CAE技术在注塑模具设计中的应用

CAE技术在注塑模具设计中的应用（精选8篇）

CAE技术在注塑模具设计中的应用 第1篇

模具设计的过程一般是这样的：从用户那里接到塑料制品图(可能是二维的，也可能是三维的)，模具设计工程师根据产品的类型、特点以及形状考虑采用合适的结构进行设计，即采用什么样的模具结构可以成型出该塑料件，在此过程中，结构设计工程师还要根据制品的某些特定要求结合自己的经验选择流道类型、尺寸，浇口类型、数量、尺寸、位置并确定分流道的数量、尺寸等，以保证所设计的模具除了结构上合理外，在浇注和冷却系统方面也是可行的。

显然，模具设计对于结构设计工程师的要求是十分苛刻的。他不仅要具有结构设计的经验，还要具有成型材料、成型工艺方面的诸多知识，或者说，设计的成败在很大程度上依赖于模具设计者的经验。即使一个设计工程师具有很好的模具设计经验，但是他仍然面临许多新的问题，因为实际中的产品往往是千变万化的。有时候一个细微的变化或者特定的产品要求可能使得已有经验不可用，或者即使可用但在实际试模之前，也无法进行有效的验证。这导致了模具设计过程具有明显的设计修正再设计的特点。如何减少该过程中的循环次数，使初始设计应达到或者逼近合用的结果，这在实践中具有重要意义。

CAE分析正是解决上述问题的理想工具。原因是，该工具建立在相对准确的数学模型基础之上，从而可以近似获得实际指导生产实践的结果，此外，计算的快捷性使得在实际试模前，可以对于多个浇注系统和冷却系统进行评估直至优化，从而达到缩短设计和制造周期，提高质量的目的。

本文就CAE分析中注意的几个问题、做法作一些介绍，并给出一些事例进行说明。

(1)明确分析要求和重点。不同的制品，进行CAE分析的目的是不同的。对于外观件，不允许在表面上出现影响外观的注塑缺陷，如熔结痕等;对于非外观件，烧结痕的位置并不重要，但是如果制品具有严格的装配关系，则允许的翘曲和变形量成为追求的主要目标。此外，所有的制品一般都要求能够满足平衡流动、均匀填充的要求。实践中，同时满足多种要求是困难的，多数情况下是以满足一个主要的要求为主，在此前提下，再满足别的要求。因此在明确分析要求的基础上，还要分清楚哪些是本次分析的主要要求。

确定了分析的要求和重点后，还要初步认定修改或者变动哪些参数。比如说，影响熔结痕位置的主要因素是浇口的位置和制品的形状特点，而制品的形状一般是不允许变动的;影响翘曲和变形量的因素则主要是制品的形状，从工艺的角度看，注射压力过大、保压时间过长和冷却不均匀都可以导致翘曲变型过大。除了制品结构本身的特点外，浇口、流道的尺寸都可以直接影响到型腔内的注射压力，冷却水道的尺寸和布置情况则直接影响到冷却的均匀程度。这些因素又间接地影响到了制品的变形和翘曲。

模具设计的过程一般是这样的：从用户那里接到塑料制品图(可能是二维的，也可能是三维的)，模具设计工程师根据产品的类型、特点以及形状考虑采用合适的结构进行设计，即采用什么样的模具结构可以成型出该塑料件。在此过程中，结构设计工程师还要根据制品的某些特定要求结合自己的经验选择流道类型、尺寸，浇口类型、数量、尺寸、位置并确定分流道的数量、尺寸等，以保证所设计的模具除了结构上合理外，在浇注和冷却系统方面也是可行的。

显然，模具设计对于结构设计工程师的要求是十分苛刻的。他不仅要具有结构设计的经验，还要具有成型材料、成型工艺方面的诸多知识，或者说，设计的成败在很大程度上依赖于模具设计者的经验。即使一个设计工程师具有很好的模具设计经验，但是他仍然面临许多新的问题，因为实际中的产品往往是千变万化的。有时候一个细微的变化或者特定的产品要求可能使得已有经验不可用，或者即使可用但在实际试模之前，也无法进行有效的验证。这导致了模具设计过程具有明显的设计修正再设计的特点。如何减少该过程中的循环次数，使初始设计应达到或者逼近合用的结果，这在实践中具有重要意义。

CAE分析正是解决上述问题的理想工具。原因是，该工具建立在相对准确的数学模型基础之上，从而可以近似获得实际指导生产实践的结果，此外，计算的快捷性使得在实际试模前，可以对于多个浇注系统和冷却系统进行评估直至优化，从而达到缩短设计和制造周期，提高质量的目的。

本文就CAE分析中注意的几个问题、做法作一些介绍，并给出一些事例进行说明。

(1)明确分析要求和重点。不同的制品，进行CAE分析的目的是不同的。对于外观件，不允许在表面上出现影响外观的注塑缺陷，如熔结痕等;对于非外观件，烧结痕的位置并不重要，但是如果制品具有严格的装配关系，则允许的翘曲和变形量成为追求的主要目标。此外，所有的制品一般都要求能够满足平衡流动、均匀填充的要求。实践中，同时满足多种要求是困难的，多数情况下是以满足一个主要的要求为主，在此前提下，再满足别的要求。因此在明确分析要求的基础上，还要分清楚哪些是本次分析的主要要求，

确定了分析的要求和重点后，还要初步认定修改或者变动哪些参数。比如说，影响熔结痕位置的主要因素是浇口的位置和制品的形状特点，而制品的形状一般是不允许变动的;影响翘曲和变形量的因素则主要是制品的形状，从工艺的角度看，注射压力过大、保压时间过长和冷却不均匀都可以导致翘曲变型过大。除了制品结构本身的特点外，浇口、流道的尺寸都可以直接影响到型腔内的注射压力，冷却水道的尺寸和布置情况则直接影响到冷却的均匀程度。这些因素又间接地影响到了制品的变形和翘曲。

(2)分析制品结构的特点。使用专业的CAE分析软件进行注塑流动模拟，首先都要进行几何建模，一般来说，这一过程要花费

很长的时间。为此，要对几何模型作适当程度的简化以缩短建模时间，提高计算效率。目前，一些CAE软件已经具有从专业化的CAD软件中直接输入实体模型，再使用该软件中特定的中性面抽取工具提取中性面进行计算的功能，但是在制品的结构较为复杂时会产生诸多问题。因此，简化对计算结果影响不显著的细节仍然具有很大的意义。

简化的方法可以根据专业化软件提供的不同功能进行。简化的原则是与整个制品的尺度相比较可以忽略的细微结构，距离浇口较远或与料流方向相互平行的细节也可以忽略。至于网格的划分，最好根据制品的不同结构，在不同的区域采用不同尺度的网格，以获得计算精度较高的结果，在计算翘曲和变形时尤其如此。

(3)选用恰当的注塑材料。CAE分析结果的可信程度取决于三个方面：一是计算时采用的熔融状态流体的数学模型的准确程度如何;二是计算时间的几何模型同实际制品的差异大小;三是所采用的注塑材料的数据来源是否准确、可靠。一般来说，由数学模型来的误差在实践中是可以接受的，商业化的CAE分析软件多年的实践考验证明了这一点。实践证明，只要按照模型简化原则对模型作适当简化，则由此带来的对计算误差也是可以接受的。相反，如果采用的材料数据不准确，即使几何模型精确程度再高，则计算结果也相差甚远。

为此，必须明确用户选用的制品材料的名称、牌号、生产厂商甚至生产批次。实际中，同种材料生产批次不同带来的数据误差是可以忽略的，不同厂商生产的同种材料由于配方、工艺等方面的差异，其材料数据可能差别很大。同种材料不同牌号的数据相差应更大了。

目前，国外商业化的CAE分析软件都建立了一定数量的材料数据库，但其中几乎不涉及国产材料。显然，采用国外的材料数据进行计算只能得到相当粗略的计算结果。因此有条件的用户，可以根据自己的产品特点，筛选一些常用的材料进行流变参数实验，在此基础上可以得到CAE分析的输入参数，建立起适合本企业的常用材料数据库。

(4)分析结果的分析与评价。分析结果的评估一定要结合分析的具体要求来进行。即是否达到了本次分析的主要目标，如果没有达到要根据模拟结果寻求新的方案，包括调整某些参数、位置等，然后再进行新的模拟。在寻求新的浇注系统、冷却系统方案前，一定要仔细分析改善方案或者修正什么参数才可以使得计算结果逐步接近分析要求，而不是偏离分析目标。

对于计算结果的评价一定要综合考虑，因为最终的模拟结果往往是多种条件的一个折中，即计算结果可能“只有更好，没有最好”。这就要求工程技术人员对于分析结果有一个综合的权衡。比如，在满足流动平衡的前提下，注射压力可能会大一些，这也会带来一些问题。但是只要这样的注射压力不会带来过高的剪切速率或者其他注射方面的缺陷，那么可以认为该方案是合用的，此时就可以结束分析。当然，在时间允许的前提下，对尽可能多的方案进行CAE分析对于寻找更为合适的解是最好不过了

。分析与评价工作最好由CAE分析人员会同结构设计工程师、注塑车间有经验的工艺人员进行。

(5)正确认识CAE分析在模具设计中的作用。注塑流动的CAE分析可以帮助工程师事先对多个可能的方案进行评估，从而获得相对好的浇注系统方案和冷却系统方案。但是，不能期望计算结果和实际情况吻合的很好，原因是在进行模拟计算时，由材料数据带来的误差、由计算的数学模型带来的误差以及由几何模型简化带来的误差使得计算结果同实际注塑过程存在一定程度的差异，这种差异随着上述误差的增大而显著增加。再加上实际注射过程的复杂性，使获得确定性的分析结果较为困难。

如果材料数据准确，模型简化得当，获得比较可信的分析结果是完全可能的。此时使用获得的数据作为指导实际生产的工艺数据也是有意义的。

最后讲一下谁来做CAE分析的问题。CAE分析由于涉及材料、注塑工艺、数学、计算机等多个科学，因此对分析工程师的综合素质有一定要求。经验表明，CAE分析人员最好由具有高分子材料学科背景的工程师来担任。总而言之，对于模具结构、注塑工艺、材料知识了解越多，现场经验越丰富，那么CAE分析的结果越可能接近于真实情况，对生产的指导性也越大。

CAE技术在注塑模具设计中的应用 第2篇

CAD集成技术在塑料模具设计中的应用塑料模具CAD集成技术

塑料模具CAD集成技术是一项先进的模具制造技术，它的制造包括塑料产品的造型设计、模具的结构 设计及分析、模具的数控加工、抛光和配试模以及快速成形制造等，各个环节所涉及的CAD单元技术又包括产品外形的快速反求、结构分析与优化设计、辅助制 造、加工过程虚拟仿真、产品及模具的快速成形、辅助工艺过程和产品数据管理技术等。塑料模具CAD集成技术，就是把塑料模具在制造过程中所涉及的各项单元 技术集成起来，统一数据库和文件传输格式，实现信息集成和数据资源共享，从而大大缩短模具设计的制造周期，提高制模质量。塑料产品的CAD与外形的快速反求

进行塑料模具设计制造的第一步是塑料产品的设计。现代设计方法是设计者在电脑上直接建立产品的三维模型，根据产品的三维模型进行模具结构设计及优化设 计，再根据模具结构设计三维模型进行加工编程及编制工艺计划。这种方法使产品模型、模具结构、加工编程及工艺设计都以3D数据为基础，实现数据共享，不仅 能快速提高设计效率，还能保证质量，降低成本。

利用CAD系统软件进行产品模型设计，其技术主要包括二维几何图形、二维参数化图形、三维实体造型、三维特征造型、三维参数化实体造型、三维曲面造型、空间自由造型、产品的外观渲染和产品的动态广告设计等。

三维造型设计是对数字化产品的真实形状设计.它完全表达了产品能够进一步为模具设计、分析和加工提供数学模型;空间自由造型设计是产品外形的艺术设计，使产品不仅是功能产品，也是艺术品;产品的外观渲染是产品的效果设计，使产品更加美观、颜色更能迎合人们的需求;产品的动态广告设计是将产品设计的结果直 接制作成宜传广告，进行市场推广。利用实物测量进行快速反求建模是目前研究的热点之一，它是在产品仿型基础上进行产品修改设计的重要技术，它通过三坐标测 量机和激光测量机对实物进行扫描，把测量所获得的数字化的大量数据点送人高级CAD软件的反求模块或专用的反求软件中，反求软件可直接读取点数据群，并对 点数据群进行编辑、过滤、整理、求精、排序、局部修改与重组，然后自动生成曲面，最终获得同实物一致的或经改造的电脑塑件模型。CAD对模具的设计与分析

CAD对模具的设计与分析，包括根据产品模型进行模具分型面的设计、确定型腔和型芯、模具结构的详细设计、塑料充填过程分析等几个方面。利用先进的特征 造型软件，如，PRONE和UGII等很容易地确定分型面，生成上下模腔和模芯，再进行流道、浇口以及冷却水管的布置等。确定了这些设计数据以后，再利用 MOLDFLOW和CFLOW软件进行塑料的成形过程分析。根据MOLDFOLM软件和它的丰富材料、工艺数据库，通过输人成形

工艺参数，可动态仿真地分 析塑料在注塑模腔内的注射过程、分析温度压力变化情况、分析注塑件残余应力等，并根据分析情况来检查模具结构的合理性、流动状态的合理性、产品的质量问题 等。比如，是否存在浇注系统不合理，出现流道和浇口位置尺寸不当，无法平衡充满型腔;是否存在产品结构不合理或模具结构不合理，出现产品充不满(即短射现象);是否冷却不均匀，影响生产效率和产品质量;是否存在注塑工艺不对，出现产品的翘曲变形等。模具通过CAD的分析，就可以将错误消除在设计 阶段，提高一次试模成功率。

在塑料模具设计和分析这一阶段应用了许多新的电脑辅助技术，如，参数化技术、特征造型技术和数据库技 术等。塑料模具中有许多标准件，如，标准模架、顶出机构、浇注系统和冷却系统等都可以采用基于数据库管理的参数化特征造型设计方法进行设计或建立标准件 库，这样既可以实现数据共享，又可以满足用户对设计的随时修改，使模具的设计分析快速、准确和高效。参数化特征造型不仅可以完整地描述产品的几何图形信 息，也可以获得产品的精度、材料及装配等信息，其所建立的产品模型是一种易于处理、能反映设计意图和加工特征的模型。因此，参数化特征造型技术是模具制造 过程中最重要的技术之一。结束语

CAE技术在注塑模具设计中的应用 第3篇

1 注塑模具的CAD技术

1.1 CAD软件的介绍

Pro/Engineer是一种基于参数化设计、特征建模的机械设计自动化 (MDA) 软件。该软件自1988年问世以来, 发展至今, 已经成为应用最为广泛的3D CAD/CAM设计软件。其集草图绘制、零件设计、装配设计、钣金设计、造型设计等诸多功能于一体, 在三维设计中有着举足轻重的地位, 其中, 模具和组件模块在模具三维型腔设计和模座设计得到了充分的应用, 大大提高了模具设计的效率。

1.2 注塑模CAD设计实例

创建模具模型:首先选择模具模型装配参照模型把三维零件模型引入窗口, 然后选择创建工件手动建立胚料, 此时零件模型已在胚料中。

设置收缩率:由于塑料件是热胀冷缩, 所以在设计时要留有一定的尺寸余量。

选择收缩按尺寸在对话框中输入0.005按√完成/返回, 即可设置好收缩率。

设计分型面:设计分型面是为了将胚料分割成上下两个型腔, 从而产生上模和下模。

选择分型面创建输入分型面名称, 然后:

1) 选择增加复制来完成参考零件的外表面的复制;

2) 填补所复制表面上的所有靠破孔, 使其成为一个不含孔洞的完整表面;

3) 再利用拉伸、合并等功能形成一个完整的分型面, 见图2。

以分型面将工件分割成上模体积和下模体积:

选择模具体积块分割单击完成再选取分型面单击确定, 把工件分成上、下两个模腔。

设计浇注系统:对于小型模具, 其浇注系统可由加工人员根据经验进行设计。

产生成型件:选择铸模创建即可完成。

开模模拟:选择模具进料孔定义间距定义移动选择参照和移动物输入移动距离, 完成移动, 从而完成整个模具的设计, 见图3。

2 注塑模具的CAE技术

2.1 注塑模CAE软件介绍

在塑料模具制造业中, 注塑模CAE是指利用计算机工程分析软件对注塑模的塑料注射过程模拟、仿真得到的结果进行分析, 根据分析结果对塑料零件设计、模具浇注系统设计、冷却系统设计进行评价, 从而优化设计。

作为专业的塑料成型计算机辅助工程分析软件开发公司, Moldflow在注塑成型分析与设计方面享誉全球, 并开发出了Moldflow Plastics Insight (MPI) , Moldflow Plastics Adviser (MPA) , Moldflow Manufacturing (MMS) 等诸多产品, 其中MPI在注塑模中应用最为广泛, 它是一个制件和模具设计分析的软件集成体, 具有强大的分析、可视化功能及项目管理工具, 其主要模块功能如下:

1) 冷却分析模块MPI/Cool。该模块通过对冷却系统对流动过程影响的分析, 实现对冷却管道布局和工作条件的优化, 从而得到均匀冷却, 成型周期缩短, 产品成型后的内应力也得到相应减少;

2) 流动分析模块MPI/Flow。该模块可以模拟注射时充模及保压环节, 可预测热塑料材料的流动性, 从而提高产品质量;

3) 翘曲分析模块MPI/Wrap。该模块可使用户了解到注射成型过程中制品收缩和翘曲的原因, 并且可预测变形发生的区域。从而优化设计, 选择适当的材料和工艺条件;

4) 结构应力分析模块MPI/Stress。该模块用来分析塑件产品在受外界载荷情况下的机械性能, 有助于对塑料制品的强度和刚度进行优化;

5) 模腔尺寸确定模块MPI/Shrink。该模块可通过聚合物的收缩数据和对流动模拟结果的分析来确定模腔的尺寸大小。使得模腔尺寸与产品尺寸相匹配, 缩短模具投入生产时间, 减少废品率, 提高产品质量。

2.2 注塑模CAE应用实例

本例以前面设计的手机外壳喷漆架为模型, 利用Mold Flow模具CAE分析软件中的MPI模块, 分析出该模型的最佳浇口位置, 对该模具的设计有很好的参考价值。

分析模型的导入

首先将模型的三维造型保存为.STL文件, 再打开Mold Flow软件, 将该模型导入, 见图4。

网格模型的建立:网格的划分和修改是MPI分析前处理中最为重要的, 同时也最复杂。网格划分是否合理, 将直接影响到产品的最终分析结果。

通过Mesh (网格) Generate Mesh (生成网格) 命令自动生成网格模型, 见图5。

网格模型生成后再通过Mesh (网格) Mesh Statistics (网格状态统计) 命令查看网格生成的信息, 其中给出了所生成的网格模型存在的缺陷, 见图6。

根据给出的信息对缺陷进行手动修改, 最终得到一个比较理想的网格模型, 见图7。

分析类型和工艺过程参数的设定:

选择Analysis (分析) Set Analysis Sequence (设置分析顺序) Gate Location (最佳浇口位置) 命令, 设置好分析类型。而过程参数可以根据实际要求进行选择设定, 本例使用默认设置。

分析计算:双击任务栏窗口中的Analysis Now!一项, 解算器开始计算。

最终Best gate location (最佳浇口位置) 以图像的形式给出了最佳浇口位置的区域。蓝色区域为最佳浇口位置, 红色区域为最差区域。浇口设在蓝色区域可以保证注塑过程熔体流动的平衡性, 见图8。

分析结果中还给出了推荐的最佳浇口位置在节点N6430附近, 见图9。

当然, 利用该软件还可以对模型的浇注、冷却、翘曲等情况进行分析, 给模具设计提供参考。

3 结论

随着计算机的不断普及, 市场竞争的不断加强, CAD/CAE技术在模具设计中得到越来越广泛的应用, 有利的改善了模具的设计质量, 提高注塑模具的外观品质、尺寸精度, 降低了成本, 而且极大地提高了模具的生产效率。

参考文献

[1]张春吉, 唐跃.CAD/CAE在塑料模具设计中的应用.塑料科技, 2004, 2.

[2]王刚, 单岩.Moldflow模具分析应用实例.清华大学出版社, 2005.

[3]张孝民.塑料模具技术.机械工业出版社, 2003.

CAE技术在注塑模具设计中的应用 第4篇

关键词：CAE技术；注塑模具；设计；产品生产

中图分类号：TQ320 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）17-0038-02

CAE技术是通过计算机以假想线、面为基础，把产品分割成为有限个大小、数目、单元进行研究。即是将一个完整的个体人为地分成有限个单元，在计算机中获得产品的近似模型，并以此模型为蓝本，经过分析计算，从而得出各个单元的数据特征，评估、综合后而得到产品实体的数据。它的主要功能是设计产品、管理数据、计算机辅助设计、产品分析和生产的综合。

1 CAE技术在注塑模具设计中的现状

1.1 国外

国外CAE技术已经得到相当广泛的应用。20世纪50年代，美国的部分学者就开始运用数值计算的方法，建立聚合物过程的模型。到20世纪80年代，注塑成型方面已经实现广泛地应用CAE技术。如Moldflow（澳大利亚的MF公司）以及C-MOLD（美国AC-Tech公司，已被Moldflow公司合并）是目前国际上较为成熟的注塑CAE软件，另外CADMOLD（德国）、I-DEAS（美国）等应用也较为广泛。

1.2 国内

我国CAE技术的研究、开发、推广近年来也获得了不错的成果，如Z-Mold软件和HSCAE软件。但当前最严重的问题在于诸多企业对CAE技术的重视不够，没有认识到使用CAE软件的经济效益。另外，国内设计的CAE软件都是政府立项，研发主要依靠国家项目资金支持，CAE技术的继续研发和市场推广、应用受到极大的限制。

2 基于CAE技术的注塑模具设计流程

利用CAE技术进行注塑模具设计的具体步骤为：产品数据输入→划分单元、建立分析模型→设定条件→分析方案→评估→确定方案。整个设计流程的技术关键：（1）产品造型：通过三维成像设计软件完成产品的建模，同时通过对使用条件进行模拟分析、预测产品的使用情况等；（2）模具设计：模具以CAE结果为基础利用三维CAD软件设计模具；（3）产品分析：根据产品的相关数值通过CAE技术实行模拟流动等分析，优化产品的设计；（4）优化设计：根据CAE的结果，修改模具模型，实现最优化的模具设计结果；（5）结构分析：利用CAE对模具结构多方面、多角度进行分析。

3 CAE技术在注塑模具设计中的应用

3.1 产品设计的优化

利用CAE技术实现产品的分析、评估和优化，协助设计师进行产品的外观、合理壁厚、原料的选择，高效准确地实现最优塑料产品的设计，且通过计算机进行环境模拟，通过计算机直观地获得产品的形状和性能，并进行机械性能检测，预估在外界因素作用下产品的各项指标的变化情况，实现产品设计、强度的优化，同时也省略产品的原型试验的过程，使注塑模具的设计不再受设计者的经验、个人倾向的影响，节约人力物力，并获得最优的产品设计结果。

3.2 注塑模具设计的重要工具

一般进行模具的设计需要反复的试验，最终才能完善设计。利用CAE技术，可以对产品模型的大小、构成系统、内部结构等进行优化，并通过计算机系统对各项指标进行测试。CAE可进行注塑模具的产品造型、材料选择、工艺流程、注意事项等的分析，设计师可以以这些信息为参考，进行模具设计。

3.2.1 产品优化：快速检查产品相关零件设计的生产能力，设计师可以得到有关材料或几何体、浇口位置、壁厚的信息。CAE的结果和设计建议可实现产品生产细节的最合理优化，并消除生产过程中产品外观、连接缝隙、产品缩小等问题。

3.2.2 保压和填充：各种CAE软件最基本的分析功能之一，可实现注塑模具设计的实体仿真模拟。通过对产品温度、生产时间、大气压力、融合时间、力量大小等的结果进行分析，帮助确定浇灌出口的数量、优化浇灌和选择出口位置的系统，并进行排气位置、产品温度、熔接位置选择等的预测，及时发现和处理塑料产品中存在的质量隐患。

3.2.3 翘曲分析：翘曲变形原因很复杂，对完成产品尺寸的预测，可以预测产品的性能、模具结构以及工艺参数的合理性。它的主要分析输出结果包括变形量和应力等，可帮助用户找出翘曲变形成因，提高制品的尺寸精度，为用户提供有用的参考数据，并优化制品的结构参数。

3.2.4 冷却分析：通过模拟监测注塑成型的冷却过程，预估型腔热流分布、表面温度和冷却时间等，在产品制造之前，判断生产线的冷却系统的设计是否存在缺陷和不合理之处，优化冷却回路的铺设，得到最佳的冷却效果，减少成型时间，同时避免因冷却原因导致的产品的翘曲方面的缺陷。

3.2.5 优化工艺技术参数：受到个人实践经验的局限，设计师很难实现工艺参数的精确选择，CAE通过模拟注塑模具设计的全过程，预估可能产生的问题，进行定性与定量解析处理，了解模具型腔中的情况，使设计师可以此为参考，搭配原料品种、生产设备等，并获得生产温度、生产压力、塑料表温、生产时间控制等最佳的工艺参数，进行多方案对比后选择最优的设计方案。

4 CAE技术在注塑模具设计中的发展

在注塑模具设计过程中，CAE技术获得了广泛的支持和使用，取得了理想的成绩，但在未来注塑模具设计的应用过程中，CAE技术仍有待完善、发展：

（1）与三维成像技术的集成：当前CAE技术与三维成像技术间存在不同的数据技术标准，因此导致一些数据的误差失真，采用统一标准，将更有利于开发专属于注塑模具设计的CAE系统。

（2）耦合分析：可有机地将设计工作流程中的各个步骤，如三维成像、产品测试、参数调控等模块结合起来，利用耦合分析的功能，全面细致地获得注塑模具设计的产品的实际使用情况。

（3）高效：随着现代科学技术的发展以及更加复杂的算法和设计规划流程软件的应用，将大大提高CAE技术的工作效率，从而促使在注塑模具的设计过程中，更加广泛地应用CAE技术，提高整体的效率和质量。

（4）智能化：将电脑智能、自动化等人工智能技术集成到CAE技术中，实现CAE技术自主完成设计、推演参数、模拟产品使用情况等，大大提高注塑模具设计的合理性和质量。

CAE技术的应用，使得模具设计及参数选择实现更加科学的分析，大大提高模具设计的水平，CAE技术与人工智能的组合将可达到模具设计的自动优化的目标，从而解决因为经验、技巧等原因导致的设计问题，提高模具设计的合理性和产品的质量，对实际生产应用具有重大意义。

参考文献

[1] 罗超，等.CAE技术在注塑模具上的应用[J].煤矿机械，2011，32（5）：195-196.

[2] 任玉珠.基于CAE技术的注塑模具高效率设计方法

[J].制造业自动化，2011，33（3）：137-139.

UG在模具设计中的应用 第5篇

以前，模具供应者和原始设备制造商一直很难解决模具设计中存在的问题。因为资深的工程师正在逐渐减少，而培养一个合格的模具工程师，对一个公司来说，既需要大量的时间，也需要大量的精力。UG为您提供业界最为强大的模具设计和制造功能，它的过程向导捕捉了业界特有的过程知识，融合了工业界专门的知识与经验，创立了最有效率的工作流程。生产率可以提高2~3倍，有时甚至更高。能让经验很少的设计人员同样能够设计出高质量的模具的先进工具，如注塑模具向导、级进模具向导、冲压模向导等。

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多工位级进模设计向导

级进模具设计和加工始在计算机、汽车、电子和电器工业领域内的支柱产业，

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一个完整的冲压模具设计向导

CAE技术在注塑模具设计中的应用 第6篇

摘 要：3D打印技术不需要加工，就能通过计算机图形数据快速生产任何形状的物体，大大缩短了产品的生产周期，近年来得到社会的广泛关注，并广泛利用在汽车、航天航空、医疗教育、工业设计、模具制造等社会各个领域。将3D打印技术应用在传统的模具教学中，能够为学生提供更加直观、形象的教学形式，提高教学效果。本文主要简单阐述了3D打印技术的概念，以及它在模具教学中的实践应用。

关键词：3D打印技术 模具教学 实践

随着计算机、信息技术的进步，3D打印技术逐渐成为时下最热门的一个话题，并广泛利用在社会各个领域。比如模具制造，主要用于工业产品中，大大节省了产品研发成本和生产的周期。但是目前由于受到材料的限制，3D打印技术还没有大面积的普及。将3D打印技术引用在模具教学中，能够便于学生的理解和记忆，将枯燥的理论课堂与实际产品进行有效地结合，激发了学生学习的兴趣，大大提高教学效率。

一、3D打印机打印原理

3D打印机又被称为三维打印机，是一种快速成型技术。它将数字模型文件作为打印的基础，通?^特殊的粉末状金属、蜡材、塑料等可黏合的材料，通过打印机将一层层的黏合材料打造成一个三维的实体物品。3D打印技术的原理，是通过计算机将数据信息和原材放入到打印机中，打印机按照设置的程序一层层地将产品打印出来。

二、桌面3D打印技术在模具教学中的实践应用

桌面3D打印机的价格比较便宜，工艺简单，材料选择比较多，尺度精度好，易于装配，能够快速构建中空和瓶状零件，比较适合模具教学。

1.桌面3D打印技术在课堂教学中的应用

3D打印技术归根到底是虚拟现实技术的延伸。它拓展了人类的知觉和感觉，促进了人类思维的发展，将3D打印技术与课堂教学融合在一起，能够刺激学生的感官，从而激发学生学习的兴趣，提高教学效果。随着3D技术的发展，目前3D打印技术已经比较成熟，将3D打印技术引入到模具教学中来，能够在教学活动中，现场打印一些模具的模型，让学生更加直观地了解模具知识和技术，从而优化教学效果。

2.桌面3D打印技术在课程设计方面的应用

模具设计课程一般需要一个到两个星期。教师让学生利用所学的软件，进行绘制模具图形。教师对学生的设计图形进行指导。如果学生的模具设计尺寸、大小等信息不符合实际要求，教师会给予学生一些指点并要求学生做出相应的修改，从而帮助学生加深对课堂知识的理解。在3D打印技术应用在模具设计课程中，学生设计作品完成以后，可以通过3D打印机将自己设计的作品打印出来，既可以提高学生学习的兴趣，又能提高学生的动手能力。在打印的过程中，学生很容易发现自己设计图纸存在的问题，从而进行修改和调整，进一步提高设计水平。目前，国内华南理工大学、华中科技大学等高校将3D打印技术应用在模具方面已经取得了一定的进展。比如华中科技大学成立了材料形成与模具技术国家重点实验室，并建立了3D打印材料性能和精度控制方法，形成了一套比较完整的技术体系。

3.桌面3D打印技术应用在实践环节

模具是一门实践性和应用性很强的专业。学生不仅要掌握模具设计、制造，还有模具的安装、维护和管理。很多高职院校由于受到资金与办学条件的限制，无法大量购买设备。而桌面3D打印机的成本比较低，可以打印一些体积比较小的模型，也方便教师在课堂上进行演示，然后让学生进行操作，能大大提高学生的动手能力。

三、小结

随着3D打印技术的发展，未来3D打印机的成本会逐步下降，3D打印机将会得到进一步的普及和应用。所以，教学也要与时俱进，让学生接触到新技术、新设备，培养学生的创新能力和实践能力，但是在教学中，也不能完全依赖3D打印技术，而是要将其与传统教学模式结合起来，切实优化教学效果。

参考文献：

逆向工程技术在模具制造中的应用 第7篇

随着计算机技术的发展，CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具，其中的三维造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面，在实际开发制造过程中，设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但很多时候，却是从上游厂家得到产品的实物模型。设计人员需要通过一定的途径，将这些实物信息转化为CAD模型，这就应用到了逆向工程技术(Reverse Engineering)。

所谓逆向工程技术，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程。

逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。逆向工程是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模型，使得能够进一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先进技术对其进行处理。与传统设计方法的不同之处在于设计的起点不同，相应的设计自由度和设计要求也不相同。

一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业领域的实际应用中，主要包括以下几个内容：

(1)新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计。

(2)已有零件的复制，再现原产品的设计意图。

(3)损坏或磨损零件的还原。

(4)数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。

逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。

二、逆向工程技术实施的条件

1.逆向工程技术实施的硬件条件

在逆向工程技术设计时，需要从设计对象中提取三维数据信息。检测设备的发展为产品三维信息的获取提供了硬件条件。目前，国内厂家使用较多的有英国、意大利、德国、日本等国家生产的三坐标测量机和三维扫描仪。就测头结构原理来说，可分为接触式和非接触式两种，其中，接触式测头又可分为硬测头和软测头两种，这种测头与被测头物体直接接触，获取数据信息。非接触式测头则是应用光学及激光的原理进行的。近几年来，扫描设备有了很大发展。例如，英国雷尼绍公司的CYCLON2高速扫描仪，可实现激光测头和接触式扫描头的互换，激光测头的扫描精度达0.05mm，接触式扫描测头精度可达0.02mm。可对易碎、易变形的形体及精细花纹进行扫描。德国GOM公司的ATOS扫描仪在测量时，可随意绕被测物体进行移动，利用光带经数据影象处理器得到实物表面数据，扫描范围可达8m8m。ATOS扫描不仅适于复杂轮廓的扫描，而且可用于汽车、摩托车内外饰件的造型工作。此外，日本罗兰公司的PIX-30网点接触式扫描仪，英国泰勒霍普森公司的TALYSCAN 150多传感扫描仪等，集中体现了检测设备的高速化、廉价化和功能复合化等特点。为实现从实物建立数学模型CAD/CAE/CAM一体化提供了良好的硬件条件。

不同的测量对象和测量目的，决定了测量过程和测量方法的不同。在实际三坐标测量时，应该根据测量对象的特点以及设计工作的要求确定合适的扫描方法并选择相应的扫描设备。例如，材质为硬质且形状较为简单、容易定位的物体，应尽量使用接触式扫描仪。这种扫描仪成本较低，设备损耗费相对较少，且可以输出扫描形式，便于扫描数据的进一步处理。但在对橡胶、油泥、人体头像或超薄形物体进行扫描时，则需要采用非接触式测量方法，它的特点是速度快，工作距离远，无材质要求，但设备成本较高。

2.逆向工程技术实施的软件条件

目前比较常用的通用逆向工程软件有Surfacer、Delcam、Cimatron以及Strim。具体应用的反向工程系统主要有以下几个：Evans开发的针对机械零件识别的逆向工程系统;Dvorak开发的仿制旧零件的逆向工程系统;H.H.Danz de CNC CMM系统。这些系统对逆向设计中的实际问题进行处理，极大地方便了设计人员。此外，一些大型CAD软件也逐渐为逆向工程提供了设计模块。例如Pro/E的ICEM Surf和Pro/SCANTOOLS模块，可以接受有序点(测量线)，也可以接受点云数据。其它的象UG软件，随着版本的提高，逆向工程模块也逐渐丰富起来。这些软件的发展为逆向工程的实施提供了软件条件。

三、逆向工程设计前的准备工作

做一个逆向设计的工作，可能比做一个正向设计更具有挑战性。在设计一个产品之前，首先必须尽量理解原有模型的设计思想，在此基础上还可能要修复或克服原有模型上存在的缺陷。从某种意义上看，逆向设计也是一个重新设计的过程。在开始进行一个逆向设计前，应该对零件进行仔细分析，主要考虑以下一些要点：

(1)确定设计的整体思路，对自己手中的设计模型进行系统地分析。面对大批量、无序的点云数据，初次接触的设计人员会感觉到无从下手。这是应首先要周全地考虑好先做什么，后做什么，用什么方法做，主要是将模型划分为几个特征区，得出设计的整体思路，并找到设计的难点，基本做到心中有数。

(2)确定模

四、逆向工程工作中应该注意的问题

在实际设计中，目前存在的这些软件还存在着其较大的局限性。在机械设计领域中，集中表现为软件智能化低;点云数据的处理方面功能弱;建模过程主要依靠人工干预，设计精度不够高;集成化程度低等问题。例如，Surfacer软件在读取点云等数据时，系统工作速度较快，并且能较容易地进行点线的拟合。但通过Surfacer进行面的拟合时，软件所提供的工具及面的质量却不如其它的CAD软件如Pro/E、UG等。在很多时候，在Surfacer里做成的面，还需要到UG等软件中修改。但是，使用Pro/E、UG等软件读取点云数据时，却会造成数据庞大的问题，对它们来说，一次读取如此多的点是比较困难的。

在具体工程设计中，一般采用几种软件配套使用、取长补短的方式。例如上海交通大学模具技术研究所承接的逆向工程项目，采用了Surfacer与UG和Pro/E功能结合的方法，在具体操作中，使用Surfacer进行点、线处理，得到基本控制曲线，然后使用UG和Pro/E引入控制线的数据，进行曲面造型。其中，Pro/E应用的模块主要有ICEM Surf、Pro/DESIGNER(CDRS)等，UG使用的模块主要是UG/Modeling和UG/Surface模块。这几个设计模块都是一般CAD设计时常用到的。

值得注意的是，在设计过程中，并不是所有的点都是要选取的，因此，在确定基本曲面的控制曲线时，需要找出哪些点或线是可用的，哪些点或线是一些细化特征的，需要在以后的设计中用到，而不是在总体设计中就体现出来的。事实上，一些圆柱、凸台等特征是在整体轮廓确定之后，测量实体模型并结合扫描数据生成的。同时应尽量选择一些扫描质量比较好的点或线，对其进行拟合。

五、曲线曲面的光顺处理

由于测量过程中测得的是离散点数据，缺乏必要的特征信息，往往存在数字化误差，需要对曲面和曲线进行光顺。光顺是一个工程上的概念，包括光滑和顺眼两方面的含义。光滑是指空间曲线和曲面的连续阶，数学上一阶倒数连续的曲线即为光滑的曲线;而顺眼是人的主观感觉评价。对于平面曲线，光顺需要满足以下几点：曲线C2连续;没有多余拐点;曲率变化均匀。在逆向设计中，曲线的光顺性调节是非常重要的。扫描或拟合得到的曲线一般很难保证其光顺，为了构造出一条光顺的插值曲线，需要修正原形值点序列，利用软件的相关功能模块进行调节。目前采用的曲线光顺方法主要是能量法和圆率法。设计的准则是曲线上曲率极值点尽可能少些;相邻两个极值点之间的曲率尽可能接近线性变化。

曲面的光顺往往归结为网格的光顺。所谓网格的光顺，其含义是指网格的每一条曲线都是光顺的，光顺的曲面，应该是没有凸区和凹区的。在数学上，判断曲面是否满足上述条件的依据是高斯曲率。在一般CAD软件中，可以到分析模块中使用高斯曲率法对曲面进行分析。当曲面曲率变化比较均匀时，即可为达到设计要求。若曲面质量很差，需要对构成的曲线进行重新调整，直至曲面让人满意为止。

逆向工程既要保证曲面质量，又要保证设计精度。除了对原始型值点进行光顺之外，有时还要控制修改后的型值点同原始型值点的坐标偏差，该偏差不应太大，以保证设计部门给出的指标不致受太大的影响。

六、结束语

逆向工程是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术，逆向工程技术已经广泛应用到新产品的开发、旧零件的还原以及产品的检测中，它不仅消化和吸收实物原型，并且能修改再设计以制造出新的产品。但同时设计过程中系统集成化程度比较低，人工干预的比重大，将来有望形成集成化逆向工程系统，以软件的智能化来代替人工干预的不足。

型的基本构成形状的曲面类型，这关系到相应设计软件的选择和软件模块的确定，

对于自由曲面，例如汽车、摩托车的外覆盖件和内饰件等，一般需要采用具有方便调整曲线和曲面的模块;对于初等解析曲面件，如平面、圆柱面、圆锥面等则没必要因为有测量数据而用自由曲面去拟合一张显然是平面或圆柱面的曲面。

一、逆向工程技术的内容及其应用范围

随着计算机技术的发展，CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具，其中的三维造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。在实际开发制造过程中，设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但很多时候，却是从上游厂家得到产品的实物模型。设计人员需要通过一定的途径，将这些实物信息转化为CAD模型，这就应用到了逆向工程技术(Reverse Engineering)。

所谓逆向工程技术，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程。

逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。逆向工程是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模型，使得能够进一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先进技术对其进行处理。与传统设计方法的不同之处在于设计的起点不同，相应的设计自由度和设计要求也不相同。

一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业领域的实际应用中，主要包括以下几个内容：

(1)新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计。

(2)已有零件的复制，再现原产品的设计意图。

(3)损坏或磨损零件的还原。

(4)数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。

逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。

二、逆向工程技术实施的条件

1.逆向工程技术实施的硬件条件

在逆向工程技术设计时，需要从设计对象中提取三维数据信息。检测设备的发展为产品三维信息的获取提供了硬件条件。目前，国内厂家使用较多的有英国、意大利、德国、日本等国家生产的三坐标测量机和三维扫描仪。就测头结构原理来说，可分为接触式和非接触式两种，其中，接触式测头又可分为硬测头和软测头两种，这种测头与被测头物体直接接触，获取数据信息。非接触式测头则是应用光学及激光的原理进行的。近几年来，扫描设备有了很大发展。例如，英国雷尼绍公司的CYCLON2高速扫描仪，可实现激光测头和接触式扫描头的互换，激光测头的扫描精度达0.05mm，接触式扫描测头精度可达0.02mm。可对易碎、易变形的形体及精细花纹进行扫描。德国GOM公司的ATOS扫描仪在测量时，可随意绕被测物体进行移动，利用光带经数据影象处理器得到实物表面数据，扫描范围可达8m8m。ATOS扫描不仅适于复杂轮廓的扫描，而且可用于汽车、摩托车内外饰件的造型工作。此外，日本罗兰公司的PIX-30网点接触式扫描仪，英国泰勒霍普森公司的TALYSCAN 150多传感扫描仪等，集中体现了检测设备的高速化、廉价化和功能复合化等特点。为实现从实物建立数学模型CAD/CAE/CAM一体化提供了良好的硬件条件。

不同的测量对象和测量目的，决定了测量过程和测量方法的不同。在实际三坐标测量时，应该根据测量对象的特点以及设计工作的要求确定合适的扫描方法并选择相应的扫描设备。例如，材质为硬质且形状较为简单、容易定位的物体，应尽量使用接触式扫描仪。这种扫描仪成本较低，设备损耗费相对较少，且可以输出扫描形式，便于扫描数据的进一步处理。但在对橡胶、油泥、人体头像或超薄形物体进行扫描时，则需要采用非接触式测量方法，它的特点是速度快，工作距离远，无材质要求，但设备成本较高。

2.逆向工程技术实施的软件条件

目前比较常用的通用逆向工程软件有Surfacer、Delcam、Cimatron以及Strim。具体应用的反向工程系统主要有以下几个：Evans开发的针对机械零件识别的逆向工程系统;Dvorak开发的仿制旧零件的逆向工程系统;H.H.Danz de CNC CMM系统。这些系统对逆向设计中的实际问题进行处理，极大地方便了设计人员。此外，一些大型CAD软件也逐渐为逆向工程提供了设计模块。例如Pro/E的ICEM Surf和Pro/SCANTOOLS模块，可以接受有序点(测量线)，也可以接受点云数据。其它的象UG软件，随着版本的提高，逆向工程模块也逐渐丰富起来。这些软件的发展为逆向工程的实施提供了软件条件。

三、逆向工程设计前的准备工作

做一个逆向设计的工作，可能比做一个正向设计更具有挑战性。在设计一个产品之前，首先必须尽量理解原有模型的设计思想，在此基础上还可能要修复或克服原有模型上存在的缺陷。从某种意义上看，逆向设计也是一个重新设计的过程。在开始进行一个逆向设计前，应该对零件进行仔细分析，主要考虑以下一些要点：

(1)确定设计的整体思路，对自己手中的设计模型进行系统地分析。面对大批量、无序的点云数据，初次接触的设计人员会感觉到无从下手。这是应首先要周全地考虑好先做什么，后做什么，用什么方法做，主要是将模型划分为几个特征区，得出设计的整体思路，并找到设计的难点，基本做到心中有数。

(2)确定模

四、逆向工程工作中应该注意的问题

在实际设计中，目前存在的这些软件还存在着其较大的局限性。在机械设计领域中，集中表现为软件智能化低;点云数据的处理方面功能弱;建模过程主要依靠人工干预，设计精度不够高;集成化程度低等问题。例如，Surfacer软件在读取点云等数据时，系统工作速度较快，并且能较容易地进行点线的拟合。但通过Surfacer进行面的拟合时，软件所提供的工具及面的质量却不如其它的CAD软件如Pro/E、UG等。在很多时候，在Surfacer里做成的面，还需要到UG等软件中修改。但是，使用Pro/E、UG等软件读取点云数据时，却会造成数据庞大的问题，对它们来说，一次读取如此多的点是比较困难的。

在具体工程设计中，一般采用几种软件配套使用、取长补短的方式。例如上海交通大学模具技术研究所承接的逆向工程项目，采用了Surfacer与UG和Pro/E功能结合的方法，在具体操作中，使用Surfacer进行点、线处理，得到基本控制曲线，然后使用UG和Pro/E引入控制线的数据，进行曲面造型。其中，Pro/E应用的模块主要有ICEM Surf、Pro/DESIGNER(CDRS)等，UG使用的模块主要是UG/Modeling和UG/Surface模块。这几个设计模块都是一般CAD设计时常用到的。

值得注意的是，在设计过程中，并不是所有的点都是要选取的，因此，在确定基本曲面的控制曲线时，需要找出哪些点或线是可用的，哪些点或线是一些细化特征的，需要在以后的设计中用到，而不是在总体设计中就体现出来的。事实上，一些圆柱、凸台等特征是在整体轮廓确定之后，测量实体模型并结合扫描数据生成的。同时应尽量选择一些扫描质量比较好的点或线，对其进行拟合。

五、曲线曲面的光顺处理

由于测量过程中测得的是离散点数据，缺乏必要的特征信息，往往存在数字化误差，需要对曲面和曲线进行光顺。光顺是一个工程上的概念，包括光滑和顺眼两方面的含义。光滑是指空间曲线和曲面的连续阶，数学上一阶倒数连续的曲线即为光滑的曲线;而顺眼是人的主观感觉评价。对于平面曲线，光顺需要满足以下几点：曲线C2连续;没有多余拐点;曲率变化均匀。在逆向设计中，曲线的光顺性调节是非常重要的。扫描或拟合得到的曲线一般很难保证其光顺，为了构造出一条光顺的插值曲线，需要修正原形值点序列，利用软件的相关功能模块进行调节。目前采用的曲线光顺方法主要是能量法和圆率法。设计的准则是曲线上曲率极值点尽可能少些;相邻两个极值点之间的曲率尽可能接近线性变化。

曲面的光顺往往归结为网格的光顺。所谓网格的光顺，其含义是指网格的每一条曲线都是光顺的，光顺的曲面，应该是没有凸区和凹区的。在数学上，判断曲面是否满足上述条件的依据是高斯曲率。在一般CAD软件中，可以到分析模块中使用高斯曲率法对曲面进行分析。当曲面曲率变化比较均匀时，即可为达到设计要求。若曲面质量很差，需要对构成的曲线进行重新调整，直至曲面让人满意为止。

逆向工程既要保证曲面质量，又要保证设计精度。除了对原始型值点进行光顺之外，有时还要控制修改后的型值点同原始型值点的坐标偏差，该偏差不应太大，以保证设计部门给出的指标不致受太大的影响。

六、结束语

逆向工程是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术，逆向工程技术已经广泛应用到新产品的开发、旧零件的还原以及产品的检测中，它不仅消化和吸收实物原型，并且能修改再设计以制造出新的产品。但同时设计过程中系统集成化程度比较低，人工干预的比重大，将来有望形成集成化逆向工程系统，以软件的智能化来代替人工干预的不足。

CAE技术在注塑模具设计中的应用 第8篇

注塑成型是塑料成型加工的主要方法之一,该方法效率高且消耗低,对各种塑料的加工性强[1]。因此,注塑成型方法具有很大的市场需求和良好的发展前景。近年来,随着计算机技术的快速发展,人们逐步采用计算机辅助工程(CAE)和计算机辅助设计(CAD)技术来模拟塑料熔体在模具内的流动过程,预测潜在的问题发生,从而提高了试模一次成功率和塑料制品质量,大大缩短了开发周期,降低了生产成本[2,3,4,5,6]。实践证明,CAE技术对加快产品开发、提高产品质量、降低生产成本起着非常重要的作用。本研究利用Moldflow软件对典型产品进行分析,根据分析结果对不合理处进行调整。

2 分析模型

本研究对某车灯模具企业提供的车灯模型进行CAE分析。经过最佳浇口位置分析和流动分析,可见制品在本身的结构和模具的浇口位置及类型上是合理的,说明该制品用PP材料注塑成型时,在成型可能性上基本上没有问题。

在模具详细设计之后,制品的结构形式、流道等浇注系统、冷却系统已确定(见图1),通过流动、冷却和翘曲分析判断制品成型质量。根据流动分析中的型腔压力、型腔剪切速率、型腔剪切应力等计算结果,分析制品成型后是否出现欠注、毛边、焦斑等缺陷;根据冷却介质的温度分布及冷却管道表面的温度分布等计算结果,分析冷却系统及冷却参数设置的合理性,可对冷却管的大小、布置形式等设计提出建议,另外根据模腔凝固达到制品顶出温度所需的时间分析,预估最短冷却时间,达到缩短成型周期的目的;根据翘曲分析,获知制品成型后的变形情况以及引起变形的主要原因,可以有针对性地调整结构或参数,满足翘曲的设计要求;综合流动、冷却、翘曲的分析结果对成型过程中注塑机型号的选择、注塑工艺参数的设置等提出参考意见,供实际试模时参考[7,8]。

3 注塑成型分析

3.1 流动分析结果

剪切应力分布显示剪切应力在浇口附近略超材料允许的值(0.26MPa),如图2所示,可能会导致制品的残余应力值过大,导致制品翘曲或开裂现象。

3.2 冷却分析结果

(1)冷却介质的温度分布及冷却管道表面的温度分布

图3、4显示冷却介质在进出口的温度差为2℃,冷却管道表面在进出口的温度差为5℃,冷却管道表面与冷却介质间的温度差为4℃,说明冷却系统的冷却效果有效,冷却趋势合理。

(2)型腔表面的温度分布

图5显示的型腔表面温度分布情况,说明模具温度的分布基本上是均匀的,大部分区域处于材料固化温度以下,满足制品顶出的要求。局部区域略高于固化温度,需适当延长冷却时间。

(3)制品的固化时间

图6显示制品完全固化达到顶出要求所需要的时间为37s。

3.3 翘曲分析结果

(1)翘曲变形情况

图7显示了制品成型后整体和各方向的变形情况:整体的最大变形为2.5mm位于流动末端;纵向变形量为4mm,变形率4/375=1.06%;横向变形量为2mm,变形率2/257=0.78%;高度方向变形量为2.7mm,变形率2.7/175=1.54%;从分析结果可看出,该制品的变形基本上能达到设计要求(变形率1.5%内)。

(2)翘曲变形原因

图8显示了制品成型后整体变形情况和收缩、冷却及分子取向等因素引起的变形情况:整体的最大变形为2.5mm,冷却不匀引起的变形0.097mm(占3.9%),收缩不匀引起的变形2.4mm(占96%),分子取向不匀引起的变形5.810-8mm(占0%)。所以该制品的翘曲变形主要由收缩不匀引起的,可调整有关保压参数,减少其变形量。

4 注塑机类型的选择及注塑工艺参数的设置

经流动、冷却、翘曲等模拟分析,若制品的各项模拟结果满足成型的质量要求,则可以从模拟分析中提取供实际试模参考的注塑机类型和注塑时熔体的温度、模腔的温度、分段注塑的螺杆位置及压力等注塑工艺参数。

从填充分析可知:注塑过程中所需的最大注塑压力为30MPa;所需的最大锁模力74t;制品重量为420g。按所需的最大注塑压力和锁模力为注塑机能提供的极限注塑压力和锁模力的75%左右计算,该制品用PP材料注塑时选用的注塑机应具备大于40MPa的注塑压力和大于100t的锁模力,且理论射胶量大于560g。现结合某公司的注塑机配备情况,选择注塑机型号为HTF360XB,其最大锁模力为360t,最大注塑压力180MPa,螺杆直径70mm,最大注射速率368g/s,按PP材料熔体的密度0.723103kg/m3计为0.50910-3m3/s,理论射胶量1127g和1.23910-3m3。

5 结论

在流动分析的基础上,经冷却、翘曲等分析,表明该模腔上浇口位置的设置、浇注系统和冷却系统等设计合理;成型后在流动平衡、飞边、变形等外观上符合质量要求;同时在气穴、残余应力、熔体破裂等内在质量上也基本上符合质量要求。通过该分析,可以帮助使用者确定出成型后产品可能出现的问题,并以此为依据对模具结构进行调整,确保生产出合格的模具并注塑出高品质的塑料产品。

摘要：为了预测塑料产品在生产中可能出现的问题,通过使用Moldflow模拟软件来评估、优化产品设计和制造参数。结果表明通过塑料流动分析、冷却分析和翘曲分析,可以及时发现成型中出现的问题,最大限度地消除产品生产过程中可能出现的不足,可以取代传统的反复试模、修模等过程,从而降低制造成本,缩短开发周期。

关键词：注射,流动分析,翘曲分析,Moldflow

参考文献

[1]黄艳艳,王晓枫.基于CAE的挂钩注塑模分析[J].机械与电子,2009(11):11-16.

[2]王志新,贺敏,曾宪文.基于CAE技术对薄壁制件注射成型的分析研究[J].汽车工艺与材料,2003(4):41-44.

[3]贺华波,李红林,刘军,等.Moldflow在对讲机天线零件注塑成型中的应用[J].轻工机械,2005,23(1):29-30.

[4]李德群.现代塑料注射成型的原理、方法与应用[M].上海:上海交通大学出版社,2005:3-12.

[5]刘庆辉,刘斌.Moldflow软件在手机外壳模具设计中的应用[J].塑料科技,2007,35(8):78-82.

[6]王喜顺,彭玉成.注射成型中冷却阶段的研究[J].模具工业,1999(4):41-44.

[7]唐志玉.塑料挤塑模与注塑模优化设计[M].北京:机械工业出版社,2000:102-109.