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ProENGINEER在注射模设计中的CAE分析

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Pro/ENGINEER在注射模设计中的CAE分析
李道喜
（重庆理工大学材料科学与工程学院，重庆，400050）
摘要：Pro／E软件采用单一数据库和参数化造型技术，具备概念设计、基础设计和详细设计的功能,为模具的集成制造提供了良好的平台。Pro/MOLDESIGN是Pro/ENGINEER中的模具设计模块，此模块可以模拟模具设计工艺,用于创建、修改和分析模具元件或组件。Plastic Advisor是Pro/ENGINEER中自带的一种分析软件，它具有强大的分析、计算、和动态仿真的功能。利用此软件,可直观地观测到塑料的流动情况、塑件的充填状态、注射压力变化情况、温度变化情况等。并得到可靠的反馈信息和建议。结合使用Pro/MOLDESIGN和Plastic Advisor，从而使零件和模具设计阶段就能得到完善和改进，缩短模具设计和制造周期，降低模具设计成本。
关键词:脱模斜度检测；厚度检测；浇口位置分析；成型工艺条件分析；塑料流动分析；冷却质量分析，缩痕分析。
引言
在塑料制品生产中,注射成型是最常用的方法之一．虽然注射成型得到了较为广泛的应用，但是在实际生产中经常出现由于设计经验不足、塑料件结构复杂、注射成型工艺影响因素多等原因造成塑料件不合格．成型时的各种缺陷造成塑料件的不合格．常见的塑料件缺陷有：充填不足、飞边、缩孔、气泡、熔接痕等．造成注塑件这些缺陷的原因非常复杂，有时很多原因相互影响，要准确确定缺陷产生的原因有一定的困难．但总体可分为由于注塑成型设备、注塑成型工艺及注塑模设计三个方面选择和设计不当而引起的缺陷．为了提高模具设计质量、减少或避免塑料注射成型缺陷，本文对注塑成型中的缺陷、引起缺陷的原因作了分析，并使用Pro/ENGINEER内置相关模块对部分缺陷进行了预测。
1. 脱模斜度检测
由于塑料冷却后产生收缩，会紧紧包在凸模或成型型芯上，或由于粘附作用，塑件紧贴在凹模型腔内。为了便于脱模，防止塑件表面在脱模时划伤、擦毛等。在设计时塑件表面沿脱模方向应具有合理的脱模斜度,如图1所示。
塑件脱模斜度的大小，与塑件的性质、收缩率、摩擦因数、塑件壁厚和几何形状有关。硬质塑料比软质塑料脱模斜度大;形状较复杂或成型孔较多的塑件取较大的脱模斜度;塑件高度较大、孔较深，则取较小的脱模斜度；壁厚增加、内孔包紧型芯的力大，脱模斜度也应取大些.有时，为了在开模时让塑件留在凹模内或型芯上,而有意将该边斜度减小或将斜边放大。
一般情况下，脱模斜度不包括在塑件公差范围内，否则在图样上应予说明。在塑件图上标注时，内孔以小端为基准，斜度由放大的方向取得；外形以大端为基准，斜度由缩小的方向取得。塑件的脱模斜度的取值可参考有关书籍。
Pro/ENGINEER不仅可以设置脱模斜度，而且可以得用系统提供的方便功能对参照零件进行脱模斜度检测,以避免漏设脱模斜度，确保脱模斜度符合要求。运用Pro/ENGINEER的Pro/MOLDESIGN模块中相关命令进行脱模斜度检测。进入脱模斜度检测对话框，进行如图2所示设置：其中draft angle 即为要检测的脱模角度。按Compute进行分析，结果如图3所示。如果部分侧面的脱模斜度达不到要求,在分模前需进行修改.
2. 厚度检测
塑件应有一定的厚度才能满足使用时的强度和刚度要求，而且壁厚在脱模时
还需承受脱模力。壁厚就设计合理，壁厚太薄熔料充满型腔时的流动阻力大，会出现缺料现象；壁太厚塑料内部会产生气泡,外部易产生凹陷等缺陷，同时增加了成本；百度不均匀造成收缩不一致，导致塑变形或翘曲，在可以能的条件下应使壁厚尽量均匀一致.整个塑件不同壁厚的比值不应超过1:3，且不同壁厚之间应圆滑过渡。
2。1平面法厚度检测
“平面”检查法是以已经存在的平面为检查参照平面，检查该平面与参照零件的交截处厚度情况的方法,操作较为简单，但一次只能检查一个截面处的厚度情况。在完成图4MOLD ANALYSIS对话框设置后，按Compute进行分析，结果如图4所示。按info键，出现厚度检测的详细信息，如图5所示。

2.2层切法厚度检测
“层切法”是通过一次性在零件上设置有规律分布的多个参照面,来检查多个参照面与参照零件交截处的厚度情况的方法。此种方法更能准确地分析参照零件的厚度分面情况。其分析结果分别如图6和图7所示.

3．浇口位置分析
浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，是浇注系统的关键部分，起着调节控制料流速度、补料时间及防止倒流等作用。浇口设计与塑料性能、塑件形状、截面尺寸、模具结构及注射工艺参数等因素有关。总的要求是使熔料以较快的速度进入并充满型腔，同时在充满后能适时冷却封闭,因此浇口截面要小，长度要短,这样可增大料流速度，快速冷却封闭，且便于塑件与浇口凝料分离，不留明显的浇口痕迹，保证塑件外观质量.此外浇口设计需遵循下述原则:（ A).浇口尺寸及位置选择应避免熔体破裂而产生喷射和蠕动（蛇形流）；（B)。浇口位置应有利于流动、排气和补料；（C）.浇口位置应使流程最短,料流变向最少,并防止型芯变形;(D)。浇口位置及数量应有利于减少熔接痕和增加熔接强度;（E)。浇口位置应考虑取向作用对塑件性能的影响；（F）。浇口位置应尽量开设在不影响塑件外观的部位;(G).流动比校核，保证流动比小于所用材料的值
3。1.简单形状制件的浇口位置分析
对于简单形状的制件，可能通过Gate Location分析，确定恰当的浇口位置,保证制件质量.如图8所示制件.经过分析，把浇口开在蓝色区域最合适.但在开模过程中，结合模具结构，往往不这么开设浇口，而是结合模具结构，确定浇口的位置，然后用Pro/ENGINEER的Plastic Advisor进行充模分析。

如上述零件结合模具结构，一模四腔，采用侧浇口，进行模流检析，结果如图9和图10所示.

3。1.简单形状制件的浇口位置分析
复杂零件一般是结合模具结构，确定浇位置后进行充模分析。如图11所示的零件用Plastic Advisor直接进行分析，得到的浇口位置。但是结合模具结构没有什么实际价值.

图12为人工确定两个侧浇口的位置，充模分析，显然充模很好。

图13为一模两腔充模分析，显然在优化的成型工艺参数下，有很好的充模能力.

4．成型工艺条件分析
在塑料原材料、注射机和模具结构确定之后，注射成型工艺条件的选择与控制,便是决定成型质量的主要因素。一般来讲，注射成型具有三大工艺条件，即温度、压力和时间。应用Plastic Advisor中Molding Window进行成型工艺参数分析.如图14所示。按下Result Summary对话框中的Display Molding Window按纽，弹出Molding Window Result对话框。在此对话框中，可以直观的看到成型工艺条件,其中绿色显示部分表示合格的成型工艺参数条件，黄色的部分表示中等的成型工艺条件，可以通过拖运十字光标来改变成型工艺参数。一来说，接受系统提供的成型工艺参数作为后续分析的基础。

5．塑料流动分析
塑料的流动性是比较塑料成型加工难易的一项指标。与黏度一样，塑料的流动性不仅依赖于成型条件，而且还依赖于聚合物的性质.相对分子质量小、熔融指数高、螺旋线长度长、表观黏度小、流动比大则流动性好.应用Plastic Advisor中Plastic Filling进行成型工艺参数分析.如图13所示。显然在优化的成型工艺参数下，有很好的充模能力
6．冷却质量分析
在注射成型中，模具的温度直接影响到塑件的质量(包括变形，尺寸精度，力不生能和表面质量)和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不同。有些塑件的物理性能、外观和尺寸精度的要求很高，对模具的温度要求十分严格，为此要设置专门的模温调节器，对模具各部分的温度进行严格的控制。模具的冷却主要采用循环水冷却方式,模具的加热有通入热水、蒸汽、热油和电阻丝加热等方式.应用Plastic Advisor中Cooling Quality进行冷却质量分析.如图15所示.图中详细的说明冷却情况，对开设冷却水道具有指导意义。

7．缩痕分析
缩痕是不良现象，包括熔接痕和气泡等。应用Plastic Advisor中Sink Marks进行冷却质量分析。在模具设计之前预测不良产生的地方,在模具设计过程中，休取相应的措施,减少缩痕。
图中红色短线为熔接痕位置,淡蓝色小圆球为气泡位置

8。 输出报告
检测完3~7项后，Plastic Advisor 可以输出一个htm格式的报告，内容包括成型工艺参数和图片.下面依次看一下所有的结果.
8.1 填充水平(Condifence of fill)

8.2 流前温度(Flow Front Temperature）

8.3 填充时间（Fill time)

8。4 压力降（Pressure Drop）

8.5注射压力(Injection Pressure)

8。6质量预测（Quality Predication）

8。7 表面温度变化(Surface Temp Variance)

8。8 冷凝时间变化(Freeze Time Variance）

8.9冷却质量（Cooling Quality)

8.10 表面取向（Skin Orientation)

8.11熔接线位置(Weld Line Location)

8.12 排气点位置(Air Trp Locations)

9。 结束语
本文讲述了如何运用Pro/Engineer的Mold Design检测脱模斜度和厚度；在制件结构方面,为后序开模做好准备。运用Pro/Engineer的Plastic Advisor进行了一系列的分析，对缺陷进行了预测．通过对塑料注射过程模拟及可能出现的各种缺陷的预测，优化注射成型工艺参数，修改模具结构．利用此方法可以较大幅度提高注射模设计质量，缩短开模周期。
参考文献：
[1]黄虹．塑料成型加工与模具．化学工业出版社，北京:2003 ．
［2]葛正浩.Pro/ENGINEER Wildfire 4.0塑料模具设计．化学工业出版社．北京：2009
［3]唐志玉.大型注塑模具设计技术原理与应用化学工业出版社．北京：2004
［4］刘建雄，吴正宇,陈泽民.塑料注射模成型缺陷及预测. 昆明理工大学学报 2006

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