CAE技术在塑料模具设计中的应用.docx

CAD/CAE技术在塑料模具设计中的应用摘要:通过对计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)技术的介绍,较全面地阐述了CAD/CAE技术在塑料模具设计中的应用。关键词:计算机辅助设计技术计算机辅助工程技术塑料模具设计塑料产品一般采用模塑成型方法生产,因而塑料模具已成为一种重要的生产工艺装备,在国民经济中起着越来越重要的作用。随着塑料产品在家电、电子、机械等产品和日常用品中的越来越广泛应用,对塑料模具的设计和制造的要求也越来越高。传统的手工设计与制造方式早已满足不了生产发展的需要。计算机辅助设计/计算机辅助工程(CAD/CAM)技术的发展正适应了这种客观实际的要求。1塑料模具CAD技术111CAD软件简介11111Pro/Engineer软件Pro/Engineer由美国参数技术公司推出的CAD/CAM系统,该软件是通过一种独特的、参数化的基于特征的实体模型设计而发展起来的机械设计自动化(MDA)软件。Pro/Engineer具有强大和独特的功能,主要表现在如下2个方面。一方面,Pro/Engineer所拥有的参数方法和基于特征的功能给工程师提供了前所未有的方便和灵活。另一方面,Pro/Engineer所具有的独特的数据结构提供了从产品的设计到制造过程的全相关性,任何一处的修改会引起其他有关地方的自动修改。Pro/Engineer的主要功能有:部件设计;装配设计;工程制图;NC加工和切削模拟;注射流动模拟。Pro/EngineerMOLDESIGN模块的出现使PTC彻底完成了塑料模设计自动化,大大提高了模具设计的效率。11112UGⅡ软件UGⅡ(UnigraphicsⅡ)软件起源于美国麦道飞机公司自行开发的UGⅠCAD/CAM系统,它以CAD/CAM一体化而著称,具有三维实体建模、装配建模,生成直观可视的数字虚拟产品,并对其进行运动分析、干涉检查、仿真运动及载荷分析。UGⅡ主要功能有:参数化或传统的实体造型及丰富的曲面造型;工程制图,可由实体模型自动产生;装配件的设计,采用自上而下或自下而上的方式;CAE分析功能;NC自动编程覆盖从钻孔到5轴铣削加工的所有范围、干涉检查等UGⅡ具有良好的2次开发环境和数据交换能力。2塑料模具CAE技术CAE技术的运用CAE(ComputerAidedExecution)技术即计算机辅助工程技术,它是计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)技术向纵深方向发展的要求。21111注射成型在注射模CAE技术中,可作充模流动、保压、冷却及翘曲变形等分析[1,2]。充模流动分析主要可以作:优化浇注系统,包括在平衡流动的基础上确定合理的流道尺寸、分布及最佳的浇口数量、位置和形状;优化注射工艺参数、流动前沿的分析;熔接线和气穴位置的分析;压力场、温度场和速度场的分析。保压过程是指为了得到满意的制品,在充模结束时仍需在较高的保压压力的作用下向型腔内继续注料,以弥补由于温度、压力变化造成的体积收缩。保压过程的实质是补料,主要用于预测熔体在型腔补料与压实过程的压力场、温度场,计算体积收缩和型腔剪切应力及密度变化的情况。冷却过程中熔融塑料发生固化,固化过程中放出的热量通过模具由冷却介质带走。该过程中模具型腔温度的高低及均匀性直接影响到注塑件的生产效率和质量。其主要设计参数包括:冷却管道的尺收稿日期:2003-09-23。作者简介:张春吉,青岛科技大学机电工程学院在读硕士研究生,主要从事聚合物加工机械及计算机模拟方面的研究。寸、位置及各冷却管道的连接关系等几何参数和冷却介质的流量、进口温度等物理参数。一个好的冷却系统应该使模具达到快速、均衡地冷却,以减少冷却时间,提高成型效率,并减少或避免塑件翘曲变形、残余应力及表面质量缺陷等,提高产品质量。翘曲变形分析是应用力学的基本原理及有限元/有限差分等数值算法,计算塑件的成型尺寸及变形量。21112气体辅助注射成型气体辅助注射成型是在传统注射成型的基础上发展起来的一种创新的注射成型工艺。其特点在于:在充填阶段,当型腔熔体充填至70%～90%时,向型腔内注入高压气体,并使气体进入型腔;在保压阶段,继续注入高压气体,以弥补因熔体冷却而引起的收缩。由于气体、熔体两种性质完全不同物质的动力学的相互作用,使得成型过程的模拟非常复杂。控制方程采用非牛顿流体非等温下的Hele-Shaw流动,但假设在气熔界面气体、熔体两相介质不混合。这样,流场的求解变为对熔体流动方程的求解,仅在气熔界面上加上气体压力的边界条件。一般采用粒子跟踪法或控制气体法确定气熔界面。利用气体辅助设计成型过程的CAE技术,可以解决下列问题:发现气体、气穴冲透等潜在的质量问题;确定熔体的最优体积、注入气体的最佳切入时间等工艺参数;获得多型腔系统在整个加工过程中的物料及气体分布;优化流道、浇注系统的尺寸、布置