CAE模流分析优化热流道设计

第３６卷㊀第９期㊀吉㊀林㊀化㊀工㊀学㊀院㊀学㊀报Ｖｏｌ.３６Ｎｏ.９㊀２０１９年９月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＪＩＬＩＮＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＣＨＥＭＩＣＡＬＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＳｅｐ.㊀２０１９收稿日期:２０１９￣０８￣０４基金项目:江西省教育厅项目(ＧＪＪ１７１２５９)作者简介:尹小定(１９８０￣)ꎬ女ꎬ江西南昌人ꎬ江西机电职业技术学院讲师ꎬ硕士ꎬ主要从事模具设计与制造方面的研究.㊀㊀文章编号:１００７￣２８５３(２０１９)０９￣００２８￣０７注塑模设计中冷㊁热流道技术在Ｍｏｌｄｆｌｏｗ中的比较分析尹小定１ꎬ赵会娟２ꎬ王登化１ꎬ丁禹轩３(１.江西机电职业技术学院材料工程系ꎬ江西南昌３３００１３ꎻ２.济源职业技术学院机电工程系ꎬ河南济源４５９０００ꎻ３.长春工业大学国际教育学院ꎬ吉林长春１３００１２)摘要:以Ｍｏｌｄｆｌｏｗ软件为分析平台ꎬ以电器过线板的模具设计为例ꎬ首先分析了塑件结构的工艺性ꎬ然后采用冷㊁热流道技术进行塑件成型分析.对比两种技术的ＣＡＥ参数ꎬ从结果可知ꎬ在注射模具设计中应用热流道技术可采用较低充填熔体温度ꎬ显著降低熔体聚合物分解的风险ꎬ同时采用热流道技术可以降低因困气和温差导致的气穴和熔接痕的可能性ꎬ同时也可减少冷却时间极大地提高了模具生产的效率.整个分析结果在一定程度上为热流道技术在注塑模具设计中的广泛应用提供了理论支持.关键词:Ｍｏｌｄｆｌｏｗꎻ电器过线板ꎻ热流道ꎻＣＡＥꎻ冷流道中图分类号:ＴＰ３９１文献标志码:ＡＤＯＩ:１０.１６０３９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ２２－１２４９.２０１９.０９.００８㊀㊀热流道技术是普通注塑模浇注系统上的一项重大改革ꎬ它利用加热的办法ꎬ使从注塑机喷嘴起到型腔入口这一段流道中的塑料一直保持熔融状态ꎬ保证了在开模时只需要取出产品ꎬ而不必取出热流道浇注系统ꎬ避免了冷流道系统中产生的大量塑料废料ꎬ降低了制件的成本[１￣３].Ｍｏｌｄｆｌｏｗ软件提供强大的分析功能ꎬ可以对塑料制品和模具进行深入分析ꎬ该软件可在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析ꎬ包括填充㊁保压㊁冷却㊁翘曲㊁纤维取向㊁结构应力和收缩㊁以及气体辅助成型分析等[４￣７].本文通过电器过线板的具体案例ꎬ以Ｍｏｌｄｆｌｏｗ软件为平台ꎬ对比分析采用冷㊁热流道时产品成型的工艺参数ꎬ为塑模热流道技术的推广提供理论支持[８].１㊀产品前处理及最佳浇口设计１.１㊀产品的三维造型及前处理电器过线板的结构工程图ꎬ如图１所示.图１㊀塑件结构工程图㊀㊀塑件的外轮廓尺寸为２０８ｍｍˑ１０９.０７ｍｍˑ４ｍｍꎬ壁厚不均ꎬ最薄处厚仅为０.４４ｍｍꎬ最厚处为１.０ｍｍꎬ平均壁厚约为０.５６ｍｍ.该产品生产批量为５０万ꎬ材料为ＰＣ＋ＡＢＳ亦称聚碳酸酯与丙烯腈￣丁二烯￣苯乙烯共聚物塑料合金.该塑件整体上为平板件ꎬ不允许表面出现熔接痕㊁缩孔㊁缩痕㊁飞边和平面翘曲变形ꎬ总体尺寸要求精度较高.从图１中的局部扩大视图中可知ꎬ塑件背面有多个尺寸很小的卡扣结构ꎬ该结构对产品成型极为不利ꎬ如何选择合适的浇注系统是保证产品成型质量要求的关键.将该产品３Ｄ模型转换为ＳＴＰ格式后导入到Ｍｏｌｄｆｌｏｗ软件中ꎬ生成４３１７０个单元网格ꎬ最小网格纵横比值为１.１６ꎬ最大值为１８.３２ꎬ平均值为２.０８ꎬ匹配率大于９０％达到９３.２％ꎬ网格模型完全满足模流分析的要求.１.２㊀最佳浇口设计浇口位置的设定直接关系到熔体到模具型腔内的流动ꎬ从而影响聚合物分子的取向和产品成型后的质量[９].利用Ｍｏｌｄｆｌｏｗ分析ꎬ选取最佳位置的结果如图２所示的箭头位置.为使塑件表面不受损伤ꎬ增设了小凸台保证脱模时浇口断裂在凸台小端处[１０].图２㊀最佳浇口设计２㊀基于Ｍｏｌｄｆｌｏｗ的冷㊁热流道技术的ＣＡＥ㊀㊀该塑件材料的成型工艺参数为:熔体温度２８０ħꎬ模具表面温度７５ħꎬ顶出温度９４ħꎬ绝对最大熔体温度为３６０ħꎬ最大剪切速率４０００ｓ－１ꎬ最大剪切应力０.４ＭＰａ.２.１㊀冷流道分析２.１.１㊀充填时间和充填温度由图３充填时间和充填温度结果可知ꎬ熔融的料流从浇口开始进入型腔ꎬ分别向周边充填.最后四股料流在中间汇合ꎬ充填完成时间为１.０６０ｓ.浇口料流温度为２８３.３ħ稍高于该熔体温度ꎬ到达中间汇合处的温度为２５７.３ħꎬ温度梯降为２５.９ħ.(ａ)充填时间(ｂ)充填温度图３㊀充填时间和充填温度２.１.２㊀注射压力和剪切速率由图４所示注射压力和剪切速率分析结果可知ꎬ为了充填满型腔ꎬ塑料熔体的注射压力为１０５.７ＭＰａ.为了提高熔体的流动效率ꎬ主要是提高充填的温度ꎬ在注射压力上并没有太大的提高ꎬ但是塑料熔体却受到了很大的剪切ꎬ在充填结束时ꎬ其剪切速率达到了１.０７５Ｅ＋０５ꎬ远远大于该塑料合金的最大剪切速率４０００ｓ－１.一般剪切速率大ꎬ表观粘度降低ꎬ越利于注射ꎬ但是过大剪切速率会导致塑料分解[１１].(ａ)注射压力９２㊀㊀第９期尹小定ꎬ等:注塑模设计中冷㊁热流道技术在Ｍｏｌｄｆｌｏｗ中的比较分析㊀㊀㊀(ｂ)剪切速率图４㊀注射压力和剪切速率２.１.３㊀冷却时间和收缩率从图５结果分析可知ꎬ为了到达该塑料合金的顶出温度ꎬ用了１０.９６ｓ的冷却定型时间.此时达到顶出温度时的塑件的体积收缩率为６.９３６％ꎬ如图５(ｂ)所示.(ａ)冷却时间(ｂ)收缩率图５㊀冷却时间和收缩率２.１.４㊀气穴图６为塑件正㊁反两面产生气穴的分析结果.在中间最后的料流汇合的位置有气穴ꎬ塑件的两端转折处也出现了气穴ꎬ还有就是塑件反面的卡扣位置气穴也较多.这些部位困气较严重ꎬ容易出现缺胶ꎬ在这些部位建议采用排气镶件来解决困气.(ａ)正面气穴(ｂ)反面气穴图６㊀正㊁反面产生气穴２.１.５㊀熔接痕分析评估熔接痕是否影响外观的标准主要有两个:一是熔接痕形成的温度及周围的温度差ꎬ二是形成熔接痕的料流汇合角度及是否困气[１２].结合图３中的充填温度和图７的分析结果可知ꎬ其温度并没有太大的差异ꎬ熔接痕呈现十字行ꎬ主要是左右和前后两股料流前沿相遇造成的ꎬ同时从汇流角度以及结合气穴结果分析ꎬ该熔接痕主要因困气造成的可能性也比较大些.图７㊀熔接痕２.１.６㊀翘曲分析成型中各种因素导致的翘曲变形分析是ＣＡＥ软件中求解非线性结果的高性能程序[１３].从０３㊀㊀吉㊀林㊀化㊀工㊀学㊀院㊀学㊀报㊀㊀２０１９年㊀㊀图８结果可知ꎬＸ方向的变形为０.２０５６ｍｍꎬＹ方向的变形为０.２８６１ｍｍꎬＺ方向的变形为０.３７７４ｍｍꎬ总的变形为０.４２９４ｍｍ.这是一个比较好的翘曲变形值ꎬ各向变形结果均小于０.５ｍｍ.(ａ)总变形(ｂ)Ｘ方向(ｃ)Ｙ方向(ｄ)Ｚ方向图８㊀翘曲分析２.２㊀热流道分析２.２.１㊀充填时间和充填温度由图９充填时间和充填温度结果可知ꎬ熔融的料流从浇口开始进入型腔ꎬ分别向周边充填.最后四股料流在中间汇合ꎬ充填完成时间为０.７４９８ｓ.浇口料流温度为２６３.４ħ稍高于该熔体的温度ꎬ到达中间汇合处的温度为２１３.４ħꎬ温度梯降为５０ħ.由于温度差降较大ꎬ可能会对后续分析带来一定的影响.(ａ)充填时间(ｂ)充填温度图９㊀充填时间和充填温度２.２.２㊀注射压力和剪切速率由图１０的注射压力和剪切速率分析结果可知ꎬ充填满型腔时ꎬ塑料熔体的注射压力为１１３.０ＭＰａꎬ在压力上稍有提高.充填结束时ꎬ塑料熔体的剪切速率为４３１２７ｓ－１ꎬ大于该塑料合金的最大剪切速率４０００ｓ－１.但是相对于冷流道时所产生的剪切速率要小很多.这在一定程度上提高了注射效率ꎬ同时减少了塑料发生分解的可能性.(ａ)注射压力１３㊀㊀第９期尹小定ꎬ等:注塑模设计中冷㊁热流道技术在Ｍｏｌｄｆｌｏｗ中的比较分析㊀㊀㊀(ｂ)剪切速率图１０㊀注射压力和剪切速率２.２.３㊀冷却时间和收缩率从图１１(ａ)结果分析可知ꎬ为了到达该塑料制品的顶出温度ꎬ用了４.１５９ｓ的冷却定型时间.此时达到顶出温度时塑件的体积收缩率为６.１７７％ꎬ如图１１(ｂ)所示.(ａ)冷却时间(ｂ)收缩率图１１㊀冷却时间和收缩率２.２.４㊀气穴图１２中为塑件的正㊁反两面产生气穴的分析结果.出现困气的地方于冷流道浇注系统的位置差不多ꎬ但是比较困气的大小可以知道ꎬ热流道产生的气穴没有冷流道的大ꎬ同时数量上也有所减少ꎬ这和充填的料流温度有关ꎬ冷流道到的料流温度大ꎬ通过模具排气较困难ꎬ而热流道的充填料流温度要小ꎬ有利于型腔气体的快速排出.但是同样也需要困气部位进行模具结构的镶件设计.(ａ)正面气穴(ｂ)反面气穴图１２㊀正㊁反面产生气穴２.２.５㊀熔接痕分析图１３的分析结果可知ꎬ熔接痕主要呈现中间一字行ꎬ由左右各两股料流前沿相遇造成其温度并没有太大的差异ꎬ该熔接痕主要因困气造成的ꎬ模具结构设计时需要加强排气.图１３㊀熔接痕２.２.６㊀翘曲分析从图结果可知ꎬＸ方向的变形为０.２４６８ｍｍꎬＹ方向的变形为０.２９３７ｍｍꎬＺ方向的变形为０.６５２４ｍｍꎬ总的变形为０.７１９８ｍｍ.翘曲变形值相对于冷流道要大出很多ꎬ从翘曲产生的原因分析ꎬ是料流温差过大造成的ꎬ主要是采用的针阀式热流道ꎬ该充填方式决定了从浇口到料流末端的温差较大.为减少该塑件的翘曲变形ꎬ只需要从Ｚ向的脱模方向进行考虑ꎬ加强Ｚ向的平稳脱模ꎬ加强中间卡扣部分的均匀推出ꎬ是该模具结构设计要考虑的问题[１４].综合上述数据进行表１的对比ꎬ从结果可知ꎬ冷流道的充填相对比较难ꎬ因此靠提高塑料熔体的充填温度来提高塑料的流动性能ꎬ但是加快了高分子聚合物的相互剪切ꎬ使其剪切速率过大ꎬ聚合物分解的危险性增大.在充填压力和保压压力２３㊀㊀吉㊀林㊀化㊀工㊀学㊀院㊀学㊀报㊀㊀２０１９年㊀㊀上没有提高ꎬ但是冷却保压时间却相应的增加.(ａ)总变形(ｂ)Ｘ方向(ｃ)Ｙ方向(ｄ)Ｚ方向图１４㊀翘曲分析采用热流道充填ꎬ不需提高充填温度ꎬ只增大了充填压力和保压压力ꎬ结果体现了熔接痕和气穴方面有减少优势ꎬ也避免了剪切速率过大引起聚合物分解的危险性ꎬ但另一方面却增大了翘曲变形的趋势.从生产效率上来讲ꎬ开模时间为３ｓ.冷流道生产周期:１.０６１ｓ＋１０.９６ｓ＋３ｓ＝１５.０２１ｓꎻ热流道生产周期:０.７４９８ｓ＋４.１５９ｓ＋３ｓ＝７.９０８８ｓ.热流道的生产效率几乎是冷流道的一倍.另外冷流道还需要去除冷流道凝料和去浇口的时间ꎬ热流道无需人工操作ꎬ生产效率会有更进一步的提高ꎬ自动化程度更高.表１㊀冷㊁热流道分析对比结果对比项目冷流道热流道充填时间/ｓ１.０６００.７４９８充填温度/ħ２８３.２２６３.４充填压力/ＭＰａ１０５.７１１３.０体积收缩率/％６.９３６６.１１７翘曲总变形量/ｍｍ０.４２９４０.７１９８３㊀结㊀㊀论通过电器过线板注塑的具体案例ꎬ采用Ｍｏｌｄｆｌｏｗ分析软件对冷㊁热流道进行分析对比.结果表明ꎬ采用热流道技术虽然使塑件在翘曲分析结果不理想ꎬ但是该塑件从尺寸质量上主要控制平面尺寸精度ꎬ从脱模结构上采用平稳脱模方式ꎬ可极大确保了脱模方向的尺寸精度ꎬ同时能实现降低注射温度无聚合物分解的危险ꎬ也不需要考虑浇注系统凝料产生的废料和人工费用ꎬ大大提高了生产效率.参考文献:[１]㊀董祥忠ꎬ李年伟ꎬ沈洪雷.奥拓轿车前保险杠注塑模浇注系统的ＣＡＥ分析[Ｊ].工程塑料应用ꎬ２０１４ꎬ２７(１２):２８￣３１.[２]㊀马文静ꎬ葛正浩ꎬ张凯凯ꎬ等.基于Ｐｒｏ/Ｅ和Ｍｏｌｄｆｌｏｗ的键盘框架热流道注射模具设计[Ｊ].塑料.２０１１ꎬ４０(２):１１８￣１２１.[３]㊀ＳＯＤＥＲＧＡＮＤＡꎬＳＴＯＬＴＭ.Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｌａｃｔｉｃａｃｉｄｂａｓｅｄｐｏｌｙｍｅｒｓａｎｄｔｈｅｉｒｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ[Ｊ].ＰｒｏｇＰｏｌｙｍＳｃｉꎬ２００２ꎬ２７(６):１１２３￣１１６３.[４]㊀单志ꎬ邵会菊ꎬ郭建兵ꎬ等.基于ＣＡＥ技术的汽车外饰件翘曲分析及工艺优化[Ｊ].塑料ꎬ２０１０ꎬ３９(３):１１０￣１１２.[５]㊀尹小定.基于ＣＡＤ/ＣＡＥ技术的控制面板注塑模设３３㊀㊀第９期尹小定ꎬ等:注塑模设计中冷㊁热流道技术在Ｍｏｌｄｆｌｏｗ中的比较分析㊀㊀㊀计[Ｊ].塑料科技ꎬ２０１６ꎬ４４(６):６１￣６５. [６]㊀黄先.液晶电视前壳热流道顺序阀进浇方案Ｍｏｌｄｆｌｏｗ分析[Ｊ].塑料工业ꎬ２０１１ꎬ３９(７):５０￣５２. [７]㊀尹小定ꎬ黄有华ꎬ王春燕.ＣＡＥ技术在咖啡机控制面板冷却系统设计中的应用[Ｊ].吉林化工学报ꎬ２０１７ꎬ３４(５):４８￣５２.[８]㊀陈进武ꎬ曹秩杰ꎬ苏庆勇.Ｍｏｌｄｆｌｏｗ在塑料模热流道技术中的应用[Ｊ].塑料工业ꎬ２０１４ꎬ４２(４):３１￣３４[９]㊀黄桂坚ꎬ洪建明ꎬ伍晓宇ꎬ等.电梯人口盖板热流道注塑模具设计[Ｊ].工程塑料应用ꎬ２００９ꎬ３７(８):７２￣７６.[１０]屈华昌ꎬ吴梦陵.塑料成型工艺与模具设计[Ｍ].北京:高等教育出版社ꎬ２００７:１０９￣１１０.[１１]叶东ꎬ谭方云.剪切速率在大型塑料注射模设计中的拓展应用[Ｊ].模具工业ꎬ２００５ꎬ２９４(８):２７￣３０. [１２]余玲ꎬ陈是德ꎬ张诗.ＣＡＥ在汽车仪表板浇注系统设计的应用[Ｊ].塑料科技ꎬ２０１０ꎬ３８(１１):６９￣７３. 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CAE解决方案概述：CAE（计算机辅助工程）解决方案是一种基于计算机仿真技术的工程设计和分析方法，它通过数值计算和计算机模拟来模拟和预测产品的性能和行为。

本文将详细介绍CAE解决方案的定义、应用领域、主要功能和优势。

定义：CAE解决方案是一种利用计算机仿真技术进行工程设计和分析的方法。

它包括三个主要组成部分：前处理、求解器和后处理。

前处理阶段主要涉及几何建模、网格划分和边界条件的设定；求解器阶段主要是通过数值计算和计算机模拟来解决工程问题；后处理阶段则是对仿真结果进行可视化和分析。

应用领域：CAE解决方案广泛应用于各个领域，包括航空航天、汽车工程、能源、电子、建筑等。

在航空航天领域，CAE解决方案可以用于飞机的结构分析、气动性能分析和燃烧过程模拟；在汽车工程领域，它可以用于车辆碰撞仿真、发动机性能分析和车辆动力学模拟；在能源领域，它可以用于风力发电机组的结构设计和太阳能电池板的性能评估；在电子领域，它可以用于半导体芯片的热分析和电路板的电磁兼容性分析；在建筑领域，它可以用于建筑结构的强度和稳定性分析。

主要功能：CAE解决方案具有多种功能，包括结构分析、流体力学分析、热分析、振动分析和优化设计等。

在结构分析方面，它可以预测产品在不同载荷条件下的变形、应力和疲劳寿命；在流体力学分析方面，它可以模拟液体和气体在产品内部的流动和传热过程；在热分析方面，它可以评估产品在不同温度条件下的热传导和热辐射性能；在振动分析方面，它可以预测产品在不同频率下的共振和振动响应；在优化设计方面，它可以帮助工程师通过自动化算法找到最佳设计方案。

优势：CAE解决方案相比传统的试验方法具有多个优势。

首先，它可以在产品设计的早期阶段发现问题并进行改进，从而减少后期的成本和时间。

其次，它可以模拟各种复杂的工况和边界条件，提供更全面和准确的分析结果。

此外，它还可以通过参数化建模和优化设计来提高产品的性能和效率。

最后，CAE解决方案还可以帮助企业降低环境影响，减少资源消耗和废弃物产生。

CAE模流分析报告概述应用领域CAE模流广泛应用于各种工程领域，包括航空航天、汽车、能源、建筑等。

在航空航天方面，CAE模流可以用于飞行器气动性能和燃烧过程的分析和优化。

在汽车行业，CAE模流可以用于车身气动性能、燃烧过程和热管理系统的优化。

在能源领域，CAE模流可以用于燃烧过程和热交换设备的优化。

在建筑领域，CAE模流可以用于建筑物通风、空调和消防系统的分析和设计。

优点CAE模流相较于传统的实验室试验和经验公式有许多优点。

首先，CAE模流可以提供准确和详尽的流体力学参数，如速度场、压力分布和温度场等，从而有效地进行流场分析和优化。

其次，CAE模流可以提供全局和局部的流场信息，使得工程师可以更好地了解流体力学现象和设计问题，并提供解决方案。

此外，CAE模流允许工程师在早期设计阶段进行虚拟试验，从而降低实验成本和研发周期。

局限性尽管CAE模流具有许多优点，但也存在一些局限性。

首先，CAE模流的准确性和可靠性受到数值计算和模型参数的影响。

不准确的数值计算和不合理的模型参数可能导致错误的结果和误差。

其次，CAE模流对计算机硬件和软件的要求较高，需要大量的计算资源和专业的软件支持。

此外，CAE模流的模型建立和网格划分对工程师的经验和技能要求较高，需要深入理解流体力学和数值计算的原理和方法。

应用评估根据实际应用的情况，CAE模流在工程设计和开发中的应用可以有不同的效果。

对于一些复杂的流体力学问题，如空气动力学和湍流流动等，CAE模流可以提供重要的分析和优化结果，从而指导工程设计和产品改进。

例如，一家汽车制造商可以使用CAE模流来评估不同车型的气动性能，并提供改进方案。

然而，在一些简单的流体力学问题，如液体流动和传热等，CAE模流的应用可能不如传统的经验公式和规则实用。

因此，在应用CAE模流之前，需要充分考虑问题的复杂性和实际需求。

结论综上所述，CAE模流是一种广泛应用于工程设计和开发的流体力学分析方法。

它具有精确、全面和虚拟试验的优势，但也受到数值计算、计算机硬件和软件支持的限制。

模流分析与优化随着现代科技的不断发展和应用，很多领域都需要对模流进行分析和优化。

模流分析和优化技术在工业生产、航空、汽车、能源等多个领域拥有广泛的应用。

本文将讨论模流分析与优化的基本原理及应用，以期对读者有所帮助。

一、模流分析的基本原理模流分析是一种利用计算机模拟和数值计算方法对流动过程进行分析和预测的技术。

在模拟过程中，会利用数学模型、流体力学理论和计算机仿真技术，对流体在模具中的流动情况进行分析，以获取流场信息、速度场信息、压力场信息等。

通过分析这些信息，可以发现并消除流动中出现的问题，提高模具的设计质量和制造效率。

模流分析的基本原理包括数学模型、数值计算方法和计算机仿真技术。

数学模型是模流分析的核心，它是一个对真实流动情况进行概括和简化的理论模型。

在数学模型的基础上，可以使用数值计算方法对流动过程进行数值计算，获得模拟结果。

计算机仿真技术则是利用计算机软件对数值计算进行模拟的技术。

二、模流分析的应用模流分析技术在工业生产中的应用非常广泛。

它可以用来优化设计和生产过程，提高产品质量、降低生产成本。

例如，在汽车工业中，通过模流分析可以对发动机的气缸形状、进气和出气道设计等进行分析和优化，以提高发动机的效率和性能。

在飞机制造中，模流分析也被广泛应用，通过计算机仿真技术，可以对燃烧室、翼型等进行优化，以提高飞机飞行的稳定性和安全性。

此外，模流分析技术还可以应用于船舶、能源、建筑和制药等领域，对流动过程进行优化，提高生产效率和质量。

三、模流优化的方法模流优化技术是在模流分析的基础上发展起来的。

它通过改进设计和优化生产过程，达到提高产品品质和生产效率的目的。

常见的模流优化方法包括：几何形状优化、流量均匀性优化、缩短循环时间、减小调试时间等。

几何形状优化是指通过调整模具的几何形状，来改进产品的流动性能。

例如，在衬胶模制造中，通过加工模具内部表面来调整形状，可以使模具内部流动状态更为均匀，提高产品的成型精度和一致性。

CAE技术中的优化和仿真首先，优化是在各种设计约束条件下，通过数学建模和优化算法，寻找最优解的过程。

在工程设计中，通常有许多性能指标和约束条件需要满足，如强度、刚度、耐久性、重量和成本等。

通过优化算法，可以在这些性能指标和约束条件之间找到一个平衡点，使得设计在满足各种要求的情况下达到最佳状态。

优化算法常见的方法有遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。

优化在CAE技术中的应用非常广泛。

例如，在结构设计中，可以通过优化算法优化结构的形状、材料和尺寸，以满足强度和刚度等要求。

在流体动力学中，可以通过优化算法改善气流和水流的性能，提高效率和降低能耗。

在电子设计中，可以通过优化算法来提高电路的性能和可靠性。

在汽车工程和航空航天工程等领域中，优化算法可以帮助提高车辆和飞机的性能和安全性。

其次，仿真是通过计算机模拟和计算分析，对设计进行验证和评估的过程。

通过仿真可以模拟设计在实际工作条件下的行为，评估设计的性能和可靠性，发现潜在的问题和改进的空间。

在CAE技术中，仿真可以分为结构仿真、流体仿真、热仿真和多物理场仿真等。

结构仿真是对设计的结构部分进行力学分析和应力分析，以评估其强度和刚度等性能。

通过结构仿真可以模拟设计在承受外力和载荷时的应力和应变状态，从而评估结构的安全性和稳定性。

流体仿真是对流体流动和气动性能进行分析和优化。

通过流体仿真可以模拟流体在设计中的流动行为，评估流体的速度场、压力场和湍流程度等参数。

热仿真是对设计进行热分析和传热分析，以评估其热传导和散热性能。

多物理场仿真是对设计进行多个物理场的耦合分析，以评估多个物理场相互作用的行为。

仿真在CAE技术中的应用非常广泛。

例如，在汽车工程中，通过结构仿真可以评估车身的刚度、碰撞安全性和噪音振动性能等。

通过流体仿真可以评估车辆的气动性能，提高燃油经济性和降低风阻。

在航空航天工程中，通过结构仿真可以评估飞机的结构强度和疲劳寿命，提高飞行安全性。

通过流体仿真可以评估飞机的气动稳定性、空气动力学和燃烧性能等。

热流道模具设计范文一、引言热流道模具是一种用于塑料注射成型的模具，它通过加热系统来保持塑料在注射成型过程中的流动状态，以提高塑件品质和生产效率。

本文将介绍一个热流道模具的设计方案，包括模具结构设计、加热系统设计、温度控制系统设计等方面。

二、模具结构设计1.型腔设计根据产品的形状和尺寸要求，设计适当的型腔结构。

型腔设计应尽量避免死角和浇口积料处的堵塞，保证塑料在注射过程中的流动性。

2.浇口设计根据塑料的流动特性和产品的结构要求，设计合理的浇口位置和形状。

浇口应尽量靠近塑件的厚壁部位，以提高塑料充填的均匀性和成型品质。

3.冷却系统设计冷却系统的设计对于热流道模具成型质量和生产效率至关重要。

合理的冷却系统设计能够提高塑件的冷却速度，缩短生产周期。

应根据产品的结构和尺寸，合理布置冷却水管道，确保冷却水能够充分冷却型腔，并保持恒定的温度。

三、加热系统设计1.热流道板材料选择热流道板材料应选择导热性能好、耐热性好、耐腐蚀性好的材料。

一般常用的材料有铜、铝、不锈钢等。

2.加热器选择加热器的选择应根据模具的型号、尺寸和工作温度来确定。

加热器应能提供稳定、均匀的加热温度，以保证塑料在注射成型过程中的流动性和稳定性。

3.温度控制系统设计温度控制系统的设计要考虑到加热器和热流道之间的传热效率、温度的均匀性等因素。

一般采用PID控制器来实现温度的控制，通过传感器实时监测热流道的温度，通过控制器调节加热器的功率来控制温度。

四、模具流动分析在设计热流道模具之前，可以利用模流分析软件对模具的充填性能进行分析。

通过模流分析，可以优化模具的型腔结构、浇口位置和冷却系统设计，以提高塑件的成型品质。

五、结论热流道模具设计是一个复杂而关键的工作，需要综合考虑产品的结构和尺寸要求、塑料的流动特性、加热系统的设计等因素。

通过合理的模具结构设计、加热系统设计和温度控制系统设计，可以提高塑件的成型品质和生产效率，降低生产成本。

模流分析软件的使用可以更好地指导热流道模具的设计过程。

cae解决方案《CAE解决方案：优化设计与模拟分析》在当今的工程领域，计算机辅助工程（CAE）技术已经成为了设计和分析的主要工具。

CAE技术通过数值模拟和分析，可以有效地优化产品设计和工艺流程，从而提高产品的性能和质量，降低生产成本。

在这一领域，一些行业领先的公司已经发展了一系列独特的解决方案，以满足不同行业和产品的需求。

首先，CAE解决方案可以帮助工程师和设计师进行结构分析，以验证产品的强度和刚度。

通过有限元模拟技术，可以对复杂的结构进行精密的应力和变形分析，从而有效地提前发现潜在的设计缺陷。

这种技术不仅可以节省产品开发周期，还可以减少试验次数，节约成本。

其次，CAE解决方案也可以用于流体力学分析，帮助工程师优化流体系统的设计。

例如，在汽车和飞机的空气动力学设计中，可以通过数值模拟来评估不同的外形设计对气动性能的影响，从而寻找最佳设计方案。

同时，CAE技术也可以用于模拟流体在管道和设备中的流动特性，帮助工程师准确地优化系统的运行参数。

此外，CAE解决方案还包括了多学科耦合分析，可以综合考虑结构、流体、热传导等多种物理场的相互影响。

通过这种方法，工程师可以更加全面地评估产品的性能，发现和解决潜在的设计问题。

这对于一些复杂系统的设计来说尤为重要，如飞机、船舶等大型复杂产品的设计和分析。

总的来说，CAE解决方案作为一种高效的工程技术，已经在现代工程设计中发挥了重要的作用。

通过结构分析、流体力学分析和多学科耦合分析等方式，工程师可以借助这些技术来优化产品设计，提高产品性能，降低生产成本，为企业创造更大的价值。

因此，对于即将投身工程领域的年轻人来说，深入了解和掌握CAE技术，将会为他们未来的工程职业发展带来巨大的帮助。

模具CAE技术简要概述模具CAE技术简要概述模具设计是工业生产中不可缺少的一环，而传统的模具设计一般需要经过反复试模和修改后才能达到满意的效果。

模具CAE技术的出现为模具设计带来了新的思路和方法，极大地提高了模具设计的效率和质量。

1. 模具CAE技术的基本概念CAE是Computer Aided Engineering（计算机辅助工程）的缩写，它是一种借助计算机技术，对工程设计进行分析、模拟和计算的工具。

模具CAE技术则是围绕模具设计的CAE技术，包括有限元分析、流体模拟、动力学分析、热分析等多种工程分析方法。

2. 模具CAE技术的作用模具CAE技术的主要作用是帮助模具设计师预测模具性能和行为，优化模具结构和工艺参数，降低模具试制成本和周期。

具体的作用包括：（1）热分析：通过对模具温度场分析，预测热应力的大小和分布情况，防止模具变形和破裂，保证模具寿命和稳定性。

（2）流场分析：对模具中流体的流动进行模拟和分析，找出流动不良的原因，优化模具结构和工艺，提高产品质量。

（3）有限元分析：采用有限元方法对模具的应力、应变和变形进行计算和预测，找出模具的弱点和疲劳区域，避免模具断裂或寿命不足的问题。

（4）结构优化：通过CAE软件的结构优化算法，对模具结构进行优化，减少重量和材料损耗，提高模具的强度和刚度。

3. 模具CAE技术的发展现状随着计算机技术和数值分析方法的不断发展，模具CAE技术也在不断完善和普及。

目前，国内外许多模具企业和研究机构都在广泛应用模具CAE技术，取得了显著的效果。

传统的模具设计需要反复试模和修改，造成了大量的时间和成本浪费。

而有了模具CAE技术，设计师可以在计算机上模拟和分析模具的性能和行为，精细调整模具结构和工艺参数，减少实际试制的次数和成本。

此外，模具CAE技术还可以帮助设计师快速制作出符合客户要求的产品，提高企业的市场竞争力和生产效益。

总之，模具CAE技术的出现为模具设计带来了新的思路和方法，通过计算机辅助工程和工程分析方法，对模具进行预测和优化，提高模具设计效率和质量，为模具行业发展和创新注入了新的动力和活力。

关于热流道系统的常见问题原因分析及解决1．热分流板达不到设定的温度原因：热电偶接触不良或失效，加热丝短路，加热丝接线太松或太短。

处理：检查热电偶接触是否正常，接线是否正确，检查发热丝回路。

2．热分流板升温太慢原因：某一根加热丝断路或接线太松，热分流板空气空隙不足，隔热垫片上过度冷却，热电偶接触不良。

处理：对所有加热丝进行检查，增加空气间隙，在定模固定板上增加隔热板，或降低对定模板固定板的冷却，检查热电偶接触是否良好。

3．热分流板温度不稳定原因：热电偶接触不良。

处理：检查热电偶。

4．熔体中存在金属碎片原因：注塑机螺杆上的碎片，注塑材料中的金属碎片。

处理：清除金属碎片，修补螺杆，过滤塑料中的杂质。

5．热分流板与热喷嘴结合面漏胶原因：膨胀量计算不对，定模固定板材料太软，热分流板短时间温度太高，O 型密封圈的安装有问题。

处理：重新计算并检查膨胀量，更换有适当硬度的定模固定板，更换已损坏的零部件各密封圈。

6．型腔无填允 1 原因：熔化温度太低，注射压力太小，浇口太小，热喷嘴太小，模温太低，熔胶筒的喷嘴口太小，热喷嘴堵塞。

处理：提高热喷嘴和分流板的温度，提高注塑压力，扩大浇口，提高模温，安装大规格喷嘴，加大熔胶口出料口，清除堵塞物。

7热喷嘴流延原因：回抽（倒索）不够，熔化温度太高，浇口太大，浇口冷却不足，运用了不正确的热喷嘴类型。

处理：加大回抽（倒索）量，降低热喷嘴温度或模温，选用合适的嘴头，加工正确的浇口尺寸。

8．热喷嘴不能正常工作原因：加热丝或热电偶有问题，热喷嘴堵塞，热喷嘴膨胀量计算不对处理：检查/更换加热丝，检查/更换热电偶，清洁热喷嘴，重新计算热喷嘴的膨胀量。

9制品上有较多飞边原因：注塑压力过高，温度过高，分模面平整质量差，锁模力不足，模具底板或注塑机动模/定模板不平整。

处理：降低注塑压力，降低热喷嘴/分流板/模具温度，增加锁模力，修整模具，修整注塑机动模/定模板。

10制品上或浇口区域产生焦印，焦痕原因：模具上排气不足，注射速度过快，浇口窝嘴尺寸不对，材料烘干不够。

注塑模设计中冷、热流道技术在Moldflow中的比较分析尹小定; 赵会娟; 王登化; 丁禹轩【期刊名称】《《吉林化工学院学报》》【年(卷),期】2019(036)009【总页数】7页(P28-34)【关键词】Moldflow; 电器过线板; 热流道; CAE; 冷流道【作者】尹小定; 赵会娟; 王登化; 丁禹轩【作者单位】江西机电职业技术学院材料工程系江西南昌 330013; 济源职业技术学院机电工程系河南济源 459000; 长春工业大学国际教育学院吉林长春130012【正文语种】中文【中图分类】TP391热流道技术是普通注塑模浇注系统上的一项重大改革，它利用加热的办法，使从注塑机喷嘴起到型腔入口这一段流道中的塑料一直保持熔融状态，保证了在开模时只需要取出产品，而不必取出热流道浇注系统，避免了冷流道系统中产生的大量塑料废料，降低了制件的成本[1-3].Moldflow软件提供强大的分析功能，可以对塑料制品和模具进行深入分析，该软件可在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，包括填充、保压、冷却、翘曲、纤维取向、结构应力和收缩、以及气体辅助成型分析等[4-7].本文通过电器过线板的具体案例，以Moldflow软件为平台，对比分析采用冷、热流道时产品成型的工艺参数，为塑模热流道技术的推广提供理论支持[8].1 产品前处理及最佳浇口设计1.1 产品的三维造型及前处理电器过线板的结构工程图，如图1所示.图1 塑件结构工程图塑件的外轮廓尺寸为208 mm×109.07 mm×4 mm，壁厚不均，最薄处厚仅为0.44 mm，最厚处为1.0 mm，平均壁厚约为0.56 mm.该产品生产批量为50万，材料为PC+ABS亦称聚碳酸酯与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物塑料合金.该塑件整体上为平板件,不允许表面出现熔接痕、缩孔、缩痕、飞边和平面翘曲变形，总体尺寸要求精度较高.从图1中的局部扩大视图中可知，塑件背面有多个尺寸很小的卡扣结构，该结构对产品成型极为不利，如何选择合适的浇注系统是保证产品成型质量要求的关键.将该产品3D模型转换为STP格式后导入到Moldflow软件中，生成43 170个单元网格，最小网格纵横比值为1.16，最大值为18.32，平均值为2.08，匹配率大于90%达到93.2%，网格模型完全满足模流分析的要求.1.2 最佳浇口设计浇口位置的设定直接关系到熔体到模具型腔内的流动，从而影响聚合物分子的取向和产品成型后的质量[9].利用Moldflow分析，选取最佳位置的结果如图2所示的箭头位置.为使塑件表面不受损伤,增设了小凸台保证脱模时浇口断裂在凸台小端处[10].图2 最佳浇口设计2 基于Moldflow的冷、热流道技术的CAE该塑件材料的成型工艺参数为：熔体温度280 ℃，模具表面温度75 ℃，顶出温度94 ℃，绝对最大熔体温度为360 ℃，最大剪切速率4 000 s-1,最大剪切应力0.4 MPa.2.1 冷流道分析2.1.1 充填时间和充填温度由图3充填时间和充填温度结果可知，熔融的料流从浇口开始进入型腔，分别向周边充填.最后四股料流在中间汇合，充填完成时间为1.060 s.浇口料流温度为283.3 ℃稍高于该熔体温度，到达中间汇合处的温度为257.3 ℃，温度梯降为25.9 ℃.(a) 充填时间(b) 充填温度图3 充填时间和充填温度2.1.2 注射压力和剪切速率由图4所示注射压力和剪切速率分析结果可知，为了充填满型腔，塑料熔体的注射压力为105.7 MPa.为了提高熔体的流动效率，主要是提高充填的温度，在注射压力上并没有太大的提高，但是塑料熔体却受到了很大的剪切，在充填结束时，其剪切速率达到了1.075E+05,远远大于该塑料合金的最大剪切速率4 000 s-1.一般剪切速率大，表观粘度降低，越利于注射，但是过大剪切速率会导致塑料分解[11].(a) 注射压力(b) 剪切速率图4 注射压力和剪切速率2.1.3 冷却时间和收缩率从图5结果分析可知，为了到达该塑料合金的顶出温度，用了10.96 s的冷却定型时间.此时达到顶出温度时的塑件的体积收缩率为6.936%，如图5(b)所示.(a) 冷却时间(b) 收缩率图5 冷却时间和收缩率2.1.4 气穴图6为塑件正、反两面产生气穴的分析结果.在中间最后的料流汇合的位置有气穴，塑件的两端转折处也出现了气穴，还有就是塑件反面的卡扣位置气穴也较多.这些部位困气较严重，容易出现缺胶，在这些部位建议采用排气镶件来解决困气.(a) 正面气穴(b) 反面气穴图6 正、反面产生气穴2.1.5 熔接痕分析评估熔接痕是否影响外观的标准主要有两个：一是熔接痕形成的温度及周围的温度差，二是形成熔接痕的料流汇合角度及是否困气[12].结合图3中的充填温度和图7的分析结果可知，其温度并没有太大的差异，熔接痕呈现十字行，主要是左右和前后两股料流前沿相遇造成的，同时从汇流角度以及结合气穴结果分析，该熔接痕主要因困气造成的可能性也比较大些.图7 熔接痕2.1.6 翘曲分析成型中各种因素导致的翘曲变形分析是CAE软件中求解非线性结果的高性能程序[13].从图8结果可知， X方向的变形为0.205 6 mm，Y方向的变形为0.286 1 mm，Z方向的变形为0.377 4 mm，总的变形为0.429 4 mm.这是一个比较好的翘曲变形值，各向变形结果均小于0.5 mm.(a)总变形(b)X方向(c)Y方向(d)Z方向图8 翘曲分析2.2 热流道分析2.2.1 充填时间和充填温度由图9充填时间和充填温度结果可知，熔融的料流从浇口开始进入型腔，分别向周边充填.最后四股料流在中间汇合，充填完成时间为0.749 8 s.浇口料流温度为263.4 ℃稍高于该熔体的温度，到达中间汇合处的温度为213.4 ℃，温度梯降为50 ℃. 由于温度差降较大，可能会对后续分析带来一定的影响.(a) 充填时间(b) 充填温度图9 充填时间和充填温度2.2.2 注射压力和剪切速率由图10的注射压力和剪切速率分析结果可知，充填满型腔时，塑料熔体的注射压力为113.0 MPa，在压力上稍有提高.充填结束时，塑料熔体的剪切速率为43 127 s-1,大于该塑料合金的最大剪切速率4 000 s-1.但是相对于冷流道时所产生的剪切速率要小很多.这在一定程度上提高了注射效率，同时减少了塑料发生分解的可能性.(a) 注射压力(b) 剪切速率图10 注射压力和剪切速率2.2.3 冷却时间和收缩率从图11(a)结果分析可知，为了到达该塑料制品的顶出温度，用了4.159 s的冷却定型时间.此时达到顶出温度时塑件的体积收缩率为6.177%，如图11(b)所示.(a) 冷却时间(b) 收缩率图11 冷却时间和收缩率2.2.4 气穴图12中为塑件的正、反两面产生气穴的分析结果.出现困气的地方于冷流道浇注系统的位置差不多，但是比较困气的大小可以知道，热流道产生的气穴没有冷流道的大，同时数量上也有所减少，这和充填的料流温度有关，冷流道到的料流温度大，通过模具排气较困难，而热流道的充填料流温度要小，有利于型腔气体的快速排出.但是同样也需要困气部位进行模具结构的镶件设计.(a) 正面气穴(b) 反面气穴图12 正、反面产生气穴2.2.5 熔接痕分析图13的分析结果可知，熔接痕主要呈现中间一字行，由左右各两股料流前沿相遇造成其温度并没有太大的差异，该熔接痕主要因困气造成的，模具结构设计时需要加强排气.图13 熔接痕2.2.6 翘曲分析从图结果可知， X方向的变形为0.246 8 mm，Y方向的变形为0.293 7 mm，Z 方向的变形为0.652 4 mm，总的变形为0.719 8 mm.翘曲变形值相对于冷流道要大出很多，从翘曲产生的原因分析，是料流温差过大造成的，主要是采用的针阀式热流道，该充填方式决定了从浇口到料流末端的温差较大.为减少该塑件的翘曲变形，只需要从Z向的脱模方向进行考虑，加强Z向的平稳脱模，加强中间卡扣部分的均匀推出，是该模具结构设计要考虑的问题[14].综合上述数据进行表1的对比，从结果可知，冷流道的充填相对比较难，因此靠提高塑料熔体的充填温度来提高塑料的流动性能，但是加快了高分子聚合物的相互剪切，使其剪切速率过大，聚合物分解的危险性增大.在充填压力和保压压力上没有提高，但是冷却保压时间却相应的增加.(a)总变形(b)X方向(c)Y方向(d)Z方向图14 翘曲分析采用热流道充填，不需提高充填温度，只增大了充填压力和保压压力，结果体现了熔接痕和气穴方面有减少优势，也避免了剪切速率过大引起聚合物分解的危险性，但另一方面却增大了翘曲变形的趋势.从生产效率上来讲，开模时间为3 s.冷流道生产周期：1.061 s+10.96 s+3 s=15.021 s；热流道生产周期：0.7498 s+4.159 s+3 s=7.908 8 s.热流道的生产效率几乎是冷流道的一倍.另外冷流道还需要去除冷流道凝料和去浇口的时间，热流道无需人工操作，生产效率会有更进一步的提高，自动化程度更高.表1 冷、热流道分析对比结果对比项目冷流道热流道充填时间/s1.0600.7498充填温度/℃283.2263.4充填压力/MPa105.7113.0体积收缩率/%6.9366.117翘曲总变形量/mm0.42940.71983 结论通过电器过线板注塑的具体案例，采用Moldflow分析软件对冷、热流道进行分析对比.结果表明，采用热流道技术虽然使塑件在翘曲分析结果不理想，但是该塑件从尺寸质量上主要控制平面尺寸精度，从脱模结构上采用平稳脱模方式，可极大确保了脱模方向的尺寸精度，同时能实现降低注射温度无聚合物分解的危险，也不需要考虑浇注系统凝料产生的废料和人工费用，大大提高了生产效率.【相关文献】[1] 董祥忠,李年伟,沈洪雷.奥拓轿车前保险杠注塑模浇注系统的CAE分析[J].工程塑料应用,2014,27(12)：28-31.[2] 马文静,葛正浩,张凯凯，等.基于Pro/E和Moldflow的键盘框架热流道注射模具设计[J].塑料.2011,40(2)：118-121.[3] SODERGAND A,STOLT M.Properties of lactic acid based polymers and their correlation with composition[J].Prog Polym Sci,2002,27(6):1123-1163.[4] 单志,邵会菊,郭建兵,等.基于CAE技术的汽车外饰件翘曲分析及工艺优化[J].塑料,2010,39(3)：110-112.[5] 尹小定.基于CAD/CAE技术的控制面板注塑模设计[J].塑料科技，2016,44(6)：61-65.[6] 黄先.液晶电视前壳热流道顺序阀进浇方案Moldflow分析[J].塑料工业，2011,39(7)：50-52.[7] 尹小定,黄有华,王春燕.CAE技术在咖啡机控制面板冷却系统设计中的应用[J].吉林化工学报,2017,34(5):48-52.[8] 陈进武,曹秩杰,苏庆勇.Moldflow在塑料模热流道技术中的应用[J].塑料工业，2014,42(4)：31-34[9] 黄桂坚,洪建明,伍晓宇,等.电梯人口盖板热流道注塑模具设计[J].工程塑料应用,2009,37(8)：72-76.[10] 屈华昌,吴梦陵.塑料成型工艺与模具设计[M].北京：高等教育出版社,2007：109-110.[11] 叶东，谭方云.剪切速率在大型塑料注射模设计中的拓展应用[J].模具工业，2005,294(8)：27-30.[12] 余玲，陈是德，张诗.CAE在汽车仪表板浇注系统设计的应用[J].塑料科技，2010,38(11):69-73.[13] 谢鹏程，多田和美，杨卫民.高分子材料注射成型CAE理论及应用[M].北京：化学工业出版社，2008：118-119.[14] 尹小定，王登化，赵会娟.电器过线板的热流道注塑模设计[J].塑料科技，2018,46(11)：85-89.。