模具CAD/CAE/CAM应用范围日益扩大，并取得了可观的经济效益。 本文通过应用MOLDFLOW软件对塑料壳体制品成型过程进行CAE综合分析，为模具设计人员改善工艺及模具结构提供了一些有益的思想方法。 1

4、 实例分析 1.1制品情况： 产品为一壳体制品，材料为ABS，性能指标如下表： 熔融密度 g/cm3 固体密度 g/cm3 允许最大剪切率1/s 允许最大剪切力Mpa 建议料溫C° 分解料溫C° 0.95015 1.0426 50000.00 0.3000 240 280 最大料溫C° 最小料溫C° 最大模溫C° 最小模溫C° 顶出溫度C° 建议模溫C° 260 220 80 40 90 60 外形尺寸为210.7×202.4×89.02，其壁厚分布如图1所示，从图中可以看出，其基本壁厚为2.8

5、mm，最大壁厚2.8mm，最小壁厚0.8mm。 A    图1 壳体外形结构及壁厚分布 1.2 存在的质量问题： 原设计采用普通浇注系统，一点进浇，从A处进料，成型后，产品发现四根肋背面缩痕明显，如图2所示，即使对制品进行结构修改并调整成型工艺均无法达到满意效果。其原因主要是由于从制品一侧进浇，料流路径太长，进料端与料流未端压力损失大，温差大，填充严重不平衡。 1.3 用 Moldflow分析的几个解决方案： 条件：料温：220； 冷却系统：采用直流式，共6条水管，动、定模各三条。冷却水温：25。 方案一：热流道方案，原设计的进浇位置不变，改普通浇注系统

6、为热流道浇注系统，浇口直径为2，浇道直径为10，长度为90mm，如图2所示：    图2 浇注系统 Moldflow分析结果显示：采用热浇道后，充模时间相同，但改进后的方案，其注射压力损失大大地减少了，如下表所示： 原方案 方案一 最大注射压力Mpa 浇道压力损失Mpa 最大注射压力Mpa 浇道压力损失Mpa 1165 565 78 12 充模时间是一个非常重要的关键结果。当制件平衡充模时，制件的各个未端在同一时刻充满。象充模时间一样，压力分布也应该平衡。本方案中流体的压力图和充模时间图看起来应该十分相似，这说明在充模时制件内只有很少或没有潜流。 分析结

7、果还显示，两方案在充填末端体积收缩值较大，但热流道要明显好于原浇注系统。 缩痕指数给出了制件上产生缩痕的相对可能性，其值越高，表明缩痕或缩孔出现的可能性越大。计算缩痕指数时将同时使用体积收缩率和制件壁厚的值。在比较不同的方案时，缩痕指数图是非常有用的相对工具。通过Moldflow分析可知，制品上特征（肋、boss等）背面的缩痕程度，原方案要明显好于原始方案。 方案二：将制品底厚改为3.4mm，侧壁厚不变 Moldflow分析结果显示：原方案充填严重不平衡，平衡度仅为52；本方案充填时间虽然与原方案相同，但平衡度为76，明显要好于原方案。 原方案 方案二 最大注射压力Mpa 浇道压力损失Mpa

8、最大注射压力Mpa 浇道压力损失Mpa 1165 565 1034 56 当两股聚合物熔体的流动前沿汇集到一起，或一股流动前沿分开后又合到一起时，就会产生熔接线，如聚合物熔体沿一个孔流动。有时，当有明显的流速差时，也会形成熔接线。厚壁处的材料流得快，薄壁处流得慢，在厚薄交界处就可能形成熔接线。熔接线的产生会降低制品的结合强度，从而使制件质量得不到保证。减少浇口的数量可以消除掉一些熔接线，改变浇口位置或改变制件的壁厚可以改变熔接线的位置。 通过Moldflow分析可以看出，本方案制品外观面上的接合线如图3红色线条所示。    图3 熔接线 

9、60;  原方案制品体积收缩在充填末端体积收缩值较大，而本方案因底厚加大，故体积收缩稍大，但凹痕指数比前两种情况都要好。其制品整体变形从趋势及数值来看，与原始方案基本一样。 1.4、结论 经CAE分析，由于受制品本身结构及其功用限制，通过改变进料点无法得到优于原始方案的结果。要解决制品缩痕的问题，需从降低压力损失和充填平衡性进行改善。 通过以上分析结果，方案一和方案二都达到了我们的目的：既降低了压力损失，又改善了充填平衡性，可以解决制品缩痕的问题。 2 结束语 现在，对于一些外观要求较高，或一些无把握的模具都要求先作CAE分析。目前，应用该软件我们主要用于模拟注塑成型流动过

10、程，解决或预测熔接痕和困气等问题。当然，注塑模流CAE的功能还有很多，而随着软件的完善和发展以及CAE技术人员水平的提高，CAE应用的作用将会越来越凸显。    收稿日期：20061126 作者简介: 曾霞文，女，43岁，副教授，主要从事材料成型工艺及模具设计方面的研究与教学工作。    （缺英文题目） Zeng xiawen tan yanxian (Hunan Industry Polytechnic 410208) Abstract: The plastic mold design not only uses

11、 the CAD technology, moreover also use the CAE technology, this is the development inevitable trend. The CAE technology provided the integrity solution from the designed to production. Before mold manufacture, the CAE technology may forecast the plastic melt body entire takes shape the process in the cavity, helps to research and judgement the latent question, effectively prevented the question occurrence, and can reduce the development cycle of product, reduces the cost. This article embarks by a production example, takes shape the plan w