前言

　　塑料作為高分子化學和材料科學發(fā)展的重要成果鸭限，早已為人們熟悉蜕径，塑料產品已經成為人類生產和生活中不可缺少的重要組成部分。多年來里覆，塑料產品制造業(yè)一直在迅速發(fā)展丧荐，而當前全球范圍的以塑料代替金屬的趨勢又進一步加速了這一發(fā)展速度。塑料產品一般采用模塑成型方法生產哮瓦，因而塑料模具早已成為一種重要的生產工藝裝備圣辩，在國民經濟中起著越來越重要的作用。隨著塑料產品在家電岛盗、電子等產品和日常用品中的越來越廣泛應用匆罗，對塑料模具的設計和制造的要求也越來越高。傳統(tǒng)的手工設計與制造方式早已滿足不了生產發(fā)展的需要萄尽。CAD/CAM的發(fā)展正適應了這種客觀實際要求记辖。CAD/CAM可以顯著提高塑料產品和塑料模具的設計制造效率，提高設計制造質量倡照，減少試模修模時間苗圃，從而縮短從塑料產品設計、模具設計声屯、模具制造到進行產品模塑生產的整個周期惫饲。

　　一、塑料模具CAD

　　CAD是設計人員和計算機的有機結合去园、發(fā)揮各自特長的新型設計方法裤础。即設計人員在設計過程中，充分發(fā)揮計算機的強大運算功能蜓谋、信息存儲與快速查找的能力梦皮，完成信息管理、數(shù)值計算、分析模擬剑肯、優(yōu)化設計和繪圖等任務而設計人員集中精力進行有效的創(chuàng)造性思維捧毛，從而更好地完成從設計方案的提出、評價退子、分析模擬與修改到具體設計實施的全過程岖妄。

　　CAD的發(fā)展大致經過：電子圖板系統(tǒng)(二維計算機繪圖技術)、曲面造型系統(tǒng)寂祥、實體造型技術、參數(shù)化技術和變量化技術七兜。電子圖板系統(tǒng)是用傳統(tǒng)的三視圖方法來表達零件丸凭，以圖紙為媒介進行技術交流。曲面造型系統(tǒng)是開發(fā)者在二維繪圖系統(tǒng)的基礎上腕铸，采用貝賽爾算法惜犀，推出三維曲面造型系統(tǒng)，它是CAD的第一次革命裂体。實體造型技術可準確表達零件的質量势纺、重心、慣性距等特征息队，它的普及應用標志著CAD的發(fā)展史上的第二次革命演茂，代表著未來CAD的發(fā)展方向。參數(shù)化技術是一種比無約束自由制造更新穎更好的算法沿硕，它的特點是：基于特征件银、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關依特、尺寸驅動設計修改郊片。參數(shù)化技術的應用主導了cAD發(fā)展史上的第三次革命。由于“全尺寸約束″這一硬性規(guī)定干擾和制約了設計者的創(chuàng)造力及想象力契畔，在設計中關鍵形體的拓撲關系發(fā)生改變焚惰，失去了某些約束的特征就會造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)混亂，因而提出了以參數(shù)化技術為藍本的更先進的實體造型—變量化技術课丢。

　　二蛆存、塑料模具CAE

　　CAE ( Computer Aided Execution)(31即計算機輔助工程技術，它的出現(xiàn)是計算機輔助設計/計算機輔助制造(CAD/CAM )技術向縱深方向發(fā)展的要求碰缔。一般M為它是一個包含數(shù)值計算技術账劲、數(shù)據(jù)庫、計算機圖形學金抡、工程分析與仿真等在內的一個綜合性軟件系統(tǒng)瀑焦，其核心技術是工程問題的模型化和數(shù)值實現(xiàn)方法。就塑料模具計算機輔助工程技術而言，它主要是利用高分子流變學榛瓮、傳熱學铺董、數(shù)值計算方法和計算機圖形學等基本理論，對塑料成型過程進行數(shù)值模擬禀晓，在模具制造之前就可以形象精续、直觀地在計算機屏幕上模擬實際成型過程，預測模具設計和成型條件對產品的影響粹懒，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的缺陷重付，為判斷模具設計和成型條件是否合理提供科學的依據(jù)。隨著計算機技術的快速發(fā)展凫乖，對各種塑料　成型過程的模擬成為塑料加工業(yè)研究的熱點涵店。下面介紹一下CAE技術在注射成型和氣體輔助注射成型中的應用。

　∠谟怠（一）注射成型

　　在注射模CAE中卫跺，可作充模流動、保壓肯窜、冷卻及翹曲變形等分析钥忌。

　　充模流動分析主要可以作以下工作:優(yōu)化澆注系統(tǒng)，包括在平衡流動的基礎上確定合理的流道尺寸纹茫、分布及最佳的澆口數(shù)量虏爸、位置和形狀;優(yōu)化注射工藝參數(shù)、流動前沿的分析;熔接線和氣穴位置的分析;壓力場灿西、溫度場和速度場的分析挑明。

　　保壓過程是指為了得到滿意的制品，在充模結束時仍需在較高的保壓壓力的作用下向型腔內繼續(xù)注料善婉，以彌補由于溫度沪翔、壓力變化造成的體積收縮。保壓過程的實質是補料抄瓦，主要用于預測熔體在型腔補料與壓實過程的壓力場潮瓶、溫度場，計算體積收縮和型腔剪切應力及密度變化的情況钙姊。

　　冷卻過程中熔融塑料發(fā)生固化毯辅，固化過程中放出的熱量通過模具由冷卻介質帶走。該過程中模具型腔溫度的高低及均勻性直接影響到注塑件的生產效率和質量煞额。萇主要設計參數(shù)包括:冷卻思恐，管道的尺寸、位置及各冷tp管道的連接關系等幾何參數(shù)和冷卻介質的流量膊毁、進口溫度等物理參數(shù)胀莹。一個好的冷卻系統(tǒng)應該使模具達到快速基跑、均衡的冷卻，以減少冷卻時間描焰，提高成型效率媳否，并減少或避免塑件翹曲變形、殘余應力及表面質量缺陷等荆秦，提高產品質量篱竭。翹曲變形分析是應用力學的基本原理及有限元/有IsW差分等數(shù)值算法，計算塑件的成型尺寸及變形量蚜宠。

　±迓摇（二）氣體輔助注射成型

　　氣體輔助注射成型是在傳統(tǒng)注射成型的基礎上發(fā)展起來的一種創(chuàng)新的注射成型工藝。其特點在于:在充填階段处膛，向型腔內注入高壓氣體;在保壓階段坚呜，繼續(xù)注入高壓氣體，以彌補因　熔體冷卻而引起的收縮胆抓。

　　由于氣體、熔體這兩種性質完全不同的物質動力　學相互作用暴既，使得成型過程的模擬非常復雜辽察。控制方程　采用非牛頓流體非等溫下的Hele—Shaw流動磁饮，但假設在氣熔界面腰步，認為氣體、熔體兩相介質不混合减少。這樣堆鸦，流　場的求解變?yōu)閷θ垠w流動方程的求解，僅在氣熔界面上力口上氣體壓力的邊界條件填抬。一般采用粒子跟蹤法或控制氣體法確定氣熔界面烛芬。

　　用氣體輔助設計成型過程的CAE技術，可以解　決下列問題:發(fā)現(xiàn)氣體飒责、氣穴沖透等潛在的質量問題;　確定熔體的最優(yōu)體積赘娄、注人氣體的最佳切入時間等工藝參數(shù);獲得多型腔系統(tǒng)在整個加工過程中的物料及　氣體分布;優(yōu)化流道、澆注系統(tǒng)的尺寸宏蛉、布置方案等遣臼。

　　三、 CAE軟件簡介

　　MF軟件是由一家專門從事塑料計算機輔助工程分析(CAE)的軟件和咨詢公司(MOLDFLO~)開發(fā)的拾并。MOLDFLO~軟件可以模擬整個注射過程以及這一過　程對注射成型產品的影響揍堰。它主要包括流動模擬模塊(MF~Flow)、冷卻模擬模塊( MF/Cool )嗅义、保壓分析模塊(MFIPack )屏歹、翹曲分析模塊( MFl9Crrap )、MF/SHRINK模腔尺寸確定、MF/STRESS結構應力分析西采、MF/O~M注塑機參數(shù)優(yōu)化凰萨、MF/GAS氣體輔助注射分析、MF/FIBER塑件纖維取向分析等模塊眠便，通過模擬與分析可以判斷模具結構的合理性和成型工藝參數(shù)的適宜性笤碍。最新版本可以自動建立和運行一系列的分析，分析結束后其便，分析結構將自動生成支赖。

　　四、CAD/CAE設計模具的一般步驟

　　塑料模的型腔和型芯是根據(jù)塑件的幾何形狀設計的蘑杭，因此访跪，設計時第一步是對塑件的形狀進行描述，將塑件的三位模型在計算機中準確地建立起來宛办，使它成為模具設計整個過程的基礎和依據(jù)化威。然后進行模具方案的初步設計，設計模具的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)属荤，利用CAE軟件作模流分析肪误，從而優(yōu)化模具結構設計，根據(jù)分析結果對澆注就初、冷卻系統(tǒng)進行修正郎闹。將塑件三維模型加入收縮比即可得到模具成型零件三維模型。將其與模具配合零件(如鑲塊奈辰、抽芯等)的三維模型裝配進行干涉檢查栏妖。對裝配模型進行投影、剖切等操作即可得到模具總裝圖奖恰，對模具成型零件進行相同的操作即可得到相應的二維工程圖吊趾。模具成型零件的三維模型可用于CAM以產生NC加工程序。

　　五房官、結束語

　　目前趾徽，塑料模具設計、制造一般采用通用機械的CAD/CAM軟件與專用塑料模CAE軟件相結合翰守。開發(fā)與推廣專用模具CAD軟件是面臨的一個課題孵奶。CAE分析只能在設定條件下對塑料成型過程進行模擬，還不能對分析結果進行優(yōu)化蜡峰，更不能對設計過程作專家指導了袁。集成專用的塑料模具CAD/CAE軟件，提高其智能化程度湿颅，是塑料模CAD/CAE技術發(fā)展的趨勢载绿。

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