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

模具設計過程中需要考慮很多因素，采用熱流道系統需要考慮的因素更多。當設計者面對所有這些未知因素的時候，優化模具設計的最佳途徑是什么？是否先設計和制作模具然后根據第一次打樣的結果再調整模具？然而對大多數的項目來說，不允許有這么多的時間和費用來進行模具的調試。

熱流道模具的優化工作可以通過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計的質量和效率，熱流道系統也可以用FEA(有限元分析)來完成同樣的工作。

這些分析的結果，加上能夠利用這些分析結果的熱流道系統，將會幫助設計者完成最優的模具設計。

1 熱流道系統FEA的基本步驟

正如前面指出的，進行熱流道系統的FEA分析與使用mold flow進行注塑件的仿真類似。區別在于在熱流道系統的FEA是模擬流道系統中的流動而不是塑料件的流動（如圖1所示）。

首先，熱流道系統的初始化設計是必需的。設計要明確表示出熱流道所需的點數，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模型應該要能表示出熱半模的設計。流道的長度和距離可以在以后經過初步分析再進行調整。

既然這是一個熱流道系統的FEA分析，塑料件只需要簡單表示就可以了。要得到更精確地結果，可以結合mold flow對塑料件的分析數據來進行。

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：模具溫度、熔融溫度、保壓壓力。有了這些在線信息，FEA就可以運行了。

2 如何理解和使用FEA結果

下面是從模擬中得到的一些結果，可以用來優化模具設計（見附圖2）：壓力降，溫度變化、剪切速率，剪切應力，流道系統容積，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果將有助于確定最終和優化的模具設計。

1）澆口的數量。壓力降的分析結果有助于決定是否采用更多的注嘴。如果經過注嘴的壓力降比較高，設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），壓力降和流道系統的容積分析結果也能夠幫助設計者決定設計中采用合適的澆口數量。按照設計對象的注塑壓力，型腔的數量可以隨著流經注嘴的壓力降增加或者減少。如果考慮到熔體在流道板內駐留時間的問題，流道系統的容積可用來計算流道板內駐留了多少個注射次數的熔料。如果流道板內駐留的料過多，可以減少設計中型腔的數量。

3）注嘴的位置。注嘴的數量確定以后，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的填充結果，設計者可以直觀地檢查基于當前注嘴位置的熱流道系統是否達到了平衡。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計中的最佳注嘴位置。

4）澆口的尺寸。熱流道系統中一個具有挑戰性的設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，剪切應力的分析結果可用來決定澆口的尺寸。可以修改CAE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果。

5）針對不同材料的設計。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。這將有助于設計者優化澆口位置的壁厚，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鍵。熱流道系統的FEA分析可以計算基于材料、模具和熔體溫度的冷卻時間。如果基于以上參數計算出的冷卻時間太長系統也會提出警告。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，這個分析結果將決定是否需要更多的冷卻。

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

3 結束語

模具的優化設計是高質量的產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計（如熱流道系統的有限元分析），模具項目的預算應該包括使用這些有用工具的開支。在模具設計階段的時間和費用的消耗將應該比任何在模具測試和打樣后修改模具的花費要小得多。