模具的設(shè)計(jì)中澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)，澆注系統(tǒng)沒有通過(guò)CA分析， 依靠設(shè)計(jì)人員積累的經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)模具。如果，所設(shè)計(jì)的模具通過(guò)試模，發(fā)現(xiàn)因澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 不合理產(chǎn)生以下問(wèn)題：容易出現(xiàn)澆口的位置及尺寸、流道截面設(shè)計(jì)不當(dāng)，制品出現(xiàn)成型缺陷 等。這樣，需要多次的試模、修改澆注系統(tǒng)，克服存在的問(wèn)題，才能使制品質(zhì)量達(dá)到要求。這樣的模具設(shè)計(jì)，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)優(yōu)化。往往會(huì)增加模具的設(shè)計(jì)和制造成本、影響模具的交貨 期，問(wèn)題嚴(yán)重時(shí)模具無(wú)法修改只能報(bào)廢，需要重新設(shè)計(jì)、制造模具。

CAE技術(shù)可以在模具加工前，在電腦上對(duì)塑件成型過(guò)程進(jìn)行模擬分析、評(píng)估，若設(shè)計(jì) 方案有問(wèn)題，則可再次將修正后的方案輸入系統(tǒng)再次進(jìn)行分析，直至滿意為止。因此，應(yīng)用 了 CAE技術(shù)，能幫助設(shè)計(jì)人員正確地設(shè)計(jì)模具的澆注系統(tǒng)，可減少試模和修改的次數(shù)，降 低模具設(shè)計(jì)制造成本，對(duì)提高制品成型質(zhì)量和優(yōu)化模具設(shè)計(jì)有極大的作用。

通過(guò)模流分析能避免澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)塑料熔體在型腔中的填 充、保壓、冷卻情況以及預(yù)測(cè)塑件成型的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹 曲變形等情況，以便設(shè)計(jì)時(shí)能盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)修改塑件結(jié)構(gòu)和模具結(jié)構(gòu)，而不是等到試 模后再修改模具。因此，為了使模具項(xiàng)目順利成功，現(xiàn)代模具的設(shè)計(jì)，都應(yīng)用了模流分析進(jìn) 行澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)。有的模具用戶要求模具供應(yīng)商利用模流分析技術(shù)，提供模具的澆注系統(tǒng)的 分析報(bào)告，確認(rèn)后再設(shè)計(jì)模具，說(shuō)明了 CAE分析的重要性和必要性。

9.1 CAE模流分析的作用

① 通過(guò)CAE熔體充模過(guò)程的流動(dòng)模擬，確定合理的澆口數(shù)目和找出最佳進(jìn)料口位置， 減少試模次數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)一次試模成功；與此同時(shí)可避免為了改變澆口位置而進(jìn)行燒焊，降 低了模具制造成本，保證了模具質(zhì)量。如果模具的澆注系統(tǒng)的澆口位置設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，需要改 動(dòng)，模具就只能燒焊，或者重新加工。模具一般都不允許燒焊，尤其汽車部件表面做皮紋爛 花的模具。如燒焊須經(jīng)客戶同意，即使同意了，也增加了工作量，同時(shí)延遲了交模時(shí)間，增 加了金加工和試模的費(fèi)用。

② 對(duì)澆注系統(tǒng)的澆口所在位置進(jìn)行CAE模擬分析，能預(yù)知多點(diǎn)澆口的注塑壓力的平衡 情況，模擬熔料充填過(guò)程，優(yōu)化澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)；可使注塑熔料達(dá)到最佳的流動(dòng)平衡，降低填 充壓力，使壓力均勻分布。

③ 能預(yù)測(cè)保壓過(guò)程中型腔內(nèi)熔體的壓強(qiáng)、密度和剪切應(yīng)力分布等，優(yōu)化注塑方案，縮 短成型周期，提高生產(chǎn)效率。

④ 通過(guò)模流分析能優(yōu)化注塑成型工藝參數(shù)，預(yù)知注塑機(jī)所需的注射壓力及鎖模力。

⑤ 通過(guò)模流分析，使設(shè)計(jì)者能盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可為模具的設(shè)計(jì)、改善模具結(jié)構(gòu)提供依 據(jù)；通過(guò)模流分析驗(yàn)證模具結(jié)構(gòu)的合理性，優(yōu)化了模具設(shè)計(jì)；最重要的是提高了塑料制品的 成型質(zhì)量。

利用模流分析，了解模溫及冷卻情況，分析制品翹曲變形、收縮、凹痕等缺陷是否會(huì)產(chǎn)生。在設(shè)計(jì)冷卻水管時(shí)，可根據(jù)具體情況，考慮如何合理設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)。

① 利用CAE技術(shù)，可使經(jīng)驗(yàn)積累與現(xiàn)場(chǎng)試模相輔相成，累積試模經(jīng)驗(yàn)，花最少的成 本，迅速培養(yǎng)CAE分析專業(yè)人員，提升模具設(shè)計(jì)質(zhì)量。

② 利用模流分析能預(yù)知熔體的填充，優(yōu)化熔接痕所處位置，幫助設(shè)計(jì)者分析、更改塑 件壁厚、應(yīng)用順序閥，通過(guò)控制澆口開閉時(shí)間和注塑成型工藝參數(shù)的設(shè)置、達(dá)到改善熔接痕 的位置、優(yōu)化塑件表面熔接痕的目的。

通過(guò)模流分析預(yù)知熔體在填充過(guò)程中產(chǎn)生困氣的位置，使設(shè)計(jì)師可以參考模流分析 設(shè)計(jì)模具的排氣系統(tǒng)。

9.2模流分析的應(yīng)用軟件簡(jiǎn)介

① 模流分析的軟件名稱和開發(fā)公司

目前，市面上可以看到的模流分析軟件有很多，如表9-1所示。

① MOLDFLOW軟件

MOLDFLOW軟件是澳大利亞MOLDFLOW公司在1976開發(fā)的，在2000年該公司收 購(gòu)了美國(guó)的AC-Tech公司的C-MOLD軟件，使之成為世界著名的塑料成型分析軟件C- Mold0經(jīng)過(guò)30多年的持續(xù)努力和發(fā)展，MOLDFLOW已成為全球塑料行業(yè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)分析 軟件。

② 華塑CAE軟件

華塑CAE模流分析軟件由華中科技大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究開發(fā)。從 1989年推出的HSCAE1.0版，到2008年的HSCAE7. 1版，經(jīng)歷了從二維分析到三維分 析，從實(shí)用化到商品化，從局部試點(diǎn)到大面積推廣應(yīng)用的過(guò)程，已成為塑料制品設(shè)計(jì)、模具 結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工程師培訓(xùn)的有力工具。目前華塑CAE的客戶已有上百家，如海爾、科龍、比 亞迪、東江、德豪潤(rùn)達(dá)等，為全面提高我國(guó)的塑料模具工業(yè)的技術(shù)水平和企業(yè)的生產(chǎn)、設(shè) 計(jì)、開發(fā)能力，降低成本及增加效益提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。華塑CAE有明顯的語(yǔ)言和技 術(shù)優(yōu)勢(shì)，易學(xué)好懂，操作便利，可以很快地設(shè)計(jì)出方案，進(jìn)行模流分析，指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn) 制造。

華塑CAE采用了國(guó)際上流行的OpenCL圖形核心和高效精確的數(shù)值模擬技術(shù)。它支持 多種通用的數(shù)據(jù)交換格式。華塑CAE軟件支持國(guó)內(nèi)外材料數(shù)據(jù)庫(kù)，可以測(cè)試并添加新獲得 的塑料流變數(shù)據(jù)，支持開放式注塑機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)以及模具鋼材數(shù)據(jù)庫(kù)，從而形成具有企業(yè)特色的 數(shù)據(jù)庫(kù)，因此分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠。華塑CAE3D軟件能預(yù)測(cè)充模過(guò)程中的流動(dòng)前沿位置、熔 接痕和氣穴位置、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、剪切應(yīng)力場(chǎng)、剪切速率場(chǎng)、表面定向、收縮率、密度場(chǎng) 以及鎖模力等物理量；冷卻過(guò)程模擬支持常見的多種冷卻結(jié)構(gòu)，為用戶提供型腔表面溫度分布數(shù)據(jù)；應(yīng)力分析可以預(yù)測(cè)制品在脫模時(shí)的應(yīng)力分布情況，為最終的翹曲和收縮分析提 供依據(jù)；翹曲分析可以預(yù)測(cè)制品脫模后的變形情況，預(yù)測(cè)最終的制品形狀。利用這些分 析數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)模擬，可以極大限度地優(yōu)化澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工藝條件，指導(dǎo)用戶優(yōu)化冷卻 系統(tǒng)和工藝參數(shù)、縮短設(shè)計(jì)周期、減少試模次數(shù)、提高和改善制品質(zhì)量，從而起到降低 生產(chǎn)成本的目的。

9.3模流分析內(nèi)容和流程

由于采用流動(dòng)模擬可優(yōu)化澆口數(shù)目、澆口位置和注塑工藝參數(shù)，預(yù)測(cè)所需的注塑壓力和 鎖模力，并發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的注塑不足、燒焦、不合理的熔接痕位置和氣穴等缺陷，因此現(xiàn)在 很多客戶在模具結(jié)構(gòu)確定前，要求模具供應(yīng)商提供CAE分析報(bào)告。

9.3.1模流分析內(nèi)容

注塑模CAE分析的內(nèi)容很廣泛，主要包括以下幾個(gè)方面。

① 充模過(guò)程模擬。

② 保壓過(guò)程模擬。

③ 冷卻分析、纖維取向分析及翹曲分析。

④ 塑料熱物理性能和有關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)定。

如圖9-1所示為注塑模CAE的計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)。

9.3.2模流分析步驟及流程

通常，注塑模CAE系統(tǒng)的使用大致上分為前處理、分析求解、后處理三個(gè)步驟，注塑 模CAE系統(tǒng)也由相應(yīng)的三個(gè)模塊組成。

① 前處理。設(shè)定成型樹脂、模具材料、注塑機(jī)規(guī)格及冷卻液種類等；建立有限元法 (FEM)模型，將流道、澆口及型腔建成有限元網(wǎng)格；設(shè)定成型條件，包括注塑壓力、注塑 速度、冷卻溫度等。

① 分析求解。包括充填分析、保壓分析、冷卻分析及翹曲分析等。

② 后處理。各種分析結(jié)果的數(shù)據(jù)顯示，包括彩色云紋圖、等值線圖、zy平面圖及文字 報(bào)告、數(shù)字顯示等。

圖9-2為CAE軟件執(zhí)行流程圖。

9.4模流分析的應(yīng)用

近年來(lái)，模流分析在注塑領(lǐng)域中的重要性日益提升。模流分析從原理上說(shuō)明了許多使注 塑失敗的原因，如翹曲、飛邊、熔接痕的位置等。當(dāng)然對(duì)于模流分析的結(jié)果，有時(shí)不一定百 分之百的正確，還需要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)給予判斷和確認(rèn)，特別是對(duì)熔接痕是否存在的問(wèn)題。

目前，注塑CAE軟件能成功地應(yīng)用于在以下三方面。

9. 4. 1塑件設(shè)計(jì)

塑件設(shè)計(jì)者能通過(guò)模流分析解決下列問(wèn)題。

① 塑件能否全部充滿這是一個(gè)為廣大模具設(shè)計(jì)者普遍關(guān)注的問(wèn)題，特別是當(dāng)設(shè)計(jì)大 型塑件時(shí)尤其如此。在設(shè)計(jì)者的心目中，材料結(jié)構(gòu)特性、裝飾特性和加工特性之間的關(guān)系往 往模糊不清，而模流分析以科學(xué)的方式提供了在設(shè)計(jì)階段對(duì)不同塑料及其與成型有關(guān)的特性 進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。

② 塑件實(shí)際最小壁厚這是一個(gè)直接關(guān)系到塑件成本的問(wèn)題。塑料成本往往占成本的 40%,使用薄壁塑件能大大降低塑件的用料成本，縮短冷卻時(shí)間（冷卻時(shí)間是塑件壁厚平方 的函數(shù)），提高生產(chǎn)效率，進(jìn)而降低了塑件的成本。

③ 澆口的位置是否合適澆口的位置對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有至關(guān)重要的影響，合理運(yùn)用模流 分析方法能使產(chǎn)品設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)具有充分的選擇澆口位置的余地，確保制品的美觀，并同 時(shí)滿足價(jià)格要求。

9.4 2模具設(shè)計(jì)和制造

流動(dòng)分析可以在以下諸方面輔助設(shè)計(jì)者和制造者，以得到良好的模具設(shè)計(jì)。

① 良好的充填方式對(duì)任何注塑過(guò)程來(lái)說(shuō)，最重要的是控制充填的方式，采用模流分 析則可以最大限度地避免或消除因?yàn)槌涮畈缓盟斐傻姆肿尤∠蚝吐N曲變形，從而保證產(chǎn)品 的質(zhì)量和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。

② 最佳的澆口位置及澆口數(shù)量為了對(duì)充填方式進(jìn)行控制，模具設(shè)計(jì)者必須選擇合適的 澆口位置和澆口數(shù)量。模流分析使設(shè)計(jì)者有多種澆口位置的選擇方案并對(duì)其影響作出了評(píng)價(jià)。這一分析也可指導(dǎo)塑件設(shè)計(jì)，從而使?jié)部谖恢眉皵?shù)量滿足制品外觀質(zhì)量及成型方面的要求。

③ 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在模具設(shè)計(jì)中采用平衡式澆注系統(tǒng)，無(wú)論對(duì)設(shè)計(jì)者、制造者還是 產(chǎn)品質(zhì)量本身都是有利的。非平衡式澆注系統(tǒng)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中是非常困難的，它要經(jīng)過(guò)大量修 改、試模才能達(dá)到較為理想的狀態(tài)。而采用模流分析則可以幫助設(shè)計(jì)者較為輕松地設(shè)計(jì)出壓 力平衡、溫度平衡或者壓力、溫度都平衡的非平衡式澆注系統(tǒng)，并可對(duì)流道內(nèi)的剪切速率和 摩擦熱進(jìn)行估算，進(jìn)而可以避免由于澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的問(wèn)題而使材料產(chǎn)生降解和型腔內(nèi)的熔體 溫度過(guò)高的現(xiàn)象。

④ 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通過(guò)冷卻分析，可以合理地布置冷卻水道，獲得合理的冷卻效果， 縮短冷卻時(shí)間，減少翹曲變形，提髙制品質(zhì)量。

⑤ 減少返修成本模流分析可以提髙模具一次試模成功的可能性。設(shè)計(jì)者和使用者都知道，模具的反復(fù)返工要耗費(fèi)大量的時(shí)間和資金。模流分析使得在試模之前就可確認(rèn)各種模 具設(shè)計(jì)方案對(duì)模塑過(guò)程的影響，無(wú)疑將大大減少時(shí)間和資金的消耗。此外，未經(jīng)反復(fù)返工的 模具，其壽命也較長(zhǎng)。

9.4.3成型工藝

① 更加寬廣更加穩(wěn)定的加工程度模流分析會(huì)對(duì)熔體溫度、模具溫度和注塑速度等主 要注塑加工參數(shù)的變動(dòng)影響提出一個(gè)目標(biāo)趨勢(shì)。借助模流分析，注琴工便可估測(cè)出各個(gè)加工 參數(shù)的正確值，并確定其變動(dòng)范圍，與模具設(shè)計(jì)者一起，選擇使用^經(jīng)濟(jì)的設(shè)備，確定最佳 的模具方案。

② 減少塑件應(yīng)力和翹曲選擇最好的加工參數(shù)使塑件殘留應(yīng)力最小。殘留應(yīng)力常常使 塑件在成型后出現(xiàn)翹曲，甚至發(fā)生失效。

③ 省料和減少過(guò)量充模采用模流分析技術(shù)一般可以節(jié)省5%的材料，這對(duì)大量生產(chǎn)來(lái) 說(shuō)是很有意義的。同時(shí)還有助于消除因局部過(guò)量注塑而造成的翹曲。

④ 最小的流道尺寸和回收料成本模流分析有助于選定最佳的流道尺寸，從而盡量減 小澆注系統(tǒng)的體積，縮短流道部分塑料的冷卻時(shí)間，從而縮短整個(gè)注塑周期，并將回收料成 本降到最低。

ESS模流分析報(bào)告內(nèi)容

模流分析報(bào)告最好用下面的格式。

① 制品說(shuō)明：最好用制品圖表達(dá)，文字說(shuō)明長(zhǎng)、寬、高尺寸。

② 制品厚度：最厚、最薄。

③ 使用成型塑料的型號(hào)品牌。

④ 使用軟件：MOLDFLOW。

⑤ 問(wèn)題焦點(diǎn)：預(yù)測(cè)結(jié)合線的位置、制品變形、改善流道平衡、減少熔接痕產(chǎn)生或改變 其位置所在、預(yù)測(cè)成型壓力、預(yù)測(cè)所需的鎖模力等。

⑥ 解決方案：由以上分析結(jié)果得知，探討問(wèn)題的所在以及改進(jìn)方式，對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行 說(shuō)明。

⑦ 通過(guò)模流分析，結(jié)合工程師的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步修正，最后以試模驗(yàn)證。