CN
EN

模具制造

CAE软件应用

2016-12-24

1.CAE设计软件应用
在了解CAE软件功能之前,熟悉塑料加工原理,将模具设计与塑胶加工结合起来,可以减少开模过程中存在的修改设计等问题。
1.1材料流变数据
(1)缩短注射时间,熔体中的剪应变率也会提高,为了充满型腔所需要的注射压力也要提高。
(2)缩短注射时间,熔体中的剪应变率提高,由于塑料熔体的剪切变稀特性,熔体的粘度降低,为了充满型腔所需要的注射压力也要降低。
(3)缩短注射时间,熔体中的剪应变率提高,剪切发热越大,同时因热传导而散失的热量少,因此熔体的温度高,粘度越低,为了充满型腔所需要的注射压力也要降低。 
在3种情况共同作用,充满型腔所需要的注射压力的曲线呈现“U”形。也就是说,存在一个注射时间,此时所需的注射压力最小。
塑料材料的流变参数对注射成型有重要影响,不同的性能参数将导致完全不同的模拟结果。同时,塑料材料的流变性又因品种不同、牌号不同、生产厂家不同、甚至批次不同而差异较大。因此,获得所用材料的准确的流变参数是使用CAE软件的前提条件。在流动模拟中,流变参数主要是确定聚合物的粘度 与熔体压力(P)、温度(T)、剪切速率 之间的关系,其数学模型为:

 
1.2注射模流动模拟软件的作用
注射模流动模拟软件的实用性,它是一种设计工具,能够辅助模具设计者优化模具结构与工艺,指导产品设计者从工艺的角度改进产品形状,选择最佳成型性能的塑料,帮助模具制造者选择合适的注射机,当变更塑料品种时对现有模具的可行性做出判断,分析现有模具设计弊病。使众多用户在模具开发过程中掌控好方法,享受科技带来的优越性,加快模具制造周期。
 
1.3熔体流动前沿动态显示
      三维流动模拟软件能显示熔体从进料口逐渐充满型腔的动态过程,由此可判断熔体的流动是否较理想的单项流形式(简单流动)(复杂流动成型不稳定,容易出现次品)。各个流动分支是否在同时充满型腔的各个角落(流动是否平衡)。若熔体的填充过程不理想,可以改变进料口的尺寸,数量和位置,反复运行流动模拟软件,一直到获得理想的流动形式为止。若仅仅是为了获得较好的流动形式而暂不考察详尽的温度场,应力场的变化,或是初调流道系统,最好是运行简易三维流动分析(等温流动分析),经过几次修改,得到较为满意的流道设计后,再运行非等温三维流动分析。 
       
图a   熔体流动前沿动态显示                                                          图b  型腔压力 
1.4 型腔压力     
在填充过程中最大的型腔压力值能帮助判断在指定的注射机上熔体能否顺利充满型腔(是否短射),何处最可能产生飞边,在各个流动方向上单位长度的压力差(又称压力梯度)是否接近相等(因为最有效的流动形式是沿着每个流动分支熔体的压力梯度相等),是否存在局部过压(容易引起翘曲)。流动模拟软件还能给出在熔体填充模具所需的最大锁模力,以便用户选择注射机。
1.5 熔体温度                              
图c  熔体温度                                                               图d 剪切速率 
流动模拟软件提供型腔内熔体在填充过程中的温度场。可鉴别在填充过程中熔体是否存在着因剪贴发热而形成的局部点(易产生表面黑点、条纹等并引起机械性能下降),判断熔体的温度分布是否均匀(温差太大是引起翘曲的主要原因),判断熔体的平均温度是否太低(引起注射压力增大)。熔体接合点的温度还可帮助判断熔合纹的相对强度。 
1.6 剪切速率 
剪贴速率又称应变速率或者速度梯度。该值对熔体的流动过程影响甚大。实验表明,熔体在剪贴速率为103S-1左右成型,制品的质量最佳。流道处熔体剪贴速率的推荐值约为5*102~5*103S-1,浇口处熔体剪贴速率的推荐值约为104~105S-1 。流动软件能给出不同填充时刻型腔各处的熔体剪切速率,这就有助于用户判断在该设计方案下预测的剪切速率是否与推荐值接近,而且还能判断熔体的最大剪切速率是否超过该材料所允许的极限值。剪切速率过大将使熔体过热,导致聚合物降解或产生熔体破裂等弊病。剪切速率分布不均匀会使熔体各处分子产生不同程度的取向,因而收缩不同,导致制品翘曲。通过调整注射时间可以改变剪切速率。                              
1.7 剪切应力 
                图e   剪切应力                                                                图f 熔合纹/气穴
        剪切应力也是影响制品质量的一个重要因素,制品的残余应力值与熔体的剪切应力值有一定的对应关系,一般,剪切应力值大,残余应力值也大。因此总希望熔体的剪切应力值不要过大,以避免制品翘曲或开裂。熔体在填充型腔时所承受的剪切应力不应超过该材料抗拉强度的1%。 
1.8 熔合纹/气穴
两个流动前沿相遇时形成熔合纹,因而,在多浇口方案中熔合纹不可避免,在单浇口时,由于制品的几何形状以及熔体的流动情况,也会形成熔合纹。熔合纹不仅影响外观,而且为应力集中区,材料结构性能也受到削弱。改变流动条件(如浇口的数目与位置等)可以控制熔合纹的位置,使其处于制品低感光区和应力不敏感区(非“关键”部位)。而气穴为熔体流动推动空气最后聚集的部位,如果该部位排气不畅,就会引起局部过热、气泡、甚至充填不足等缺陷,此时就应该加设排气装置。流动模拟软件可以为用户准确地预测熔合纹和气穴的位置。                                 
1.9多浇口的平衡
当采用多浇口时,来自不同浇口的熔体相互汇合,可能造成流动的停滞和转向(潜流效应),这时各浇口的充填不平衡,影响制品的表面质量及结构的完整性,也得不到理想的简单流动。这种情况应调整浇口的位置。
 
利用CAE软件能够比较准确地对注射成型进行模拟分析,可以解决实际生产中的难题。HSCAE 3DRF软件由于可以接受从任何CAD软件(如Pro/E、UG、AutoCAD等)输出的实体造型,使得CAE中的建模变得十分容易,解决了模具界公认的阻碍CAE推广应用的瓶颈,可尝试使用。