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第 4期 (总第 120期) 43 机械与模具 计算机辅助分析在注塑模具设计中的应用 牟文杰 　　摘　要　本文介绍计算机辅助分析 (CA E )在注塑模具设计中的应用,重点介绍了其中的几何 造型功能。 　　关键词　计算机辅助分析　流动模拟分析　薄壳立体结构图形 neering)分析是指设计人员在完成最初的模具 随着塑料工业的飞速发展,注塑模具的生设计方案后,利用计算机最初的设计方案进行 产不断地朝着高效率、高精密化的方向发展,尤注塑过程流动模拟分析,得出在给定注塑模具 其是在电子、机械、仪表等工业领域中,出现了的几何形状、浇口数目及位置、流道尺寸及类 各种精密的塑料制件,注塑模具的精密化就显型、冷却管道分布以及加工工艺等条件的情况 得更加重要。但就我国目前的注塑模具状况来下,塑料制件在生产过程中的流动前沿速度、残 看,大多数模具设计仍然停留在比较低级的阶余应力分布、压力损失以及纤维取向等分析结 段,这在很大程度上限制了塑料制件的应用范果;在塑料制件中可能出现的气隙、熔合线、欠 围。因此,提高注塑模具的设计水平成为目前亟注等制品缺陷及其位置,提出分析报告并向设 待解决的问题。传统的注塑模具设计是通过经计人员推荐合适的加工工艺条件如注射螺杆速 验丰富的设计人员依靠其自身的经验进行设度图等;设计人员再根据分析结果修正模具设 计,在模具制造出来以后再经过多次试模来进计方案,然后再一次进行模拟分析,再根据分析 行修正。这样不仅设计周期长,而且难以得到精结果修正设计方案。经过多次重复,直到模具设 密的模具产品。随着计算机技术的广泛应用,涌计方案符合设计要求为止。它将实际生产中的 现出许多专门用于注塑模具模拟分析的软件,“试模-修模-试模”过程转移到计算机上完 以便在模具制造之前就能对其进行多次模拟分成,从而提高了生产效率和模具的设计质量,保 析,从而得到最佳的模具设计方案,其中美国证了试模的成功率,并能够据此设计出高精密 A C T echno logy公司开发的 C - M OLD软件的注塑模具。 就是其中的一种比较优秀的软件。 1　计算机辅助分析 (CAE )在注塑的特点 C - M OLD软件是一套专门用于塑料注塑 加工过程模拟分析的集成 CA E软件。模具设 计分析人员利用该软件,可以在计算机上对塑料 44  牟文杰　计算机辅助分析在注塑模具设计中的应用 制件进行预先的结构分析和流动过程模拟及分 析结果显示。它将注塑机注塑制件的实际生产 过程在计算机上预先进行“可视化”及“仿真”, 并可将多个具有不同结构形状及加工工艺条件 的设计方案进行比较和多次修改,从而使最终 的设计方案达到设计要求。该软件在注塑模的 CA E分析中可以完成下列分析要求: ( 1)　评估注塑模具的各项设计参数是否 达到了塑料制件的设计要求; ( 2)　判定在模制生产过程中和塑料制件 上可能出现的问题和缺陷及其位置; ( 3)　优化塑料制件的结构设计和生产工 艺条件。  开　始 定义加工用物料及加工工艺条件 建立塑料制作三维几何模型 选择注塑流动分析项目 (充模流动、保压、冷却、 收缩与翘曲、工作载荷、自动流道平衡计算等) 进行注塑流动模拟分析 显示并评估分析结果 保存设计方案及分析结果 根据分析结果及推荐加工工 艺条件对设计方案进行修正 3　在注塑设计中应用 CAE的步骤 在用计算机对注塑模具进行模拟分析的过 程中,首先应提供塑制件的最初设计方案,包括 生产制件所要采用的树脂物料的性能参数 (如 固体密度、比热性能、导热率、粘度系数及转化 温度等)、加工工艺条件 (如注塑机性能参数、充  　　设计方案是否 　　符合设计要求 是 确定最后的设计方案 结　束 否 模时间、充模-保压转换、熔体温度、注射压力、 冷却条件等)以及塑料制件的三维几何模型 (包 括注道、流道、浇口、冷却管道等) ,然后由 CA E 分析程序对其进行有限元分析,设计人员再根 据分析结果和分析程序推荐的加工工艺条件对 设计方案进行修改,并反复进行分析和修改,直 到达到设计要求为止。具体步骤如图 1所示。 4　注塑模 CAE分析中的几何造型 在用计算机辅助分析软件对注塑模具进行 流动模拟分析时的重点和难点是建立塑料制件 的三维几何模型。用于 CA E分析的塑料制件 的三维几何模型不同于采用常用的 CA E软件 (例如 AU TO CAD软件)所建立的三维立体模 型。在 CA E分析中,塑料制件的几何模型是利 用塑料制件的中型面来代替具有厚度的塑料制 件的 图 1　注塑模 CA E流程 真实立体图形,塑料制件的厚度作为原始数据 被储存在分析程序中。因此,用这种造型功能建 立的塑料制件的几何模