浅谈基于CAE的注塑模具结构优化设计

(整期优先)网络出版时间:2023-12-04
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浅谈基于CAE的注塑模具结构优化设计

李光伦

贵州振华华联电子有限公司  贵州凯里  556000

摘要:为进一步缩短模具研发周期,管控模具成本,切实提升模具的实用性,使其满足经济发展与社会生活的需求。相关企业在研发以及生产环节,逐步转换思路,投入大量资源,进行技术升级,以技术优化模具产业的优化。文章以CAE技术作为研究框架,从多个角度出发,探讨注塑模具结构优化的基本方法,旨在为后续相关实践活动的开展提供方向性引导。

关键词:CAE;注塑模具;结构;优化设计;

引言

CAE技术的关键在于对结构进行离散,把真实的结构分解成若干个规则的集合。采用注塑成型 CAE技术,在注塑成型前,通过对注塑成型过程中的工艺参数进行仿真,从而获得符合工程要求的产品力学特性。通过对注塑设备进行试验和修模的常规方法的研究,实现对产品结构的合理优化。

1.利用CAE技术进行模具注塑的应用现状

CAE技术在国际上已有很长的使用时间,早在五十年代就由美国的科研人员采用了数值模拟的手段。通过不断地对高分子材料进行优化、设计,改进注塑模具技术。二十世纪八十年代, CAE注塑模具工艺逐渐完善,采用了有限元、界面元等方法,在注塑模具中得到了很好的运用。澳大利亚、美国、德国等国家也相继开发了相关的计算机辅助设计程序,对 CAE技术进行了成型加工。

郑州大学将Z-Mold与 HSCAE相结合用于模具注塑模具,收到了良好的应用结果,但是,目前我国许多企业对 CAE的关注还不够,致使许多模具厂商还在沿用传统的注塑模具方法。并没有起到应有的效果。而且,我国在 CAE领域的软件开发主要依靠国家的资金,很少有公司可以自行进行相应的研发工作,这就使得注塑模具的工作难以得到提升,在营销上也没有得到很好的效果。这是制约 CAE技术推广的主要原因之一。

2.CAE技术框架下注塑模具结构优化设计方法

在 CAE技术的指导下,为了保证工艺的实施,提高工艺的质量,对注射模的设计进行了深入的研究。因此,必须以相应原理为指导,进行观念的转变,进行方式的革新,促进 CAE与注射模设计工作的有机结合;借助 CAE的先进技术,持续加强注射模的结构优化,真正符合生产的需要。

从目前国内的模具工业发展状况来看,大部分的模具企业对 CAE的运用还不够深入,只把CAE的运用停留在了模具注射成形上。比如 MoldFlow等通用的 CAE技术软件种类,在经历了长时间的技术积累和不断升级之后,CAE的水平越来越高,软件的功能也越来越完备;就拿MoldFlow来说,该系统具有很强的能力,使得在模具的开发过程中,员工能够在该程序中工作;对产品的流动性,冷却性,收缩性能进行分析;在此基础上,使工程人员能够快速准确地完成各种类型的建模工作。在进行注塑模具模的结构优化时,技师们应该按照科学和实际的原理,主动地改变自己的工作思维,把注射模的结构优化和CAE技术相融合。扩展CAE技术在工程中的运用。比如,在对注射模的结构进行设计时,工程师可以利用MoldFlow中的各种函数,对注射模的内部结构进行调节和优化。比如,在内部结构的优化方面,通过软件中的流量分析函数,可以将塑胶溶液在注射工艺中的流动状况进行整理,并按照该流程进行。根据得到的有关资料,以此为突破口,在注射模的结构设计中,调节模腔内的压力和温度等工艺条件;通过对注射模内空穴的定位等进行了最优设计,保证了组织的顺利进行。由于注射模在降温时对其内部的组织产生了不同程度的变化,从而导致了其内部的组织变化,从而降低了其结构强度和工作寿命。针对这种状况,在注射模的优化过程中,技术师利用散热解析函数,对注射模的整体冷却过程进行梳理和评价;在此基础上,通过对注塑模具过程中管路数目、布置位置和工艺条件的调节,形成一套完善的注塑模具冷却机理,为注塑模具工艺设计提供理论依据。

在塑模具结构优化设计时,工程师也可以借助CAE的收缩和翘曲分析评价功能,从整体上对注射模结构在冷却时的各结构的收缩变形和状态进行全面的计算。在此基础上,提出了相应的工艺措施,使注射模结构的收缩变形达到了合理的水平。与此同时,在对注射模结构进行整体优化的过程中,模具制造公司还应该进行硬件的引入和软件的更新,使公司内建立起一套完善的技术系统,为进行注射模结构的优化工作打下良好的基础。加强对人才的引进和培养,通过引入专业人才或有计划地进行有关的培训,让科技人员的职业素质得到极大的提升,让他们有相应的理论和技能支撑;促进注射模结构优化工作有序进行。

3.CAE技术在注塑模具中的主要应用

3.1优化塑料制品设计

利用计算机辅助设计软件对零件进行总体结构进行总体结构的设计,并利用 CAE软件对零件进行结构分析,并对其进行可行性评价和最优设计。帮助设计人员改善产品外形,设计合理的壁厚,选择最佳成形特性的塑胶制品。利用该方法,可使零件在电脑上直观地展示产品的外形,并可对其进行机械特性的测试。塑胶制品的壁厚尺寸及结构设计对塑胶制品的成形及品质有很大的影响,若仅凭设计人员的经验,不但费时费力,而且设计出来的制品也不尽合理。CAE技术可以对产品在外部载荷作用下的力学特性进行研究,并对载荷和温度下的应力和变形进行预测,从而获得产品的应力和刚度设计方案。

3.2模具设计的重要工具

(1)确定模具浇注系统方案

注塑成型工艺直接影响着注塑产品的成型质量和使用寿命,因此,选择合适的注塑工艺是注塑成型过程中的一个关键环节,也是注塑成型 CAE分析的基础。依据制品及塑料的材料特性及工艺参数,建立 CAE流动模型,对塑料在模腔内的流动进行仿真,从充模时间、充模结果等角度观察充模流动的合理性及熔接痕的位置,保证充注量平衡,使塑料能够均匀、同时填充到制品的各个部分。通过对模具进行保压、冷却及变形的模拟,对模具进行质量检测,对流道进行优化设计,确定最佳的浇口位置和形状,获得合适的型腔布置,型腔壁厚,材料填充和保压的工艺参数。通过对不同浇注系统的分析比较,选择模具浇注系统的最佳设计方案。

(2)塑料模结构分析

在对产品品质的不断提升以及现代造型工艺的不断进步下,模具的开发已不再满足于单纯地进行产品的开发,而是要运用现代的设计手段来对产品进行多种性能的研究,以验证其设计的合理性。然后利用 CAE软件对其各项性能进行测试,最后根据性能指标和经济指标,选择合适的模具。CAE软件在注塑模的设计中,可以实现对注塑模的真实工作状态的仿真,外加外界环境(如限制、负载等),进行模具强度和刚度分析;抗冲击试验模拟,分析随时间变化的载荷对结构的影响,对模具结构提供完整的评估与解决方案。

4.结束语

CAE技术的应用,使得模具设计及参数选择实现更加科学的分析,大大提高模具设计的水平,CAE技术与人工智能的组合将可达到模具设计的自动优化的目标,从而解决因为经验、技巧等原因导致的设计问题,提高模具设计的合理性和产品的质量,对实际生产应用具有重大意义。

参考文献

[1]任玉珠.基于CAE技术的注塑模具高效率设计方法[J].制造业自动化,2018,(5).

[2]罗超,龙侃,王强等.CAE技术在注塑模具上的应用[J].煤矿机械,2020,(5).

[3]任天娟.CAE技术在注塑模具设计中的应用[J].今日湖北(中旬刊),2021,(12).