第一章 计算机辅助工程与塑料射出成形

发布日期:[08-12-22 09:43:47] 浏览人次:[]

1-1 计算机辅助工程分析

计算机辅助设计(Computer-Aided Design, CAD)是应用计算机协助进行创造、设计、修改、分析、及最佳化一个设计的技术。计算机辅助工程分析(Computer-Aided Engineering, CAE)是应用计算机分析CAD几何模型之物理问题的技术,可以让设计者进行仿真以研究产品的行为,进一步改良或最佳化设计。目前在工程运用上,比较成熟的CAE技术领域包括:结构应力分析、应变分析、振动分析、流体流场分析、热传分析、电磁场分析、机构运动分析、塑料射出成形模流分析等等。有效地应用CAE,能够在建立原型之前或之后发挥功能:

․协助设计变更(design revision)

․协助排除困难(trouble-shooting)

․累积知识经验,系统化整理Know-how,建立设计准则(design criteria)

CAE使用近似的数值方法(numerical methods)来计算求解,而不是传统的数学求解。数值方法可以解决许多在纯数学所无法求解的问题,应用层面相当广泛。因为数值方法应用许多矩阵的技巧,适合使用计算机进行计算,而计算机的运算速度、内存的数量和算法的好坏就关系到数值方法的效率与成败。

一般的CAE软件之架构可以区分为三大部分:前处理器(pre-processor)、求解器(solver)和后处理器(post-processor)。前处理器的任务是建立几何模型、切割网格元素与节点、设定元素类型与材料系数、设定边界条件等。求解器读取前处理器的结果档,根据输入条件,运用数值方法求解答案。后处理器将求解后大量的数据有规则地处理成人机接口图形,制作动画以方便使用者分析判读答案。为了便利建构2D或3D模型,许多CAE软件提供了CAD功能,方便建构模型。或者提供CAD接口,以便将2D或3D的CAD图文件直接汇入CAE软件,再进行挑面与网格切割,以便执行分析模拟。

应用CAE软件必须注意到其分析结果未必能够百分百重现所有的问题,其应用重点在于有效率地针对问题提出可行之解决方案,以争取改善问题的时效。

经验 =>

知识 => 实验比对 => 品质(Q)、成本(C)、交期(D)

CAE工具 =>

应用CAE工具时,必须充分了解其理论内涵模型限制,以区分仿真分析和实际制程的差异,才不至于对分析结果过度判读。据估计,全球应用CAE技术的比例仅15%左右,仍有广大的发展空间。影响CAE技术推广的主因有三:

․分析的准确性。

․相关技术人员的养成。

․技术使用的简易性。

而CAE模拟分析之主要误差来源包括:

․理论模式—物理现象、材料物性。

․数值解法(numerical Solver)

․几何模型(geometry model)

․错误的输入数据

1-2 塑料射出成形

塑料制品依照其材料性质、用途和成品外观特征而开发了各种加工的方法,例如押出成形(extrusion)、共押出成形(co-extrusion)、射出成形(injection molding)、吹袋成形(blown film)、吹瓶成形(blow molding)、热压成形(thermoforming)、轮压成形(calendering molding)、发泡成形(Foam molding)、旋转成形(rotational molding)、气体辅助射出成形(gas-assisted injection molding)等等。

  塑料射出成形(injection molding)是将熔融塑料材料压挤进入模穴,制作出所设计形状之塑件的一个循环制程。射出成形制程根据所使用的塑料而有不同,热塑性塑料必须将射进模穴的高温塑料材料冷却以定形,热固性塑料则必须由化学反应固化定形。

射出成形是量产设计复杂、尺寸精良的塑件之最普遍和最多元化的加工方法。按照重量计算,大约32%的塑料采用射出成形加工。射出成形所生产的塑件通常只须少量的二次加工/组合、甚至不需要二次加工/组合。除了应用于热塑性塑料、热固性塑料以外,射出成形也可以应用于添加强化纤维、陶

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