大尺寸复合材料注塑件模流分析

范琼文

摘 要：随着近现代工业和科技的快速发展，注塑模具的技术水平也不断提高，仅仅依靠技术工人的经验乃至直观判断来完成设计工作已经不能满足生产的需要，企业也更加重视采用现代技术来辅助注塑模具的设计工作。本文对注塑成型CAE技术进行了介绍，并对大尺寸复合材料注塑件模流进行了分析。

关键词：大尺寸复合材料注塑件；模流分析；CAE设计

1.注塑成型CAE技术简介

1.1 CAE技术概念及在注塑成型中的应用

塑料在注塑成型的过程中要经历一系列复杂的过程，涉及众多的流体学、力学和热能变化过程，采用现在常用的CAE技术进行过程模拟，将塑料在注塑成型的过程中以及在模腔中的一系列流动过程仿真出来，并在此基础上进行分析，能够大大提高注塑成型设计工作的效率。CAE技术指的是工程设计中的计算机辅助工程，既可以对设计物体进行动态分析，也可以进行静态分析，使用非常方便。利用CAE技术对模具浇注过程中的温度、压力等参数进行计算、预测，其结果对于改进注塑工艺的系统以及浇注过程的技术参数具有非常重要的意义。同时还可以利用CAE技术对可能发生的塑件翘曲进行预测，在模具浇注之前就可以采取一定的补救措施。

1.2CAE技术与注塑成型优化设计的关系

目前，可以进行CAE设计的辅助软件非常多，其中使用范围比较广的就是Moldflow。利用CAE技术进行注塑成型优化设计的技术前提就是对材料注塑过程中的压力、温度、应力、冷却时间等一系列的物理参数进行计算以及人工设置。现在进行优化设计的一般过程可以分为划分网格、获得浇口的最佳位置、设置材料一系列的工艺参数、进行流动分析、重新更改方案、对多个方案进行综合技术比较、选择最佳设计方案等一系列过程。以注塑模浇口的优化设计分析为例：采用CAE平台软件进行一系列的设置之后，首先对制件的浇口位置进行预分析，在此基础上，结合模具设计的相关技术理论，不断优化浇口的位置，然后进行充填和翘曲因素分析，最后根据显示的结果，确定浇口的最佳设计位置，完成整个设计过程。

1.3注塑模具采用CAE技术进行的仿真设计

注塑模CAE技术是进行结构优化和结构设计的重要技术工具，采用这种技术进行仿真分析的关键就是对结构数值的离散化，将完整而连续的注塑模结构离散成一系列的有限微小单元，再对离散的微小单元进行复杂的数学分析，从而得出所需要的结论，所以这种方法解决了传统技术条件下许多无法完成的问题。以使用范围比较广的CAE产品Moldflow为例，它也是采用有限元分析方法进行结构设计和结构分析，广泛应用于流体力学、热传导、工程技术领域。基于CAE技术分析的基本过程就是分析前处理过程、有限元分析、后处理过程。第一步是将分析对象进行划分，生成一系列的离散数据，然后对离散的单体结构进行分析，完成部分方程的总体拼装，对有限元的数学方程组进行求解，获得计算结果，最后根据工程处理的模型参数设计要求，对有限元的计算结果进行相应的加工、优化以及检查，生成直观图像并反馈给前台的用户，完成整个的注塑模CAE分析过程。

2.复合模板注塑模充模流动的技术分析

2.1复合模板材料的注塑工艺

在实际的应用中，复合模板材料对工程应用的质量、经济成本和效益等都会产生直接或者间接的影响，复合材料本身具有热塑性比较好、强度高、抗震抗压、耐腐蚀、经济成本比较小等一系列的技术优点，广泛用于工程制造的各个行业。复合材料在注塑过程中由于增强剂的加入使得浇筑过程中的温度、压力、塑化能力和流动性等一系列的工艺参数都发生了比较明显的变化，从而导致注塑工艺的设置和一般的注塑工艺有所不同。在对复合材料进行浇注时，我们必须对复合材料的性能指标、质量特点、物理特性等各个参数都有所了解，对熔体温度、浇注压力、温度要求、注射速度等参数进行深入的学习和研究，才能将其作为注塑成型的工艺参考。

2.2注塑技术采用 CAE 实施的技术要点

注塑技术采用CAE进行分析的实施流程和技术要点如下：第一，首先导入CAD模型，然后在平台软件中就可以看到。第二，进行网格的划分。网格划分的方法分为中间层式、双面式以及三维实体式，网格大小的确定必须依据实际分析中的精度要求和所需要的时间来具体确定，过多过细的网格划分都会导致计算成本的大量耗费。第三，塑件材料的设置。在确定材料后，该材料的韧性、收缩率、电性能、吸水率、比热容、热变形温度等理化参数也随之确定。第四，选择具体的分析模型。软件中具有比较丰富的分析模型供用户选择，对于复合模板材料来讲，要选择填充分析、流动分析、冷却分析及翘曲分析模型。第五，进行工艺条件设置，设置完成后即可对复合模板材料进行模流分析。

2.3复合模板注塑模的CAE模流分析

复合模板注塑模的CAE模流分析主要包含以下几项内容：第一，填充分析。填充分析主要是针对注塑过程中的熔体流动位置的分析，主要的分析项目有填充位置是否合理、充填是否均匀、是否存在气孔、是否有滞流等。第二，流动分析。流动分析主要是为了检测熔体从浇筑开始到浇筑完成的流动情况。分析项目包括保压情况、流动缺陷、体积收缩率、冷结层因子等。第三，冷却分析。主要分析塑件的冷却时间和冷却效果。第四，翘曲分析。塑件的翘曲变形直接影响着塑件的质量、外观和功能等，翘曲分析后要对塑件的缺陷采取一定的补救措施。

3.结语

采用基于CAE的注塑件模流分析技术可以大大提高工业生产的效率，减少试模的次数，提高工艺水平。本文对大尺寸复合材料注塑件模流进行了简要探讨，希望为注塑设计行业的从业人员提供一些有益的参考。

参考文献：

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