CAE技术在模具设计过程中的并行应用

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    随着模具行业的发展, 计算机辅助工程(CAE)技术已经在塑料模具行业得到越来越广泛的应用。它通过模拟塑料制品的成型过程,辅助模具设计工程师设计出精确、高效的模具;指导工艺师正确设定生产工艺参数。在注塑模具行业,CAE 软件能在模具制造之前预测塑料熔体在型腔内的流变行为,因而能提高模具设计质量、降低模具成本、缩短模具制造时间,因而得到注塑模具行业的极大关注。     
    1 CAE 并行设计     
    1. 1 基本思想     
    以往在模具设计过程中,由于受到CAE工程师技术水平和CAE 软件的限制,CAE 技术主要用于分析、验证模具的结构设计,即结构设计工程师先将模具浇注系统和冷却系统设计完成,然后由CAE 工程师进行CAE 分析,通过流动、保压、变形分析验证浇注系统及冷却系统的可行性。这样一来,一般周期较长,当设计任务较为繁重时,无法及时完成分析任务,限制了CAE 作用的发挥。通过不断地实践和经验积累,CAE 工程师提高了自身的技术水平,加之CAE 软件的升级更新,CAE 分析的效率和质量大为提高。为进一步提高CAE 技术的应用效率,我们在模具设计过程中引入CAE 并行分析,不仅对制品设计进行验证,而且对模具浇注系统及冷却系统进行指导性设计,优化制品及结构设计方案,提高整个设计过程的效率。     
    1. 2 CAE 设计过程对比     
    传统模具设计过程是制品、结构、数模顺序的设计,见图1。CAE 分析处于模具结构设计之后,主要是对模具结构设计结果的验证,同时验证制品设计。当分析结果发现缺陷时,则需反馈给结构或产品部门进行改进,提出改进措施。但由于时间的滞后,往往会造成设计工作的重复及工作量的增加,影响了模具设计进度。     
    2 CAE 并行设计实例     
    现以使用MPI(Moldflow Plastics Insight) 4.0软件设计空气取水机门盖模具为例,简要介绍CAE 并行设计在门盖模具设计过程中的应用。     
    2. 1 制品优化设计     
    最制品最大外形尺寸为605 mm(长) ×360 mm(宽) ,主要壁厚为3 mm ,筋位最薄处为0. 8mm ,浇口形式为一侧进胶。用户要求制品为外观透明制件,预选材料为透明聚碳酸酯( PC),制品收缩率为0.5 %。     
    由于采用了模具设计并行工程,在完成制品优化设计的同时,模架设计也基本完成,在确定模具的型腔数、制品定位、模架大小后,可以根据以上输入条件设计出准确的CAE模型,CAE 设计模型如图5所示。此套模具采用两板模直浇口,浇口位于制品中心凹槽处。主流道尺寸为入口直径,达4 mm ,双边斜度为2°,高度为110 mm。     
    3 结语     
    实践证明,通过CAE 技术在模具设计过程中的并行应用,可以提供制品优化设计方案,指导模具结构设计,提高设计质量,缩短设计周期,最大限度地发挥CAE 的技术优势。