基于设计仿真一体化理念的SolidWorksPlastic注塑成型仿真分析

一、引言

    自20世纪初研制出人工合成高分子材料以来，高分子塑料材料以其比强度高、易于成型、绝缘和隔热性能佳等优点在工业产品中得到了大规模的应用。塑料材料应用的行业有汽车内/外部件、电子产品外壳、家电产品、消费品包装、建筑管道、玩具、容器、工具与仪器、电气连接设备等。塑料原材料经过高温熔化、成型以后得到塑料产品，成型方法通常有注塑成型、挤出成型、吹塑成型、吹膜成型、热压成型、浇铸成型、烧结成型、模压成型和搪塑成型等，而其中最常见的成型方法是注塑成型(Injection Modeling)。据统计，80%以上的塑料件都是通过注塑成型生产。

    注塑成型是在注塑机中进行，一般要经过合模、填充、保压、冷却、开模及取出产品等几个阶段。在填充、保压、冷却工艺过程中，高温高压的粘弹性非牛顿塑料熔体（流体）通过螺杆旋压注入模腔中，经过保压和冷却形成塑料制品。在此过程中，如果产品尺寸和结构设计不合理、工艺参数设置不当，会导致塑料制品出现短射、缩痕、气穴、飞边、瑕疵、焦痕及不当的熔接线位置等问题。

    注射成型是关于时间、温度、压力、材料和工装等混合作用的复杂过程，高分子材料流变学、计算机及数值计算方法的发展和应用，提供了对上述高度复杂的注塑问题借助软件进行仿真(Simulation)分析的可能性。注塑成型仿真分析始于20世纪60年代，最初用于模拟简单流道的充模司题，但限于硬件和软件条件，当时的模拟分析还处于研究阶段，离模拟复杂的工业产品还有很大的距离。70年代末80年代初，随着一些商用模流分析软件的出现和计算机硬件的快速发展，注塑成型分析才得到大规模成熟的应用。

二、基于设计仿真一体化的模流分析理念

    传统的塑料件模流分析理念认为：注塑成型CAE分析与产品设计工程师无关，塑件产品设计师只需要设计出产品的基本结构或者三维模型，然后交由塑料模具企业进行模具生产制造或注塑CAE分析，确定浇口位置、熔接线位置、放气口位置和模具形状等，最终得到合适的成品。其流程如图1。

    图1 传统塑料产品生产流程图

    这种传统方法的优点在于专业分工明确，能够保证可靠的产品设计，但是也存在产品设计周期长，塑料制品生产厂与塑料模具厂沟通不畅，由于设计原因导致模具修改返工费用昂贵等问题。

    基于设计仿真一体化理念的模流分析认为，塑料产品设计工程师（非塑料模具设计师）可以掌握模流CAE分析技术，如确定塑料件壁厚是否合适、浇口的位置、熔接线的位置、气穴和排气孔的位置、是否会出现短射等。塑料产品设计工程师掌握这些基本的分析功能可以在塑料产品设计阶段消除可能引起无法完成正常模具设计的因素，为后续的模具设计和修改节约大量的时间和成本，其流程如图2。