CAD/CAE在注塑模具设计中的应用

【前言】CAD/CAE在注塑模具设计中的应用由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1.1CAD软件的介绍 Pro/Engineer是一种基于参数化设计、特征建模的机械设计自动化（MDA）软件。该软件自1988年问世以来，发展至今，已经成为应用最为广泛的3D CAD/CAM设计软件。其集草图绘制、零件设计、装配设计、钣金设计、造型设计等诸多功能于一体，在三维设计中有...

摘 要 本文介绍了模具设计中的cad、cae技术，并通过具体的设计实例说明了CAD、CAE技术在注塑模设计中的应用。

关键词 CAD；CAE；注塑模

中图分类号TG7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）122-0152-03

由于采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低等一系列优点，使得模具的使用范围日益广泛，已成为现代工业生产的重要工艺装备和发展方向。注塑模具作为模具的一种，随着塑料制品在国民经济各个领域的广泛使用，获得了飞跃的发展。而计算机技术的飞速发展，又使塑料模具技术得到了进一步的提高，彻底改变了手工作坊式的模具设计方法，在塑料模具设计中广泛的应用了CAD（计算机辅助设计）、CAE（计算机辅助分析）技术。

1注塑模具的CAD技术

1.1CAD软件的介绍

Pro/Engineer是一种基于参数化设计、特征建模的机械设计自动化（MDA）软件。该软件自1988年问世以来，发展至今，已经成为应用最为广泛的3D CAD/CAM设计软件。其集草图绘制、零件设计、装配设计、钣金设计、造型设计等诸多功能于一体，在三维设计中有着举足轻重的地位，其中，模具和组件模块在模具三维型腔设计和模座设计得到了充分的应用，大大提高了模具设计的效率。

1.2注塑模CAD设计实例

在Pro/ Engineer软件的基础上，以手机外壳喷漆架为例，简要介绍注塑模具的CAD设计。

创建零件模型：首先进入Pro/ Engineer软件界面，接着选择新建文件，再选择制造模块进入模具设计界面，然后绘制出零件的三维模型，见图1。

创建模具模型：首先选择模具模型装配参照模型把三维零件模型引入窗口，然后选择创建工件手动建立胚料，此时零件模型已在胚料中。

设置收缩率：由于塑料件是热胀冷缩，所以在设计时要留有一定的尺寸余量。

选择收缩按尺寸在对话框中输入0.005按√完成/返回，即可设置好收缩率。

设计分型面：设计分型面是为了将胚料分割成上下两个型腔，从而产生上模和下模。

选择分型面创建输入分型面名称，然后：

1）选择增加复制来完成参考零件的外表面的复制；

2）填补所复制表面上的所有靠破孔，使其成为一个不含孔洞的完整表面；

3）再利用拉伸、合并等功能形成一个完整的分型面，见图2。

以分型面将工件分割成上模体积和下模体积：

选择模具体积块分割单击完成再选取分型面单击确定，把工件分成上、下两个模腔。

设计浇注系统：对于小型模具，其浇注系统可由加工人员根据经验进行设计。

产生成型件：选择铸模创建即可完成。

开模模拟：选择模具进料孔定义间距定义移动选择参照和移动物输入移动距离，完成移动，从而完成整个模具的设计，见图3。

2注塑模具的CAE技术

2.1注塑模CAE软件介绍

在塑料模具制造业中，注塑模CAE是指利用计算机工程分析软件对注塑模的塑料注射过程模拟、仿真得到的结果进行分析，根据分析结果对塑料零件设计、模具浇注系统设计、冷却系统设计进行评价，从而优化设计。

作为专业的塑料成型计算机辅助工程分析软件开发公司，Moldflow在注塑成型分析与设计方面享誉全球，并开发出了Moldflow Plastics Insight（MPI），Moldflow Plastics Adviser（MPA），Moldflow Manufacturing（MMS）等诸多产品，其中MPI在注塑模中应用最为广泛，它是一个制件和模具设计分析的软件集成体，具有强大的分析、可视化功能及项目管理工具，其主要模块功能如下：

1）冷却分析模块MPI/Cool。该模块通过对冷却系统对流动过程影响的分析，实现对冷却管道布局和工作条件的优化，从而得到均匀冷却，成型周期缩短，产品成型后的内应力也得到相应减少；

2）流动分析模块MPI/Flow。该模块可以模拟注射时充模及保压环节，可预测热塑料材料的流动性，从而提高产品质量；

3）翘曲分析模块MPI/Wrap。该模块可使用户了解到注射成型过程中制品收缩和翘曲的原因，并且可预测变形发生的区域。从而优化设计，选择适当的材料和工艺条件；

4）结构应力分析模块MPI/Stress。该模块用来分析塑件产品在受外界载荷情况下的机械性能，有助于对塑料制品的强度和刚度进行优化；

5）模腔尺寸确定模块MPI/Shrink。该模块可通过聚合物的收缩数据和对流动模拟结果的分析来确定模腔的尺寸大小。使得模腔尺寸与产品尺寸相匹配，缩短模具投入生产时间，减少废品率，提高产品质量。

2.2注塑模CAE应用实例

本例以前面设计的手机外壳喷漆架为模型，利用MoldFlow模具CAE分析软件中的MPI模块，分析出该模型的最佳浇口位置，对该模具的设计有很好的参考价值。

分析模型的导入

首先将模型的三维造型保存为.STL文件，再打开MoldFlow软件，将该模型导入，见图4。

网格模型的建立：网格的划分和修改是MPI分析前处理中最为重要的，同时也最复杂。网格划分是否合理，将直接影响到产品的最终分析结果。

通过Mesh（网格）Generate Mesh（生成网格）命令自动生成网格模型，见图5。

网格模型生成后再通过Mesh（网格）Mesh Statistics（网格状态统计）命令查看网格生成的信息，其中给出了所生成的网格模型存在的缺陷，见图6。

根据给出的信息对缺陷进行手动修改，最终得到一个比较理想的网格模型，见图7。

分析类型和工艺过程参数的设定：

选择Analysis（分析）Set Analysis Sequence（设置分析顺序）Gate Location（最佳浇口位置）命令，设置好分析类型。而过程参数可以根据实际要求进行选择设定，本例使用默认设置。

分析计算：双击任务栏窗口中的Analysis Now！一项，解算器开始计算。

最终Best gate location（最佳浇口位置）以图像的形式给出了最佳浇口位置的区域。蓝色区域为最佳浇口位置，红色区域为最差区域。浇口设在蓝色区域可以保证注塑过程熔体流动的平衡性，见图8。

分析结果中还给出了推荐的最佳浇口位置在节点N6430附近，见图9。

当然，利用该软件还可以对模型的浇注、冷却、翘曲等情况进行分析，给模具设计提供参考。

3结论

随着计算机的不断普及，市场竞争的不断加强，CAD/CAE技术在模具设计中得到越来越广泛的应用，有利的改善了模具的设计质量，提高注塑模具的外观品质、尺寸精度，降低了成本，而且极大地提高了模具的生产效率。

参考文献

[1]张春吉，唐跃.CAD/ CAE在塑料模具设计中的应用.塑料科技，2004，2.

[2]王刚，单岩.Moldflow模具分析应用实例.清华大学出版社，2005.

[3]张孝民.塑料模具技术.机械工业出版社，2003.

[4]柳鹏.CAD/CAE技术在大型注塑模具设计中的应用研究.青岛科技大学，2009.