模具設(shè)計的過程一般是這樣的:從用戶那里接到塑料制品圖(可能是二維的屋群，也可能是三維的)，模具設(shè)計工程師根據(jù)產(chǎn)品的類型、特點(diǎn)以及形狀考慮采用合適的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計滩扩，即采用什么樣的模具結(jié)構(gòu)可以成型出該塑料件。在此過程中笆滓，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師還要根據(jù)制品的某些特定要求結(jié)合自己的經(jīng)驗選擇流道類型槽顶、尺寸，澆口類型初肥、數(shù)量昭淋、尺寸、位置并確定分流道的數(shù)量午螺、尺寸等墓枝，以保證所設(shè)計的模具除了結(jié)構(gòu)上合理外，在澆注和冷卻系統(tǒng)方面也是可行的跷它。 

　　顯然容且，模具設(shè)計對于結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師的要求是十分苛刻的。他不僅要具有結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)驗唾诺，還要具有成型材料亮隙、成型工藝方面的諸多知識，或者說垢夹，設(shè)計的成敗在很大程度上依賴于模具設(shè)計者的經(jīng)驗溢吻。即使一個設(shè)計工程師具有很好的模具設(shè)計經(jīng)驗，但是他仍然面臨許多新的問題棚饵，因為實(shí)際中的產(chǎn)品往往是千變?nèi)f化的煤裙。有時候一個細(xì)微的變化或者特定的產(chǎn)品要求可能使得已有經(jīng)驗不可用，或者即使可用但在實(shí)際試模之前噪漾，也無法進(jìn)行有效的驗證硼砰。這導(dǎo)致了模具設(shè)計過程具有明顯的設(shè)計——修正——再設(shè)計的特點(diǎn)且蓬。如何減少該過程中的循環(huán)次數(shù)，使初始設(shè)計應(yīng)達(dá)到或者逼近合用的結(jié)果题翰，這在實(shí)踐中具有重要意義恶阴。

　　CAE分析正是解決上述問題的理想工具。原因是豹障，該工具建立在相對準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)之上冯事，從而可以近似獲得實(shí)際指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的結(jié)果，此外称侣，計算的快捷性使得在實(shí)際試模前嘹挨，可以對于多個澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)進(jìn)行評估直至優(yōu)化，從而達(dá)到縮短設(shè)計和制造周期赁挚，提高質(zhì)量的目的逮弛。

　　本文就CAE分析中注意的幾個問題、做法作一些介紹照腐，并給出一些事例進(jìn)行說明鞋会。

　　(1)明確分析要求和重點(diǎn)。不同的制品贿册，進(jìn)行CAE分析的目的是不同的填杀。對于外觀件，不允許在表面上出現(xiàn)影響外觀的注塑缺陷睦忘，如熔結(jié)痕等;對于非外觀件焦厘，燒結(jié)痕的位置并不重要，但是如果制品具有嚴(yán)格的裝配關(guān)系砖啄，則允許的翹曲和變形量成為追求的主要目標(biāo)跌褂。此外，所有的制品一般都要求能夠滿足平衡流動午磁、均勻填充的要求。實(shí)踐中毡们，同時滿足多種要求是困難的迅皇，多數(shù)情況下是以滿足一個主要的要求為主，在此前提下衙熔，再滿足別的要求登颓。因此在明確分析要求的基礎(chǔ)上，還要分清楚哪些是本次分析的主要要求红氯。

　　確定了分析的要求和重點(diǎn)后框咙，還要初步認(rèn)定修改或者變動哪些參數(shù)。比如說痢甘，影響熔結(jié)痕位置的主要因素是澆口的位置和制品的形狀特點(diǎn)喇嘱，而制品的形狀一般是不允許變動的;影響翹曲和變形量的因素則主要是制品的形狀茉贡，從工藝的角度看，注射壓力過大者铜、保壓時間過長和冷卻不均勻都可以導(dǎo)致翹曲變型過大腔丧。除了制品結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)外，澆口绵颅、流道的尺寸都可以直接影響到型腔內(nèi)的注射壓力曹胚，冷卻水道的尺寸和布置情況則直接影響到冷卻的均勻程度。這些因素又間接地影響到了制品的變形和翹曲忙体。

　　(2)分析制品結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)济谢。使用專業(yè)的CAE分析軟件進(jìn)行注塑流動模擬，首先都要進(jìn)行幾何建模怨级，一般來說情腥，這一過程要花費(fèi)很長的時間。為此惊柱，要對幾何模型作適當(dāng)程度的簡化以縮短建模時間错猬，提高計算效率。目前樱凄，一些CAE軟件已經(jīng)具有從專業(yè)化的CAD軟件中直接輸入實(shí)體模型标炭，再使用該軟件中特定的中性面抽取工具提取中性面進(jìn)行計算的功能，但是在制品的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜時會產(chǎn)生諸多問題戈弧。因此斑卤，簡化對計算結(jié)果影響不顯著的細(xì)節(jié)仍然具有很大的意義。

　　簡化的方法可以根據(jù)專業(yè)化軟件提供的不同功能進(jìn)行潭千。簡化的原則是與整個制品的尺度相比較可以忽略的細(xì)微結(jié)構(gòu)谱姓，距離澆口較遠(yuǎn)或與料流方向相互平行的細(xì)節(jié)也可以忽略。至于網(wǎng)格的劃分刨晴，最好根據(jù)制品的不同結(jié)構(gòu)屉来，在不同的區(qū)域采用不同尺度的網(wǎng)格，以獲得計算精度較高的結(jié)果狈癞，在計算翹曲和變形時尤其如此茄靠。

　　(3)選用恰當(dāng)?shù)淖⑺懿牧稀AE分析結(jié)果的可信程度取決于三個方面:一是計算時采用的熔融狀態(tài)流體的數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確程度如何;二是計算時間的幾何模型同實(shí)際制品的差異大小;三是所采用的注塑材料的數(shù)據(jù)來源是否準(zhǔn)確蝶桶、可靠慨绳。一般來說，由數(shù)學(xué)模型來的誤差在實(shí)踐中是可以接受的真竖，商業(yè)化的CAE分析軟件多年的實(shí)踐考驗證明了這一點(diǎn)脐雪。實(shí)踐證明，只要按照模型簡化原則對模型作適當(dāng)簡化恢共，則由此帶來的對計算誤差也是可以接受的战秋。相反璧亚，如果采用的材料數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，即使幾何模型精確程度再高莱腾，則計算結(jié)果也相差甚遠(yuǎn)诅枚。

　　為此，必須明確用戶選用的制品材料的名稱途陵、牌號妥坦、生產(chǎn)廠商甚至生產(chǎn)批次。實(shí)際中脚们，同種材料生產(chǎn)批次不同帶來的數(shù)據(jù)誤差是可以忽略的房贮，不同廠商生產(chǎn)的同種材料由于配方、工藝等方面的差異鳖路，其材料數(shù)據(jù)可能差別很大殊蜓。同種材料不同牌號的數(shù)據(jù)相差應(yīng)更大了。

　　目前盏萝，國外商業(yè)化的CAE分析軟件都建立了一定數(shù)量的材料數(shù)據(jù)庫寂贱，但其中幾乎不涉及國產(chǎn)材料。顯然澡呼，采用國外的材料數(shù)據(jù)進(jìn)行計算只能得到相當(dāng)粗略的計算結(jié)果滋饲。因此有條件的用戶，可以根據(jù)自己的產(chǎn)品特點(diǎn)喊巍，篩選一些常用的材料進(jìn)行流變參數(shù)實(shí)驗屠缭，在此基礎(chǔ)上可以得到CAE分析的輸入?yún)?shù)，建立起適合本企業(yè)的常用材料數(shù)據(jù)庫崭参。

　　(4)分析結(jié)果的分析與評價呵曹。分析結(jié)果的評估一定要結(jié)合分析的具體要求來進(jìn)行。即是否達(dá)到了本次分析的主要目標(biāo)何暮，如果沒有達(dá)到要根據(jù)模擬結(jié)果尋求新的方案奄喂，包括調(diào)整某些參數(shù)、位置等海洼，然后再進(jìn)行新的模擬砍聊。在尋求新的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)方案前贰军，一定要仔細(xì)分析改善方案或者修正什么參數(shù)才可以使得計算結(jié)果逐步接近分析要求，而不是偏離分析目標(biāo)蟹肘。

　　對于計算結(jié)果的評價一定要綜合考慮词疼，因為最終的模擬結(jié)果往往是多種條件的一個折中，即計算結(jié)果可能“只有更好谅儡，沒有最好”秫丐。這就要求工程技術(shù)人員對于分析結(jié)果有一個綜合的權(quán)衡肯仍。比如，在滿足流動平衡的前提下竹俱，注射壓力可能會大一些景捅，這也會帶來一些問題。但是只要這樣的注射壓力不會帶來過高的剪切速率或者其他注射方面的缺陷摊房，那么可以認(rèn)為該方案是合用的赚懊，此時就可以結(jié)束分析。當(dāng)然昨哑，在時間允許的前提下你朝，對盡可能多的方案進(jìn)行CAE分析對于尋找更為合適的解是最好不過了。分析與評價工作最好由CAE分析人員會同結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師域毡、注塑車間有經(jīng)驗的工藝人員進(jìn)行爪只。

　　(5)正確認(rèn)識CAE分析在模具設(shè)計中的作用。注塑流動的CAE分析可以幫助工程師事先對多個可能的方案進(jìn)行評估考余，從而獲得相對好的澆注系統(tǒng)方案和冷卻系統(tǒng)方案先嬉。但是，不能期望計算結(jié)果和實(shí)際情況吻合的很好楚堤，原因是在進(jìn)行模擬計算時疫蔓，由材料數(shù)據(jù)帶來的誤差、由計算的數(shù)學(xué)模型帶來的誤差以及由幾何模型簡化帶來的誤差使得計算結(jié)果同實(shí)際注塑過程存在一定程度的差異钾军，這種差異隨著上述誤差的增大而顯著增加鳄袍。再加上實(shí)際注射過程的復(fù)雜性，使獲得確定性的分析結(jié)果較為困難吏恭。

　　如果材料數(shù)據(jù)準(zhǔn)確拗小，模型簡化得當(dāng)，獲得比較可信的分析結(jié)果是完全可能的樱哼。此時使用獲得的數(shù)據(jù)作為指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)的工藝數(shù)據(jù)也是有意義的哀九。

　　最后講一下誰來做CAE分析的問題。CAE分析由于涉及材料搅幅、注塑工藝阅束、數(shù)學(xué)、計算機(jī)等多個科學(xué)茄唐，因此對分析工程師的綜合素質(zhì)有一定要求伴严。經(jīng)驗表明，CAE分析人員最好由具有高分子材料學(xué)科背景的工程師來擔(dān)任辐芍」崩總而言之，對于模具結(jié)構(gòu)、注塑工藝令久、材料知識了解越多肥册，現(xiàn)場經(jīng)驗越豐富，那么CAE分析的結(jié)果越可能接近于真實(shí)情況沧唧，對生產(chǎn)的指導(dǎo)性也越大严荷。

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