CAE技术在数码相机注塑模设计中的应用

    1 引言

    传统的注塑模具设计是由设计人员凭经验进行,而模具往往需要反复地试模、修模才能投入生产,费时费力,拖延了产品的开发速度。注塑CAE技术实质上是一种计算机模拟技术,它是在计算机上建立数学模型,并对注塑成型过程进行仿真和分析,把仿真、分析的结果用图形显示出来[1]。利用注射模CAE技术可在模具制造之前,在计算机上对模具设计方案进行分析和模拟来代替实际的试模,预测设计中可能存在的缺陷,突破了传统的在注塑机上反复试模、修模的束缚,为设计人员修改设计提供科学的依据。可提高一次试模成功率、节约原料、降低成本、缩短生产周期。CAE技术与生产实践的CAE结合,促进了CAE分析软件的应用与推广。来自美国Moldflow公司的注塑CAE软件MPI (Moldflow Plastics Insight)已经广泛地应用于注塑行业。这里采用MPI软件对数码相机注塑外壳的成型问题进行CAE分析。

    2 注塑成型充填过程数学描述

    基于CAE技术进行注塑模具设计时,注塑过程的数字描述是注塑成型分析和优化设计的理论基础。塑料熔体充模过程被认为是黏性非等温不可压缩流动与传热过程,可采用黏性不可压缩流动的基本方程来描述[2]。鉴于大多数塑料制件都是薄壁件,故可以认为熔体是在扁平型腔内流动,并引入一些假设和简化,在此基础上,根据连续介质力学和热力学理论,可得到充模过程的数学模型:

    1)连续性方程

    2)动量方程

    3)能量方程

    式中:u、v为x、y方向的平均速度;P为熔体的压力;Q为密度,Cp为比热容,k为传热系数,T为熔体。

    4)黏度模型

    根据计算精度和计算时间等方面的不同需要,可以选择幂律型或者CROSS黏度模型。CROSS黏度模型中,黏度对温度和压力的依赖性,间接地通过零剪切度G0来表示,G0有两种形式,分别为5参数的EXP模型和7参数的WLF模型。

    5)边界条件

    在流动前沿Cm(t)上 P=0。

    在型腔边界C0和型芯Ci边界上

    在熔体入口处T=Te。

    式中:Tw为薄壁温度,b为型腔半厚。Te为熔体入口温度。

    3 CAE技术在模具设计中的应用

    3.1 模型分析

    DC3300Z相机是镇江市某集团与江苏大学模具技术研究所合作自主开发的第一款变焦系列的数码相机。相机的外壳为注塑成型,是相机的外观件,对成型质量要求较高,所以利用MPI软件对外壳注塑过程进行了详细的模拟,对模具设计和注塑件生成提供很大的参考价值。在新产品的开发阶段,主要分析相机外壳的充模过程。