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摘　要： 隨著科技的發(fā)展，用于模具設(shè)計(jì)的CAE種類日趨繁多，如何優(yōu)化熱流道模具使得其研發(fā)、制造的時(shí)間與費(fèi)用最小化……

模具設(shè)計(jì)過程中需要考慮很多因素，采用熱流道系統(tǒng)需要考慮的因素更多。當(dāng)設(shè)計(jì)者面對(duì)所有這些未知因素的時(shí)候，優(yōu)化模具設(shè)計(jì)的最佳途徑是什么？是否先設(shè)計(jì)和制作模具然后根據(jù)第一次打樣的結(jié)果再調(diào)整模具？然而對(duì)大多數(shù)的項(xiàng)目來(lái)說，不允許有這么多的時(shí)間和費(fèi)用來(lái)進(jìn)行模具的調(diào)試。

熱流道模具的優(yōu)化工作可以通過CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）模擬來(lái)完成。類似于用mold flow分析塑料件來(lái)提高注塑模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，熱流道系統(tǒng)也可以用FEA(有限元分析)來(lái)完成同樣的工作。

這些分析的結(jié)果，加上能夠利用這些分析結(jié)果的熱流道系統(tǒng)，將會(huì)幫助設(shè)計(jì)者完成最優(yōu)的模具設(shè)計(jì)。

1 熱流道系統(tǒng)FEA的基本步驟

正如前面指出的，進(jìn)行熱流道系統(tǒng)的FEA分析與使用mold flow進(jìn)行注塑件的仿真類似。區(qū)別在于在熱流道系統(tǒng)的FEA是模擬流道系統(tǒng)中的流動(dòng)而不是塑料件的流動(dòng)（如圖1所示）。

首先，熱流道系統(tǒng)的初始化設(shè)計(jì)是必需的。設(shè)計(jì)要明確表示出熱流道所需的點(diǎn)數(shù)，模具上注嘴的大致位置和零件大概的重量。無(wú)論使用何種FEA軟件，CAE模型應(yīng)該要能表示出熱半模的設(shè)計(jì)。流道的長(zhǎng)度和距離可以在以后經(jīng)過初步分析再進(jìn)行調(diào)整。

既然這是一個(gè)熱流道系統(tǒng)的FEA分析，塑料件只需要簡(jiǎn)單表示就可以了。要得到更精確地結(jié)果，可以結(jié)合mold flow對(duì)塑料件的分析數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行。

其次，從材料庫(kù)選擇此次分析所用材料的特性。最后輸入所需的模具參數(shù)：模具溫度、熔融溫度、保壓壓力。有了這些在線信息，F(xiàn)EA就可以運(yùn)行了。

2 如何理解和使用FEA結(jié)果

下面是從模擬中得到的一些結(jié)果，可以用來(lái)優(yōu)化模具設(shè)計(jì)（見附圖2）：壓力降，溫度變化、剪切速率，剪切應(yīng)力，流道系統(tǒng)容積，零件冷卻時(shí)間和鎖模力計(jì)算。利用其中的一個(gè)或者綜合幾個(gè)結(jié)果將有助于確定最終和優(yōu)化的模具設(shè)計(jì)。

1）澆口的數(shù)量。壓力降的分析結(jié)果有助于決定是否采用更多的注嘴。如果經(jīng)過注嘴的壓力降比較高，設(shè)計(jì)中就需要添加更多的注嘴來(lái)降低填充塑件所需的注射壓力。

2）型腔的數(shù)量。對(duì)于多腔模具或者成套制品模具（family mold），壓力降和流道系統(tǒng)的容積分析結(jié)果也能夠幫助設(shè)計(jì)者決定設(shè)計(jì)中采用合適的澆口數(shù)量。按照設(shè)計(jì)對(duì)象的注塑壓力，型腔的數(shù)量可以隨著流經(jīng)注嘴的壓力降增加或者減少。如果考慮到熔體在流道板內(nèi)駐留時(shí)間的問題，流道系統(tǒng)的容積可用來(lái)計(jì)算流道板內(nèi)駐留了多少個(gè)注射次數(shù)的熔料。如果流道板內(nèi)駐留的料過多，可以減少設(shè)計(jì)中型腔的數(shù)量。

3）注嘴的位置。注嘴的數(shù)量確定以后，則可以開始檢查注嘴在模具中的位置是否合理。FEA分析將會(huì)顯示熱流道系統(tǒng)的填充結(jié)果，設(shè)計(jì)者可以直觀地檢查基于當(dāng)前注嘴位置的熱流道系統(tǒng)是否達(dá)到了平衡。由于CAE模型很容易修改，可以將注嘴的位置移到另一個(gè)地方，然后再運(yùn)行FEA分析，通過對(duì)比將有助于找到模具設(shè)計(jì)中的最佳注嘴位置。

4）澆口的尺寸。熱流道系統(tǒng)中一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的設(shè)計(jì)就是為材料確定合適的澆口尺寸大小。澆口部位的壓力降、剪切速率，剪切應(yīng)力的分析結(jié)果可用來(lái)決定澆口的尺寸�？梢孕薷腃AE模型中澆口的直徑進(jìn)行不同的分析，直到得到滿意的分析結(jié)果。

5）針對(duì)不同材料的設(shè)計(jì)。既然初始的CAE模型可以不依賴于材料的選擇而運(yùn)行分析，就可以考慮使用不同的材料進(jìn)行多樣化的模擬分析。這將有助于設(shè)計(jì)者優(yōu)化澆口位置的壁厚，澆口尺寸和零件上需要做出的修改。

6）模具冷卻。要降低成本，模具的成形周期很關(guān)鍵。熱流道系統(tǒng)的FEA分析可以計(jì)算基于材料、模具和熔體溫度的冷卻時(shí)間。如果基于以上參數(shù)計(jì)算出的冷卻時(shí)間太長(zhǎng)系統(tǒng)也會(huì)提出警告。因?yàn)镕EA分析并不考慮模具實(shí)際的冷卻水道，而只是對(duì)塑件的最小限度的冷卻作了一些假設(shè)，這個(gè)分析結(jié)果將決定是否需要更多的冷卻。

7）壓力校核。鎖模力的計(jì)算結(jié)果可以很好的校核所設(shè)計(jì)模具的合模力是否足夠。如果這是個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，應(yīng)該要考慮模具的變化。

3 結(jié)束語(yǔ)

模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)是高質(zhì)量的產(chǎn)品制造過程中的一個(gè)重要部分。隨著不同類型的CAE工具可以用于模具設(shè)計(jì)（如熱流道系統(tǒng)的有限元分析），模具項(xiàng)目的預(yù)算應(yīng)該包括使用這些有用工具的開支。在模具設(shè)計(jì)階段的時(shí)間和費(fèi)用的消耗將應(yīng)該比任何在模具測(cè)試和打樣后修改模具的花費(fèi)要小得多。