大尺寸復合材料注塑件模流分析

范瓊文

摘 要：隨著近現代工業和科技的快速發展，注塑模具的技術水平也不斷提高，僅僅依靠技術工人的經驗乃至直觀判斷來完成設計工作已經不能滿足生產的需要，企業也更加重視采用現代技術來輔助注塑模具的設計工作。本文對注塑成型CAE技術進行了介紹，并對大尺寸復合材料注塑件模流進行了分析。

關鍵詞：大尺寸復合材料注塑件；模流分析；CAE設計

1.注塑成型CAE技術簡介

1.1 CAE技術概念及在注塑成型中的應用

塑料在注塑成型的過程中要經歷一系列復雜的過程，涉及眾多的流體學、力學和熱能變化過程，采用現在常用的CAE技術進行過程模擬，將塑料在注塑成型的過程中以及在模腔中的一系列流動過程仿真出來，并在此基礎上進行分析，能夠大大提高注塑成型設計工作的效率。CAE技術指的是工程設計中的計算機輔助工程，既可以對設計物體進行動態分析，也可以進行靜態分析，使用非常方便。利用CAE技術對模具澆注過程中的溫度、壓力等參數進行計算、預測，其結果對于改進注塑工藝的系統以及澆注過程的技術參數具有非常重要的意義。同時還可以利用CAE技術對可能發生的塑件翹曲進行預測，在模具澆注之前就可以采取一定的補救措施。

1.2CAE技術與注塑成型優化設計的關系

目前，可以進行CAE設計的輔助軟件非常多，其中使用范圍比較廣的就是Moldflow。利用CAE技術進行注塑成型優化設計的技術前提就是對材料注塑過程中的壓力、溫度、應力、冷卻時間等一系列的物理參數進行計算以及人工設置?，F在進行優化設計的一般過程可以分為劃分網格、獲得澆口的最佳位置、設置材料一系列的工藝參數、進行流動分析、重新更改方案、對多個方案進行綜合技術比較、選擇最佳設計方案等一系列過程。以注塑模澆口的優化設計分析為例：采用CAE平臺軟件進行一系列的設置之后，首先對制件的澆口位置進行預分析，在此基礎上，結合模具設計的相關技術理論，不斷優化澆口的位置，然后進行充填和翹曲因素分析，最后根據顯示的結果，確定澆口的最佳設計位置，完成整個設計過程。

1.3注塑模具采用CAE技術進行的仿真設計

注塑模CAE技術是進行結構優化和結構設計的重要技術工具，采用這種技術進行仿真分析的關鍵就是對結構數值的離散化，將完整而連續的注塑模結構離散成一系列的有限微小單元，再對離散的微小單元進行復雜的數學分析，從而得出所需要的結論，所以這種方法解決了傳統技術條件下許多無法完成的問題。以使用范圍比較廣的CAE產品Moldflow為例，它也是采用有限元分析方法進行結構設計和結構分析，廣泛應用于流體力學、熱傳導、工程技術領域。基于CAE技術分析的基本過程就是分析前處理過程、有限元分析、后處理過程。第一步是將分析對象進行劃分，生成一系列的離散數據，然后對離散的單體結構進行分析，完成部分方程的總體拼裝，對有限元的數學方程組進行求解，獲得計算結果，最后根據工程處理的模型參數設計要求，對有限元的計算結果進行相應的加工、優化以及檢查，生成直觀圖像并反饋給前臺的用戶，完成整個的注塑模CAE分析過程。

2.復合模板注塑模充模流動的技術分析

2.1復合模板材料的注塑工藝

在實際的應用中，復合模板材料對工程應用的質量、經濟成本和效益等都會產生直接或者間接的影響，復合材料本身具有熱塑性比較好、強度高、抗震抗壓、耐腐蝕、經濟成本比較小等一系列的技術優點，廣泛用于工程制造的各個行業。復合材料在注塑過程中由于增強劑的加入使得澆筑過程中的溫度、壓力、塑化能力和流動性等一系列的工藝參數都發生了比較明顯的變化，從而導致注塑工藝的設置和一般的注塑工藝有所不同。在對復合材料進行澆注時，我們必須對復合材料的性能指標、質量特點、物理特性等各個參數都有所了解，對熔體溫度、澆注壓力、溫度要求、注射速度等參數進行深入的學習和研究，才能將其作為注塑成型的工藝參考。

2.2注塑技術采用 CAE 實施的技術要點

注塑技術采用CAE進行分析的實施流程和技術要點如下：第一，首先導入CAD模型，然后在平臺軟件中就可以看到。第二，進行網格的劃分。網格劃分的方法分為中間層式、雙面式以及三維實體式，網格大小的確定必須依據實際分析中的精度要求和所需要的時間來具體確定，過多過細的網格劃分都會導致計算成本的大量耗費。第三，塑件材料的設置。在確定材料后，該材料的韌性、收縮率、電性能、吸水率、比熱容、熱變形溫度等理化參數也隨之確定。第四，選擇具體的分析模型。軟件中具有比較豐富的分析模型供用戶選擇，對于復合模板材料來講，要選擇填充分析、流動分析、冷卻分析及翹曲分析模型。第五，進行工藝條件設置，設置完成后即可對復合模板材料進行模流分析。

2.3復合模板注塑模的CAE模流分析

復合模板注塑模的CAE模流分析主要包含以下幾項內容：第一，填充分析。填充分析主要是針對注塑過程中的熔體流動位置的分析，主要的分析項目有填充位置是否合理、充填是否均勻、是否存在氣孔、是否有滯流等。第二，流動分析。流動分析主要是為了檢測熔體從澆筑開始到澆筑完成的流動情況。分析項目包括保壓情況、流動缺陷、體積收縮率、冷結層因子等。第三，冷卻分析。主要分析塑件的冷卻時間和冷卻效果。第四，翹曲分析。塑件的翹曲變形直接影響著塑件的質量、外觀和功能等，翹曲分析后要對塑件的缺陷采取一定的補救措施。

3.結語

采用基于CAE的注塑件模流分析技術可以大大提高工業生產的效率，減少試模的次數，提高工藝水平。本文對大尺寸復合材料注塑件模流進行了簡要探討，希望為注塑設計行業的從業人員提供一些有益的參考。

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