注射模設(shè)計(jì)中的CAD/CAE技術(shù)應(yīng)用分析

龔光軍

摘要：伴隨著塑料制品的廣泛應(yīng)用，對(duì)塑料制品的制造技術(shù)要求也在不斷提高。CAD/CAE技術(shù)主要是基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而應(yīng)用的一種設(shè)計(jì)方面的技術(shù)，可以通過兩種技術(shù)，在各種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用，并促使設(shè)計(jì)變得更加快捷、直接，同時(shí)對(duì)于設(shè)計(jì)結(jié)果的修改有著明顯的推動(dòng)型作用，能夠?qū)ψ⑸淠＞叩脑O(shè)計(jì)、注射模具的成型進(jìn)行詳細(xì)的分析，從而為注射模的設(shè)計(jì)提供有力的支撐。對(duì)此，該文詳細(xì)分析CAD/CAE技術(shù)在注射模設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：CAD/CAE技術(shù)；注射模；設(shè)計(jì)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）18-0234-02

伴隨著塑料制品的廣泛應(yīng)用，塑料模具的設(shè)計(jì)逐漸成為模具工業(yè)當(dāng)中非常重要的一個(gè)項(xiàng)目。因?yàn)樗芰媳旧淼奶攸c(diǎn)，在人們生活品質(zhì)不斷提升的環(huán)境之下，全新類型、結(jié)構(gòu)的塑料制品層出不窮，這一些制品在其外觀結(jié)構(gòu)方面，及其應(yīng)用要求等方面都存在著一定的要求，傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)以及制造技術(shù)已經(jīng)無法滿足這些制品的生產(chǎn)需求。對(duì)此，為了更好地優(yōu)化注射模的設(shè)計(jì)效果，探討CAD/CAE技術(shù)在注射模的設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具備顯著意義。

1 CAD/CAE技術(shù)在注射模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

CAD也就是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，是借助計(jì)算軟件、硬件系統(tǒng)輔助人對(duì)工程或產(chǎn)品實(shí)行設(shè)計(jì)、繪制以及結(jié)構(gòu)分析等設(shè)計(jì)活動(dòng)的一種通稱。之前，CAD軟件主要是在交互式的繪圖領(lǐng)域當(dāng)中，常用的軟件主要是以CADAM、AutoCAD為主，而CAE軟件主要是計(jì)算機(jī)輔助的工程技術(shù)，一般會(huì)認(rèn)為CAE是應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件，幫助設(shè)計(jì)軟件對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的繁瑣性，優(yōu)化設(shè)計(jì)的整體效果。CAE技術(shù)簡(jiǎn)單而言就是借助預(yù)先明確的方式在應(yīng)用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)塑料件進(jìn)行模擬和描述，從而為用戶提供正確的修正依據(jù)。

1.1 CAD在注射模具當(dāng)中的應(yīng)用

注射模具在CAD當(dāng)中主要是采用Pro/Engineer軟件為主，并將其應(yīng)用在模具的設(shè)計(jì)、開發(fā)當(dāng)中，Pro/Engineer這一軟件可以在參數(shù)方面進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，促使設(shè)計(jì)的結(jié)果更為可靠。CAD方面大多數(shù)軟件，基本上都能夠基于特征實(shí)現(xiàn)模型的實(shí)體化分析，設(shè)計(jì)人員能夠應(yīng)用具體的智能特性在基于特征的功能方面實(shí)現(xiàn)模型的生成，同時(shí)可以對(duì)塑料制品實(shí)現(xiàn)三維造型的設(shè)計(jì)目的。通過Pro/E軟件在Mold design模塊的應(yīng)用中可以實(shí)現(xiàn)模具元件的抽取以及分型面的定義等，其主要是應(yīng)用在整個(gè)模具設(shè)計(jì)中某個(gè)冷卻系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)、零件等方面的細(xì)節(jié)化設(shè)計(jì)，通過Pro/E軟件的布局以及裝配功能，能夠?qū)崿F(xiàn)模具的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并通過軟件直接獲得整個(gè)設(shè)計(jì)的結(jié)果結(jié)構(gòu)圖以及二維的加工圖等，完成具體的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。在這一過程中，可以應(yīng)用Pro/E軟件的外掛軟件EMX 4.0對(duì)模具的進(jìn)行導(dǎo)入，同時(shí)提高設(shè)計(jì)的便捷性以及效率，另外在后期修改時(shí)可以更快捷。對(duì)此，要求每一個(gè)零部件的運(yùn)行有著較高的自由度，不會(huì)存在相互干涉的問題，同時(shí)給予及時(shí)的糾正，降低修模所需要的時(shí)間。Pro/E軟件的這一些功能在注射模具的設(shè)計(jì)方面有著顯著的優(yōu)勢(shì)。

1.2 CAE在注射模具當(dāng)中的應(yīng)用

由于計(jì)算機(jī)可以針對(duì)整個(gè)注塑成型過程進(jìn)行多環(huán)境下的若干次模擬，可以更加準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和分析填充的詳細(xì)溶體和冷卻等一系列狀況，而且可以預(yù)先判斷模具在完全加工成型以后的實(shí)際情況，及時(shí)針對(duì)模擬中存在的各種問題進(jìn)行針對(duì)性的處理，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷的形成主要因素以及解決途徑。為模具的設(shè)計(jì)合理性以及成型可能性提供科學(xué)合理的指導(dǎo)，提升一次性試模成功的概率，極大程度減少開發(fā)周期，顯著減少生產(chǎn)成本。目前，廣泛使用的塑料成型模具應(yīng)用軟件都是Mold flow軟件公司研發(fā)的Mold flow軟件。在Mold flow軟件的應(yīng)用中，其主要包含三個(gè)方面，分別為產(chǎn)品優(yōu)化顧問（Moldflow Plastics Advisers）、注塑成型過程控制專家（Moldlow Plastics Xpert）和注塑成型模擬分析（Moldflow Plastice Insight）。應(yīng)用該軟件，可以極大的優(yōu)化整個(gè)塑料產(chǎn)品的最終效果，并且還可以獲得塑料制品的較低的零件厚度，在制件整體結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化的同時(shí)，減少了材料的應(yīng)用成本，顯著控制生產(chǎn)周期，確保制品能夠得到完整性填充。能夠顯著的提升模具的質(zhì)量，控制模具的修改和調(diào)整次數(shù)。借助Moldflow軟件進(jìn)行注射模具設(shè)計(jì)，還能夠顯著的優(yōu)化注塑工藝的參數(shù)，明確注射壓力的最有參數(shù)，最終保障塑料制品的制造效果最佳化。由此可見，可以使用該軟件來實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，同時(shí)，還可以完善塑料產(chǎn)品的工藝特性。

2注射模設(shè)計(jì)中的CAD/CAE技術(shù)應(yīng)用

2.1 Pro/E軟件在注射模中的應(yīng)用

應(yīng)用Pro/E軟件在模具廠的塑料制品當(dāng)中能夠顯著提升模型的設(shè)計(jì)合理性，以圖1所示的注射模具設(shè)計(jì)作為應(yīng)用案例。圖1便是典型的Pro/E軟件中的三維模型圖，其選擇的材料為ABS。在Pro/E軟件中，按照塑料的特性和材料特點(diǎn)，針對(duì)性進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后生成模具的型腔以及型芯，再設(shè)計(jì)其他的各種輔助零部件，比如澆筑的系統(tǒng)等等。此外，通過CAE分析，來分析澆口、流動(dòng)、冷卻以及翹曲等等內(nèi)容，通過CAE分析之后判斷模具結(jié)構(gòu)是否需要再次進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，明確優(yōu)化、調(diào)整之后的模具結(jié)構(gòu)內(nèi)容等，并將其導(dǎo)人到相應(yīng)的裝配圖。

2.2注塑成型的分析

在應(yīng)用Pro/E平臺(tái)進(jìn)行造型設(shè)計(jì)之后，產(chǎn)品的信息以及模具的相關(guān)信息便可以借助stl的格式文件傳輸?shù)組old flow軟件當(dāng)中，并借助最終的澆口分析，在Mold flow軟件當(dāng)中選擇塑料的具體牌號(hào)以及針對(duì)性的注射溫度、注射壓力、注射機(jī)具體型號(hào)等，并在明確上述內(nèi)容之后開始流動(dòng)、冷卻以及翹曲的分析。

2.2.1最佳澆口設(shè)計(jì)

應(yīng)用Moldflow軟件，可以分析出模具的最佳澆口位置，通過分析確定的澆口位置可以有效避免因?yàn)闈部谖恢貌徽_而導(dǎo)致的注射模缺陷。在運(yùn)用該軟件的時(shí)候，還能夠應(yīng)用網(wǎng)格劃分方法，或者調(diào)整網(wǎng)格大小這些途徑，來適當(dāng)?shù)膬?yōu)化設(shè)計(jì)模具型腔，并設(shè)計(jì)實(shí)際的改進(jìn)內(nèi)容以及分析的參數(shù)等，并選擇具體的成型材料，設(shè)置相應(yīng)的注射參數(shù)等等。圖2為Mold flow軟件在最佳澆口方面的設(shè)計(jì)效果。由圖2可以發(fā)現(xiàn)，最佳的澆口位置已經(jīng)明確，將結(jié)果運(yùn)動(dòng)到澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)當(dāng)中，完成澆筑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2.2.2填充分析

填充分析的結(jié)果主要是應(yīng)用在塑料制品的填充效果合理方面，對(duì)于填充結(jié)果的平衡性，是否能夠完全性填充等進(jìn)行準(zhǔn)確性評(píng)判，從而保障設(shè)計(jì)方案的合理性。通過Mold flow軟件分析之后，填充時(shí)間約為2.152s，如圖3所示。這一分析證明填充的方式可以達(dá)到實(shí)際的施工需求，填充的分析結(jié)果可以作為最佳澆筑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，另外填充的分析結(jié)論也充分展現(xiàn)了澆注系統(tǒng)的整體布局以及設(shè)計(jì)方案的可執(zhí)行特性。

2.2.3冷卻分析

借助冷卻分析結(jié)論分析冷卻系統(tǒng)是否可行，同時(shí)也可以進(jìn)一步的發(fā)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的整體效果，按照冷卻效果計(jì)算出準(zhǔn)確的冷卻時(shí)間，盡可能地降低冷卻所需要的時(shí)間，進(jìn)而縮短單個(gè)注射模的生產(chǎn)周期，從而提升生產(chǎn)的效率，節(jié)省時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。

制件在冷卻過程時(shí)，需要對(duì)制件冷卻的方案、溫度的布局等進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。通過Mold flow軟件可以發(fā)現(xiàn)冷卻水管道的布置情況下的每一個(gè)管道的具體溫度，在明確管道溫度之后，便可以評(píng)判這一冷卻方案的可行性。

2.2.4翹曲分析

借助翹曲分析能夠基本評(píng)判所應(yīng)用的塑料是否會(huì)在生產(chǎn)過程中發(fā)生變形、翹角的問題，想要最大程度的避免翹曲現(xiàn)象，在模具設(shè)計(jì)時(shí)，需要判斷塑料制件的準(zhǔn)確收縮率、冷卻過程中的具體溫度情況等參數(shù)，從而明確控制變形量的具體實(shí)行方式。圖4為塑料件總體翹曲的分析結(jié)果，從圖中可以看出，翹曲變形最大為0.5673mm，最小為0.0729mm。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，該設(shè)計(jì)方案可以滿足要求。

3結(jié)束語

綜上所述，通過CAD/CAE技術(shù)能夠顯著的優(yōu)化注射模的設(shè)計(jì)效果。借助CAE軟件，可以在任何的工藝環(huán)境之下對(duì)注射模進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)為后續(xù)的生產(chǎn)提供指導(dǎo)性的作用，應(yīng)用CAE軟件可以確保整個(gè)設(shè)計(jì)的過程更加可靠且可執(zhí)行，保障模具的結(jié)構(gòu)以及參數(shù)能夠更符合實(shí)際，從而降低試模的時(shí)間，提升設(shè)計(jì)的效率。借助三維的CAD軟件，能夠更好的進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并且能夠從抽象的規(guī)律的二維機(jī)械制圖設(shè)計(jì)形象的轉(zhuǎn)變?yōu)槿S的模型設(shè)計(jì)，不僅提升了模型設(shè)計(jì)的真實(shí)性，還顯著降低了設(shè)計(jì)的周期，更有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)模型當(dāng)中的缺陷，提升設(shè)計(jì)方案的可應(yīng)用性。endprint