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

模具設(shè)計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)計者面對所有這些未知因素的時候，優(yōu)化模具設(shè)計的最佳途徑是什么？是否先設(shè)計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？然而對大多數(shù)的項目來說，不允許有這么多的時間和費用來進行模具的調(diào)試。

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

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)，將會幫助設(shè)計者完成最優(yōu)的模具設(shè)計。

1 熱流道系統(tǒng)FEA的基本步驟

正如前面指出的，進行熱流道系統(tǒng)的FEA分析與使用mold flow進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)中的流動而不是塑料件的流動（如圖1所示）。

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

既然這是一個熱流道系統(tǒng)的FEA分析，塑料件只需要簡單表示就可以了。要得到更精確地結(jié)果，可以結(jié)合mold flow對塑料件的分析數(shù)據(jù)來進行。

其次，從材料庫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，可以用來優(yōu)化模具設(shè)計（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，零件冷卻時間和鎖模力計算。利用其中的一個或者綜合幾個結(jié)果將有助于確定最終和優(yōu)化的模具設(shè)計。

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)計中就需要添加更多的注嘴來降低填充塑件所需的注射壓力。

2）型腔的數(shù)量。對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)計者決定設(shè)計中采用合適的澆口數(shù)量。按照設(shè)計對象的注塑壓力，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)駐留時間的問題，流道系統(tǒng)的容積可用來計算流道板內(nèi)駐留了多少個注射次數(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分析將會顯示熱流道系統(tǒng)的填充結(jié)果，設(shè)計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地方，然后再運行FEA分析，通過對比將有助于找到模具設(shè)計中的最佳注嘴位置。

4）澆口的尺寸。熱流道系統(tǒng)中一個具有挑戰(zhàn)性的設(shè)計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)果可用來決定澆口的尺寸�？梢孕薷腃AE模型中澆口的直徑進行不同的分析，直到得到滿意的分析結(jié)果。

5）針對不同材料的設(shè)計。既然初始的CAE模型可以不依賴于材料的選擇而運行分析，就可以考慮使用不同的材料進行多樣化的模擬分析。這將有助于設(shè)計者優(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分析可以計算基于材料、模具和熔體溫度的冷卻時間。如果基于以上參數(shù)計算出的冷卻時間太長系統(tǒng)也會提出警告。因為FEA分析并不考慮模具實際的冷卻水道，而只是對塑件的最小限度的冷卻作了一些假設(shè)，這個分析結(jié)果將決定是否需要更多的冷卻。

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

3 結(jié)束語

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