论文部分内容阅读
摘 要：文章应用CAE技术对同一塑件两种冷却方案进行模拟分析，以冻结时间、总体变形量为研究对象。结果表明不同冷却方案研究对象数值不同，通过数据比较，直观得到优化方案。避免了在试模时反复修正的传统设计方法不足，缩短了模具的生产周期，降低了生产成本。
关键词：CAE；注射模；冷却系统；塑件
中图分类号：TQ320.52 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）05-0009-02
注射模设计中冷却系统设计的合理与否对塑件的质量影响非常大，冷却不足、过冷却等都直接影响塑件的表面质量、机械性能和结晶度等，也决定了塑件成型的周期，直接影响产品的成本。因此冷却系统布局的合理性直接关系到冷却效果，合理开设冷却管道显得尤为重要。尤其是对于形状不规则的塑件，其冷却系统的创建更加不容易确定，而应用了CAE技术，将使得这一过程变得比较容易。
1 依赖经验与应用CAE技术的冷却系统设计
1.1 依赖经验的冷却系统设计
在进行冷却系统设计时，往往大量应用经验公式、经验规则等。如，在进行冷却水体积流量的计算时，就忽略了塑料树脂传给模具的热量，这些热量通过自然对流、辐射的形式散发到空气中。同时，也忽略了模具传导给注射机的热量。在确定水孔直径、冷却回路长度、回路的布置后，其冷却效果如何只有通过多次的试模才能进行验证，往往需要进行多次修正。影响了模具的生产周期，提高了生产成本。
1.2 应用CAE技术的冷却系统设计
应用CAE技术能够综合分析冷却系统对塑料树脂流动过程的影响，分析结果可以直观得到塑件的表面温度、冷凝时间、冷却液的温度（流动速度）、水孔壁温度等。通过这些数据可以进一步优化和改进冷却管路的布局和工作条件。COOL与FLOW相结合，可以产生十分完美的动态注塑过程分析。这样可以改善冷却管路的设计，从而产生均匀的冷却，并由此缩短成型周期，减少产品成型后的内应力。
2 基于CAE技术的冷却系统设计实例
本例采用图1所示的按钮来说明基于CAE技术的注射模冷却系统设计过程。该塑件材料为Cycolac PS-507（ABS），上部为圆形平面，较厚，下部为深腔，壁厚稍薄，整体形状不规则，外观质量要求较高。
对这类塑件设计冷却系统，很容易顾此失彼，从而导致塑件或变形较大，或冷却不均。因此，对整个塑件的均匀冷却是冷却系统设计的难题。
2.1 浇口位置分析
浇口开设的位置对塑件的成型性能及成型质量影响很大，因此，合理选择浇口的开设位置是提高塑件质量的一个重要设计环节。选择浇口位置时，需要根据塑件的结构与工艺特征和成型的质量要求，并分析塑料原材料的工艺特性与塑料熔体在模内的流动状态、成型的工艺条件，综合进行考虑。用CAE流动分析，可以容易找到该塑件的理想浇口位置，并预测可能出现的各种缺陷。塑件经网格划分，并进行网格处理后，如图2所示。现采用的成型工艺参数为：熔体温度210 ℃，模具表面温度60 ℃。经软件计算分析，该塑件最佳的浇口位于塑件深腔的底部。如图3蓝色区域所示。经过分析，该塑件采用潜伏式浇口，并采用一模两腔平衡式布置形式。
2.2 冷却系统设计
冷却方案一。主要参数为：冷却水道直径6 mm，水道与塑件间距为10 mm，6条水道，水道中心间距为20 mm，超出塑件之外距离为30 mm。经CAE分析可得塑件最长冻结时间为33.7 s，如图4所示。最大变形量为0.248 mm，如图5所示。
冷却方案二。根据塑件的结构特点，采用的主要参数为：冷却水道直径8 mm，水道与塑件间距为10 mm，上表面设置6条水道，下表面设置8条水道，水道中心间距为20 mm，超出塑件之外距离为30 mm。经分析可得塑件最长冻结时间为27.21 s秒，如图6所示。最大变形量为0.228 mm，如图7所示。
2.3 实验结果分析比较
经过分析，数据直观表明：方案二对塑件的冷却时间可缩短6.5 s，提高了生产效率。而塑件的变形量是以所有变形前的节点为参照，显示模型变形后的形态。多种因素可以引起变形，这里只考虑了冷却等各种因素综合作用引起的总变形量，方案二最大变形量降低了0.02 mm，提高了塑件的精度。
3 结 语
应用CAE技术对注射模设计中的冷却方案进行模拟分析，直观反映各方案塑件的冷冻时间、变形量等重要参数，为设计方案的优化提供了重要参考，从而缩短了模具设计制造周期，提高了企业的经济效益。
参考文献：
[1] 王树勋.基于CAE分析的注塑模具浇口位置研究[J].制造业自动化，2011，（3）.
[2] 王宏松.CAE在注塑及其数字化设计中的应用[J].九江职业技术学院学报，2011，（1）.
[3] 袁飞.基于UG Moldwizard的汽车散热器隔栅注射模具设计[J].装备制造技术，2010，（12）.
[4] 王卫兵.Moldflow中文版注塑流动分析案例导航与视频教程[M].北京：清华大学出版社，2008.
[5] 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计[M].北京：高等教育出版社，2005.
[6] 江毅.基于MPI的浇道系统优化设计[J].科技信息，2009，（18）.
关键词：CAE；注射模；冷却系统；塑件
中图分类号：TQ320.52 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）05-0009-02
注射模设计中冷却系统设计的合理与否对塑件的质量影响非常大，冷却不足、过冷却等都直接影响塑件的表面质量、机械性能和结晶度等，也决定了塑件成型的周期，直接影响产品的成本。因此冷却系统布局的合理性直接关系到冷却效果，合理开设冷却管道显得尤为重要。尤其是对于形状不规则的塑件，其冷却系统的创建更加不容易确定，而应用了CAE技术，将使得这一过程变得比较容易。
1 依赖经验与应用CAE技术的冷却系统设计
1.1 依赖经验的冷却系统设计
在进行冷却系统设计时，往往大量应用经验公式、经验规则等。如，在进行冷却水体积流量的计算时，就忽略了塑料树脂传给模具的热量，这些热量通过自然对流、辐射的形式散发到空气中。同时，也忽略了模具传导给注射机的热量。在确定水孔直径、冷却回路长度、回路的布置后，其冷却效果如何只有通过多次的试模才能进行验证，往往需要进行多次修正。影响了模具的生产周期，提高了生产成本。
1.2 应用CAE技术的冷却系统设计
应用CAE技术能够综合分析冷却系统对塑料树脂流动过程的影响，分析结果可以直观得到塑件的表面温度、冷凝时间、冷却液的温度（流动速度）、水孔壁温度等。通过这些数据可以进一步优化和改进冷却管路的布局和工作条件。COOL与FLOW相结合，可以产生十分完美的动态注塑过程分析。这样可以改善冷却管路的设计，从而产生均匀的冷却，并由此缩短成型周期，减少产品成型后的内应力。
2 基于CAE技术的冷却系统设计实例
本例采用图1所示的按钮来说明基于CAE技术的注射模冷却系统设计过程。该塑件材料为Cycolac PS-507（ABS），上部为圆形平面，较厚，下部为深腔，壁厚稍薄，整体形状不规则，外观质量要求较高。
对这类塑件设计冷却系统，很容易顾此失彼，从而导致塑件或变形较大，或冷却不均。因此，对整个塑件的均匀冷却是冷却系统设计的难题。
2.1 浇口位置分析
浇口开设的位置对塑件的成型性能及成型质量影响很大，因此，合理选择浇口的开设位置是提高塑件质量的一个重要设计环节。选择浇口位置时，需要根据塑件的结构与工艺特征和成型的质量要求，并分析塑料原材料的工艺特性与塑料熔体在模内的流动状态、成型的工艺条件，综合进行考虑。用CAE流动分析，可以容易找到该塑件的理想浇口位置，并预测可能出现的各种缺陷。塑件经网格划分，并进行网格处理后，如图2所示。现采用的成型工艺参数为：熔体温度210 ℃，模具表面温度60 ℃。经软件计算分析，该塑件最佳的浇口位于塑件深腔的底部。如图3蓝色区域所示。经过分析，该塑件采用潜伏式浇口，并采用一模两腔平衡式布置形式。
2.2 冷却系统设计
冷却方案一。主要参数为：冷却水道直径6 mm，水道与塑件间距为10 mm，6条水道，水道中心间距为20 mm，超出塑件之外距离为30 mm。经CAE分析可得塑件最长冻结时间为33.7 s，如图4所示。最大变形量为0.248 mm，如图5所示。
冷却方案二。根据塑件的结构特点，采用的主要参数为：冷却水道直径8 mm，水道与塑件间距为10 mm，上表面设置6条水道，下表面设置8条水道，水道中心间距为20 mm，超出塑件之外距离为30 mm。经分析可得塑件最长冻结时间为27.21 s秒，如图6所示。最大变形量为0.228 mm，如图7所示。
2.3 实验结果分析比较
经过分析，数据直观表明：方案二对塑件的冷却时间可缩短6.5 s，提高了生产效率。而塑件的变形量是以所有变形前的节点为参照，显示模型变形后的形态。多种因素可以引起变形，这里只考虑了冷却等各种因素综合作用引起的总变形量，方案二最大变形量降低了0.02 mm，提高了塑件的精度。
3 结 语
应用CAE技术对注射模设计中的冷却方案进行模拟分析，直观反映各方案塑件的冷冻时间、变形量等重要参数，为设计方案的优化提供了重要参考，从而缩短了模具设计制造周期，提高了企业的经济效益。
参考文献：
[1] 王树勋.基于CAE分析的注塑模具浇口位置研究[J].制造业自动化，2011，（3）.
[2] 王宏松.CAE在注塑及其数字化设计中的应用[J].九江职业技术学院学报，2011，（1）.
[3] 袁飞.基于UG Moldwizard的汽车散热器隔栅注射模具设计[J].装备制造技术，2010，（12）.
[4] 王卫兵.Moldflow中文版注塑流动分析案例导航与视频教程[M].北京：清华大学出版社，2008.
[5] 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计[M].北京：高等教育出版社，2005.
[6] 江毅.基于MPI的浇道系统优化设计[J].科技信息，2009，（18）.