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Kinsy

、CAE的基本原理
1） 粘性流体力学的基本方程
(1) 广义牛顿定律，反映了一般工程问题范围内粘性流体的应力张量与应变速率张量之间的关系，数学表达式为本构方程。
(2) 质量守恒定律，其含义是流体的质量在运动过程中保持不变，数学表达式为连续性方程。
(3) 动量守恒定律，其含义是流体动量的时间变化率等于作用于其上的外力总和，数学表达式为运动方程。
(4) 热力学第一定律，其含义是系统内能的增加等于对该系统所作的功与加给该系统的能量之和，数学表达式为能量方程。
2） 塑料熔体充模流动的简化和假设
(1) 由于型腔壁厚(z向)尺寸远小于其他两个方向(x和y方向)的尺寸且塑料熔体粘性较大，所以熔体的充模流动可视为扩展层流，z向的速度分量可忽略不计，且认为压力不沿z向变化。
(2) 充模过程中熔体压力不是很高，因此可视熔体为未压缩流体。
(3) 由于熔体粘性较大，相对于粘性剪切应力而言，惯性力和质量力都很小，可忽略不计。
(4) 在熔体流动方向(x和y方向)上，相对于热对流项而言，热传导项很小，可忽略不计。
(5) 熔体不含内热源。
(6) 在充模过程中，熔体温度变化不大，可认为比热容和导热系数是常数。
(7) 熔体前沿采用平面流前模型。
3） 塑料熔体充模流动的控制方程
5） 数值计算实施过程与策略
CAE软件的应用过程。首先根据制品的几何模型剖分具有一定厚度的三角形单元，对各三角形单元在厚度方向上进行有限差分网格剖分，在此基础上，根据熔体流动控制方程在中性层三角形网格上建立节点压力与流量之间的关系，得到一组以各节点压力为变量的有限元方程，解方程组求得节点压力分布，同时将能量方程离散到有限元网格和有限差分网格上，建立以各节点在各差分层对应位置的温度为未知量的方程组，求解方程组得到节点温度在中性层上的分布及其在厚度方向上的变化，由于压力与温度通过熔体粘度互相影响，因此必须将压力场与温度场进行迭代耦
注射温度
熔体流入冷却的型腔，因热传导而散失热量。与此同时，由于剪切作用而产生热量，这部分热量可能较热传导散失的热量多，也可能少，主要取决于注塑条件。熔体的粘性随温度升高而变低。这样，注射温度越高，熔体的粘度越低，所需的充填压力越小。同时，注射温度也受到热降解温度、分解温度的限制。
3） 模具温度
模具温度越低，因热传导而散失热量的速度越快，熔体的温度越低，流动性越差。当采用较低的注射速率时，这种现象尤其明显。
4） 注射时间
注射时间对注塑过程的影响表现在三个方面：
（1）缩短注射时间，熔体中的剪应变率也会提高，为了充满型腔所需要的注射压力也要提高。
（2）缩短注射时间，熔体中的剪应变率提高，由于塑料熔体的剪切变稀特性，熔体的粘度降低，为了充满型腔所需要的注射压力也要降低。
（3）缩短注射时间，熔体中的剪应变率提高，剪切发热越大，同时因热传导而散失的热量少,因此熔体的温度高,粘度越低，为了充满型腔所需要的注射压力也要降低。
以上三种情况共同作用的结果，使图3-7中的充满型腔所需要的注射压力的曲线呈现“U”形。也就是说，存在一个注射时间，
注射时间
熔体温度
注射压力
时所需的注射压力最小。
2．注射模流动模拟软件分析结果的指导作用
注射模流动模拟软件的指导意义十分广泛，她是一种设计工具，能够辅助模具设计者优化模具结构与工艺，指导产品设计者从工艺的角度改进产品形状，选择最佳成型性能的塑料，帮助模具制造者选择合适的注射机，当变更塑料品种时对现有模具的可行性做出判断，分析现有模具设计弊病。同时，流动软件又是一种教学软件工具，能够帮助模具工作者熟悉熔体在型腔内的流动行为，把握熔体流动的基本原则。下面逐项分析三维流动软件的主要输出结果是如何用来指导设计的。
1） 熔体流动前沿动态显示
三维流动模拟软件能显示熔体从进料口逐渐充满型腔的动态过程，由此可判断熔体的流动是否较理想的单项流形式（简单流动）（复杂流动成型不稳定，容易出现次品）。各个流动分支是否在同时充满型腔的各个角落（流动是否平衡）。若熔体的填充过程不理想，可以改变进料口的尺寸，数量和位置，反复运行流动模拟软件，一直到获得理想的流动形式为止。若仅仅是为了获得较好的
流动形式而暂不考察详尽的温度场，应力场的变化，或是初调流道系统，最好是运行简易三维流动分析（等温流动分析），经过几次修改，得到较为满意的流道设计后，再运行非等温三维流动分析。
2） 型腔压力
在填充过程中最大的型腔压力值能帮助判断在指定的注射机上熔体能否顺利充满型腔（是否短射），何处最可能产生飞边，在各个流动方向上单位长度的压力差（又称压力梯度）是否接近相等（因为最有效的流动形式是沿着每个流动分支熔体的压力梯度相等），是否存在局部过压（容易引起翘曲）。流动模拟软件还能给出在熔体填充模具所需的最大锁模力，以便用户选择注射机。
3） 熔体温度
流动模拟软件提供型腔内熔体在填充过程中的温度场。可鉴别在填充过程中熔体是否存在着因剪贴发热而形成的局部热点（易产生表面黑点、条纹等并引起机械性能下降），判断熔体的温度分布是否均匀（温差太大是引起翘曲的主要原因），判断熔体的平均温度是否太低（引起注射压力增大）。熔体接合点的温度还可帮助判断熔合纹的相对强度。
4） 剪切速率
剪贴速率又称应变速率或者速度梯度。该值对熔体的流动过程影响甚大。实验表明，熔体在剪贴速率为103S-1左右成型，制品的质量最佳。流道处熔体剪贴速率的推荐值约为5*102~5*103S-1，浇口处熔体剪贴速率的推荐值约为104~105S-1 。流动软件能给出不同填充时刻型腔各处的熔体剪切速率，这就有助于用户判断在该设计方案下预测的剪切速率是否与推荐值接近，而且还能判断熔体的最大剪切速率是否超过该材料所允许的极限值。剪切速率过大将使熔体过热，导致聚合物降解或产生熔体破裂等弊病。剪切速率分布不均匀会使熔体各处分子产生不同程度的取向，因而收缩不同，导致制品翘曲。通过调整注射时间可以改变剪切速率。
5） 剪切应力
剪切应力也是影响制品质量的一个重要因素，制品的残余应力值与熔体的剪切应力值有一定的对应关系，一般，剪切应力值大，残余应力值也大。因此总希望熔体的剪切应力值不要过大，以避免制品翘曲或开裂。根据经验，熔体在填充型腔时所承受的剪切应力不应超过该材料抗拉强度的1%。
6） 熔合纹/气穴
两个流动前沿相遇时形成熔合纹，因而，在多浇口方案中熔合纹不可避免，在单浇口时，由于制品的几何形状以及熔体的流动情况，也会形成熔合纹。熔合纹不仅影响外观，而且为应力集中区，材料结构性能也受到削弱。改变流动条件（如浇口的数目与位置等）可以控制熔合纹的位置，使其处于制品低感光区和应力不敏感区（非“关键”部位）。而气穴为熔体流动推动空气最后聚集的部位，如果该部位排气不畅，就会引起局部过热、气泡、甚至充填不足等缺陷，此时就应该加设排气装置。流动模拟软件可以为用户准确地预测熔合纹和气穴的位置。
7） 多浇口的平衡
当采用多浇口时，来自不同浇口的熔体相互汇合，可能造成流动的停滞和转向（潜流效应），这时各浇口的充填不平衡，影响制品的表面质量及结构的完整性，也得不到理想的简单流动。这种情况应调整浇口的位置。
流动模拟软件在优化设计方案更显优势。通过对不同方案的模拟结果的比较，可以辅助设计人员选择较优的方案，获得最佳的成型质量。
3．流动软件的正确使用
注射模流动模拟软件只是一种辅助工具，它能否在产生中性层发挥作用并产生经济效益，在很
大程度上取决于模具设计者的正确使用。
1） 流动软件的使用人员
流动软件的使用者必须熟悉注射成型工艺，具有一定的注射模设计经验。这样，用户才能针对性地利用流动软件解决模具结构设计或工艺问题，例如，如果浇口处剪切速率过高，是修正浇口尺寸，还是改变熔体温度，抑或更换注射材料呢，不具备注射成型工艺知识的人很难做出正确选择的。流动软件的输出的结果涉及到塑料粘度，剪切速率，温度，压力以及它们的相互作用，即使是经验丰富的模具设计师也应学一点塑料流变学的知识，总结注射流动的基本规律，这样才能站在理论与实践结合的高度用好流动模拟软件。
2） 输入数据的正确性
首先要输入合理的注射成型工艺参数。
第二还要有正确的材料参数（如热传导率，比热，密度，不流动温度以及粘度等）。如前所叙，塑料材料的性能参数（流变性、压缩性等）十分重要，不同的性能参数将导致完全不同的模拟结果。同时，塑料材料的性能又因品种不同、牌号不同、生产厂家不同、甚至批次不同而差异较大。因此，获得所用材料的准确的性能参数是使用CAE软件的前提条件。尤其是材料的粘性参数，对充模流动有重要影响，又不易通过实验直接获得.

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