CAE在注塑模具設計中的應用分析

何葉春

摘 要：CAE技術是注塑模具設計中一個非常重要的工具，目前，CAE技術在國外的推廣較為廣泛，而在國內卻存在一定的問題，需要進一步的發展。CAE技術能夠實現對產品的優化、分析、保壓、冷卻分析、翹曲分析和產品技術參數的優化等，在產品設計與分析評估這些方面有著巨大的優勢，可以使模具設計的合理性以及產品質量得到有效提高，對于產品的實際生產有著十分重要的意義。鑒于此，文章描述了CAE技術在注塑模具設計中的現狀，并介紹其在塑料制品生產中的應用，以供參考。

關鍵詞：CAE技術；注塑模具；設計；應用；分析

中圖分類號：TQ320.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）15-0049-02

1 CAE技術的發展現狀

目前，國內外CAE技術在注塑模具設計中的發展各有不同，而相比于國外先進技術，我國的CAE技術的發展仍然存在一定的差距，主要體現在CAE技術的研究、開發、推廣以及應用等方面，具體介紹如下。

1.1 國外CAE技術的發展情況

目前，CAE技術在國外的應用已經相當廣泛。上世紀50年代，一些美國的學者在聚合物過程模型的建立上就已經開始運用到了數值計算的方法。

到了上世紀80年代，CAE技術在注塑成型方面已經得到了廣泛的應用。目前國外的CAE技術發展與應用已經相對成熟，的一些企業已經擁有比較完善的注塑CAE軟件，例如澳大利亞的Moldflow、美國的I-DEAS、德國的CADMLD等。

1.2 國內CAE技術的發展情況

近幾年來，CAE技術在我國的研究、開發以及推廣等方面已經取得了一定的突破，并獲得了不錯的成果。

例如在軟件方面，Z-Mold軟件以及HSCAE軟件已經得到了較好的應用與發展。

然而，我國CAE技術的發展并不理想，仍然存在諸多問題，其中比較嚴重的問題就是大部分企業沒有充分到CAE技術的優越性、重要性以及其應用能夠帶來的經濟效益，對其重視程度不高。

此外，政府立項為國內CAE軟件設計的主要途徑，需要國家項目資金的支持才能進行研發，這在很大程度上限制了CAE技術的深入研究與發展，以及其市場推廣和應用。

2 CAE技術在塑料制品生產中的應用

2.1 CAE技術在高分子材料選用及塑料制品設計中的應用

在產品初始設計階段，設計者需要借助CAD/CAE，提高對產品工藝性的關注度，并提出相關敏感問題，例如：熔接痕、困氣、壓力、溫度分布、流動時間等，據此將制品的厚度、機構形狀、材料以及澆口位置等確定下來有利于后續工作的開展。同時可以通過流動分析使制品設計過程中存在的問題得到解決，具體介紹如下：

制品是否可以全部注滿，這個問題屬于生產中的老問題，受到許多制品設計人員的高度重視，在大型制件中如容器、蓋子以及家具等尤為突出；制品實際最小壁厚，如果要使制件的材料成本得以降低，那么應該使用薄壁制品，此外，減小壁厚還可以使制件的循環時間得到很大程度的縮短，進而使生產效率得以提高，塑件成本得以降低。

2.2 CAE技術在模具設計和制造中的應用

CAE技術在模具設計與制造階段的應用可以分為五個方面，具體介紹如下。

2.2.1 在充填形式的優化方面

在注塑成型的過程中，充填方式的控制至關重要，如此能夠提高塑件成型的可靠性與經濟性。注塑方式中單向充填屬于一種較好的方式，其能夠使塑件內部分子單向和穩定的取向性得到提高。并且此類充填形式能夠降低由于不同分子取向而造成的曲翹變形的幾率。

2.2.2 在澆口位置與澆口數量方面

為了有效控制充填形式，模具在設計過程中需要對澆口位置與數量進行選擇，確保能夠達到控制的效果，CAE分析能夠為設計者在澆口位置的選擇上提供多種方案，并且能夠根據其影響作出相應的評價，有利于設計的判斷與選擇。

2.2.3 在流道系統的設計優化方面

通常在模具的實際設計過程中需要對各種因素進行反復的考慮與權衡，確保設計方案最優化。借助流動分析，能夠為設計者在壓力、溫度方面提供依據，設計出具有平衡性的壓力、溫度的流道系統，此外還能夠評估流道內剪切速率以及摩擦熱量，這樣可以使材料降解以及型腔內熔體溫度過高的問題得到有效的避免。

2.2.4 在冷卻系統的設計優化方面

為實現均勻的冷卻效果，需要借助對冷卻系統對流動過程的影響的分析，對冷卻管路的布局以及工作條件進行優化處理。此外，這樣可以將成型周期縮短，并使產品成型后的內應力減少。

2.2.5 在成本控制方面

由于試模與修模具有一定反復性，這必然導致大量的人力、物力與財力的損耗，不利于成本的控制。而CAE分析能夠使模具一次試摸成功的概率得到提高，減小反修成本。與此同時，模具沒有經過反復的修模，能夠有較長的使用壽命。

2.3 CAE技術在試模成形、產品注塑生產階段的應用

注塑分析相連于注塑機網絡，注塑生產方能夠實現對前期技術人員成果的貢獻，將制品設計、模具、加工過程中出現的異常問題進行排除。對注塑機參數進行實時的監控與調整，使制件質量的穩定性與可加工性得到提高，同時還能夠有效控制制品的成本，提高經濟效益。CAE技術在試模成形、產品注塑生產階段的應用主要為以下幾個方面：

①加工裕度流動分析更加全面與穩定，對主要的注塑加工參數提出了一個目標趨勢，例如熔體溫度、模具溫度以及注射速度等，借助流通分析，注塑者能夠對各個加工參數的正確值進行估定。并將其變動范圍確定下來。此外，還會和模具設計者共同使用最經濟的加工設備，使設定出來的模具方案最優化。

②CAE技術的應用能夠使塑件應力與翹曲減小，為保證塑件參與應力最小，必須選擇最好的加工參數。通常情況下殘余應力會使塑件成型之后發生翹曲變形，情況嚴重時還會失效。

③應用CAE技術還能夠節省材料，避免充模過量，設計流道與型腔時應采用平衡流動，這樣有利于節省材料以及消除由于局部注射過量而導致翹曲變形的問題。

④CAE技術還能確保流道尺寸最小化以及控制回用料成本，流動分析能夠為注塑者提供一個可靠的依據，幫助其選定最佳的流道尺寸，使流道部分塑料的冷卻時間得以縮短，進而將整個注射成型的時間縮短，并且減少回收料的形成或廢料的澆道部分的體積。

3 結 語

綜上所述，CAE技術在注塑模具設計中的應用有十分重要的意義，然而并不能因為明顯的優勢而忽略了以往經驗的重要性，此外，由于其具有一定的復雜性以及誤差不準確性，但是也不能因此將其否定。在發展過程中，需要將理論與實際相結合，認真細致的分析，將CAE技術的強大功能在實際生產中充分發揮。

參考文獻：

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