摘要:本文以手机外壳模具设计为例，介绍了塑料流动xxxx塑料顾问的主要理论，并详细阐述了塑料顾问在模具开发中的重要作用。
　　关键词:CAE；塑料顾问；注塑模具

　　随着塑料工业的迅速发展，传统注塑模具产品研发和管理模式正面临着挑战，客户对于产品的外观、质量、制造周期也提出了更高的要求，而CAE的应用实现了从概念到产品化的快速转换，使各种创造性的设计思想得到快速验证，将问题消灭在设计阶段，把产品做的更加xx。计算机辅助技术已成为解决塑料模具产品开发中出现问题的xxx的途经。和传统的模具设计相比，CAE技术无论在减少设计周期、提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。

手机外壳模具设计界面

　　塑料的几何特性和注射成型工艺参数都很复杂，由于塑料制品的多样性、复杂性和工程技术人员经验的局限，工程技术人员很难xx地设置制品最合理的加工参数，选择合适的塑料材料和确定{zy}的工艺方案。依据经验难以全面考虑设计因素，往往通过反复试模、修模来纠正设计缺陷，具有较大的盲目性，不仅使模具的生产周期长、成本高，而且质量也难以保证。CAE技术与模具实践经验相结合，在确定模具浇注系统帮助客户、改进产品设计、预测并改善注塑缺陷等方面发挥了十分显著的作用，提高了模具开发的可靠性，取得了显著的经济效益。CAE技术是利用聚合物流变学、热力学、计算力学和计算机图形学等等基础理论，对注射成型流动、保压、冷却等过程进行数值模拟，能在制造模具之前，预测熔体在型腔中的成型，帮助发现潜在的问题，从而控制问题的发生，为科学生产提供依据。
　　Pro/E是目前应用广泛CAD/CAM/CAE软件，功能强大、性能优越，广泛应用于机械、电子、汽车、家电、玩具等各行业中，在模具开发中更起着重要的作用，Pro/E 内置的塑料顾问（Plastics Advisor６.０）模块，是专门的注射成型CAExxxx，能使设计者在模具设计阶段，对型腔的流动过程、填充情况、及其可能出现的缺陷有所了解，并可以帮助选择合理的浇口位置，有利于控制塑件产品的质量。

1 塑料顾问的主要功能
　　PRO/E早期塑料顾问，提供一些常用的分析，如时间、压力、模温、冷却等等，给设计人员以方向性的指导，野火２.０塑料设计顾问软件包是专门用来处理塑料射出成形的模流分析，它与PRO/E无缝连接，可以直接读取模型资料，无须进行数据转换，避免数据格式不同而产生一些缺陷。它在计算时把塑料视为牛顿胶体，即线性假设，易于用牛顿剪切流动规律描述其流变学性质。它内建丰富的塑料经验数据库，包括世界知名的大厂，利于工程人员进行有效分析。塑料顾问能有效的节约开发时间和成本，采用计算机来模拟塑件成型过程，能避免各种不良问题的发生，确保塑件的质量，塑件的翘曲、过填充、溢料、应力集中产生开裂都会降低，预测熔接线的位置，确定排气孔的位置，发现注射压力、温度过高不足等，这样能及时修改模具设计方案，避免了迟缓的周期设计变更。当然这样的设计具有较大的灵活性，试验不同的材料流动性，从而选择出最合理的材料。
　　塑料顾问通过提供一个充分定义的通用塑料材料库、典型注塑机器参数的自动选择功能塑料模设计顾问xx了对专业塑料加工知识的需求。塑料顾问用于评估注塑工艺性的每次设计更改，而不是每个设计，所以它是与注塑设计相关的行业节省成本和时间的理想工具。可以方便地选择材料类型和提议的浇口位置，它可提供填模动画、描述设计“可模塑性”的图形以及熔合线和气坑等可能出现问题的位置。
　　塑料顾问可设定工艺参数、塑料的型号和建议注射位置，便可模拟塑料填充过程，可以直观看到温度和压力分布、熔接痕、气泡的位置、热缩性、产品质量预测．可提供设计整体可加工性的指导，指出潜在问题及提出修正建议。塑料顾问用于评估注塑工艺性的每次设计更改而不是每个设计，它是注塑设计节省成本和时间的理想工具。

2 塑料顾问在手机外壳模具设计中的应用
　　进入 Pro/E 系统，打开要分析的文件，选择应用程序下的 Plastics Advisor，由于并不清楚浇口设置在何处，在随后弹出的窗口选择取消，进入 Plastics Advisor６.０，运行浇口位置分析，显示蓝色的位置是{zj0}的注射点，一般需要做一个基准点，这样选择比较准确，然后就可以模流分析（Plastic Flow Analysis）了，可以看到填充质量(Confidence of fill)、温度分布(Flow front drop )、填充时间(Fill time)、注射压力(Injection pressure)、冷却温度(Cooling quality) 、产品质量预测(Quality- prediction)等分析结果。继续运行冷却分析（Cooling Quality Analysis）与缩痕分析（Sink Mark Analysis），可以解决更多的技术问题。
　　如图 1 所示，显示蓝色位置为注射点，很明显要保证手机外观的漂亮，注射点选在内部，这样就增加了设计难度，需要设计潜伏式浇口，塑料熔体通过型腔的侧面或推杆的端部注射进型腔，因而塑件的外表面不受损伤，不至于因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。

图1 {zj0}注射点

　　如图 2 所示，充填时间即为塑料填满到模具各处的时间，中心的红色区域是{zx0}填满的，而外围的蓝色是最慢填慢的，由图 2 所示可以看出两端很难尽快的充满，即便充满了也容易形成气泡，解决这样的问题就要在两端合适的部位各添一个浇口，不过在两股以上熔体汇合处，料流的前端气体温度比较低，易形成熔接痕。这不仅影响美观，同时也降低了产品的强度，但可以设置成圆环形浇口，流动状态比较好，无熔接痕，而轮辐式有熔接痕，轮辐越多，熔接痕就越多。解决熔接痕的方法很多，如提高塑料温度、加大注射压力、开设冷料穴等。气泡的形成原因一般是由于气体的流体前后冲撞型腔壁，{zh1}填充区域，被困而形成。气泡会在零件表面留下银色丝状斑纹，形成伤疤，影响美观。其实形成气体的主要原因来自塑料本身的水分，也可能是由于塑料受热时间过长，温度升高而发生降解形成气体，或者润滑物过多，对于此类问题，通过塑料的预热能有效地解决问题。气泡与注射压力、注射速度、料量多少等工艺参数也有一定的关系。与模具也有一定的干系：流路不良，这可能是由于产品向轻巧方向发展，流道越来越细，生产中容易出现问题；排气不良，缺少必要的排气孔。不过如果不经过分析，模具设计者很难想到要在合适的地方加强排气，只能等试模时才能发现问题，必然会延长整个产品上市周期。

图2 充填时间与气泡缩痕

　　根据填充的时间可以来选择推料杆的压力。控制塑料填充的速度，减少注射过程中的缺陷，如银丝、缺料、流痕等现象，使塑件美观大方，符合质量要求。
　　根据熔接痕产生的位置的不同，具体采取的措施也会有出入，通过升高塑料温度，加大注射压力，升高喷嘴温度，开设冷料穴。可以根据气泡的大小及位置来开设排气系统，把型腔内的高温气体排除，减小塑件所受的不良影响，避免气孔与熔接痕留在塑件上。
　　如图 3 所示，注射压力是喷嘴在注射期间的压力，每一种颜色代表不同的压力。可以根据右边查出每个部位的注射压力，根据注射压力来选择压力机，这样压力机的大小吨位容易把握，不至于因太小导致零件溢边或因太大造成资源浪费，选择合适的压力机，既要保证零件的质量，又可以降低成本，提高效益。

图3 注射压力

   注射压力一般与压降参数一起分析考虑，有的零件在不同的区域，压降可能有所不同，实际的注射压力则不需要那么高，如果不统筹兼顾，可能会由于部分区域的高注射压力造成过保压。改善注射压力的方法有许多，直接调整注射机，可根据模型窗口对话框指示来调整，简单而又直接，有时候由于调整不同区域的不同压力，就需要其他的方法：修改流体的浇口，当浇口的数量增加时由于流道变短压力也会不平衡，可能会局部压力增大致使塑件翘曲变形，影响美观。变更塑件的几何模型或改变材料也会影响注射压力。
　　如图4所示，波前温度是衡量填充可行性的一个重要要指标，低溶解温度会导致中等甚至下等的可填充性，低温可能会发生迟滞或短射，高温则会使塑料物质退化和表面瑕疵，一般来讲：波前温度{zh0}控制在一个可行数据之内，这个数据由流体性质决定，也可由经验做参照。

图4 波前温度

　　改变波前温度的方法大致有：增大或减少注射时间；增大或降低模具温度。
　　如图 5 所示，填充的比较好的，基本是绿色通道。注射压力和波前温度、压降是检验填充可行性的重要指标，反复调整好这些参数，可以生产质量上乘、外形美观的产品。

图5 填充可行性

　　如图 6 所示，显示黄色的区域是属于中等质量的表现，不过它面积小不影响大局，不会有质量问题，如果有大片的红色或黄色的区域，很可能是某些参数不合理，打开塑料顾问的相关帮助，可以给出问题的所在，进行问题的解决。

图6 质量预测

　　质量预测，往往不会一次就出现你所希望的结果，常常需要反复调试，这些结果可以从压力、温度获取到参照。
　　塑料顾问{zh1}可以生成一个报告，它会把先前所做的分析保存起来，然后生成 MPA 报告表，这样很方便查看分析结果，有利于从中得出结论。

3 结束语
　　用户应尽可能多了解一些CAE软件，像Moldflow、C-flow　等都是比较好的模流xxxx。以便正确判断和解释分析结果。CAE技术的出现使注射模设计从传统的经验和技艺走上科学化道路，改变了注射模传统的生产方式。随着CAE技术研究的深入，应该充分利用CAE技术的各项优势，实现浇注、冷却系统的自动、优化设计。
　　在生产中，CAE技术模拟充填的过程，可以预测塑件在成型过程中可能出现的缺陷，从而改变设计，通过仿真验证，通过少量的修模，可以获得高品质的模具。提高模具一次试模成功的可能性是CAE分析的一大优点，反复地试模、修模要耗损大量的时间和金钱，未经反复修模的模具，其寿命也较长，CAE技术在注塑成型领域中的重要性日益增强，采用CAE技术可以全面解决注塑成型过程中出现的问题。塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用CAE技术。这是发展的必然趋势。同传统的模具设计相比，CAE技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。

来源：《东方模具》