基于CAE技術的注塑模澆筑優化分析

梁鉆元

摘 要：注塑成型是現代塑料工業中極為重要的一種加工技術，CAE技術指工程設計中的計算機輔助工程CAE（Computer Aided Engineering），能夠用于求解注塑成型的屈曲穩定性、彈塑性等力學性能的分析運算。從注塑成型技術、注塑模CAE技術出發，深入研究了注塑澆筑的優化方案，以供相關從業人員借鑒和學習。

關鍵詞：CAE技術；澆筑系統；流動模擬；注塑模

中圖分類號：TQ320 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.062

在塑件注塑成型的過程中，注塑模的設計質量和工藝參數的選擇對產品的效益與開發周期都有至關重要的影響，因此，提升注塑模的設計質量，是降低生產成本和提升塑件質量的關鍵。本文立足于CAE（Computer Aided Engineering）技術，分析了流道與澆口的設計理論與方法，從而在塑件的注塑成型過程中，避免短射、滯留等常見成型缺陷發生。

1 CAE技術的基本特征

1.1 以實體模型為基礎

在傳統的產品設計中，一般用平面視圖表達產品零件的結構與裝配關系，而CAE技術則采用三維實體模型來表示零件結構，這大大提高了產品設計的科學性。與二維視圖相比，三維實體模型具有一定的優越性，不僅能更加直觀、清楚地反映出零部件的形狀特征，還能反映出零件的色彩、質地和裝配關系。此外，三維實體模型具有高度真實性，可以為零件的進一步分析模擬、數據編程提供大量的數據，方便開發人員針對產品零件的內部結構進行充分的討論與研究。相比二維視圖，實體模型的設計信息更加準確，不僅能模擬出零件的外觀形狀，還能夠模擬出產品的表面積、體積、質量、慣性矩。

1.2 CAE系統的分類與CAE的關鍵技術

根據開發CAE系統的公司提供的產品信息，可以將CAE系統大致分為硬件系統、軟件系統、非配套系統、配套系統4種類型。而依據CAE系統的連接形式又可以分為獨立系統和網絡系統2大類。配套系統是指帶有CAE支持軟件和應用軟件的計算機系統，是現行CAE系統普遍采用的形式，帶有應用軟件及圖形終端，但并不支持第三方軟件。隨著用戶的需求日益多樣化，非配套系統越來越受到用戶的關注，相比配套系統，CAE的非配套系統去掉了軟件的計算機系統，用戶可以根據自己的使用需求，擴展系統的功能。CAE涉及到的關鍵技術范圍很廣，包括計算機圖形處理、數據交換、工程數據管理、三維產品造型，而注塑模澆筑工作主要用到CAE技術的計算機圖形處理以及三維產品造型功能。當前計算機生成圖形有2種方法，都需要借助計算機圖形系統，通過程序和算法在圖形顯示設備上生成。其中，一種是交互式圖形處理方法，另一種是參數化方法。三維產品造型是通過在計算機內建立完整的三維幾何圖形，從而模擬產品的體積、質量、重心位置、轉動慣量，需要借助三維產品造型技術的線框建模、實體造型、曲面造型等功能，從而按照一定規律自動生成產品各項參數。

2 基于CAE技術的注塑模澆筑優化方案

2.1 優化注塑模CAE系統

利用CAE系統，能設計出理想的注塑模組合，從而滿足塑料產品的要求。制造注塑模具是塑料成型的第一步，不管是傳統的人工設計，還是需要使用計算機系統，設計注塑模具都是不容忽視的環節，因此，加強注塑模CAE系統研究，是優化注塑模澆筑的有效途徑。具體而言，要進行參數設計，參數的準確性在一定程度上影響到了模具的精度，因此，在制作注塑模具之前，要對制件的設計方案和注塑工藝參數進行審核，并運用CAE軟件輸入注塑工藝的參數進行模擬檢驗。一般而言，需要反復檢驗，并將檢驗結果反饋給CAE系統，最后確定制件的設計方案。相關技術人員應該注意加強材料數據庫的完善，只有在健全的材料數據庫的支持下，才能獲得理想的制件方案。此外，增加CAE系統的功能也是優化注塑模澆筑的重要手段，應在現有的功能上添加保壓分析與冷卻分析，從而有效模擬出模具冷卻過程中的溫度變化狀態以及塑制品脫模后可能產生的翹曲變形狀況。

2.2 完善模具設計制造流程

相比人工制造模具的流程，CAE系統模具流程更加高效。人工設計制造模具前期必須仿制樣件、繪制草圖，而使用CAE系統，只需要將樣件與概念草圖輸入CAD特征造型系統之中，就能得到比人工繪制更為精確的產品圖。此外，利用CAE系統，還能自動進行產品性能評價、模具設計、工程分析，保證模具滿足注塑模澆筑的要求。人工設計制造模具還需要先設計二維模具圖，經過一層一層的審核，比如材料清單的審核、模具詳細圖紙的審核，才能投入加工，設計出概念模具，而尺寸檢驗、產品性能檢驗、生產檢驗都需要有專人負責，無形之中增加了模具設計制造的成本。相比而言，CAE系統的模具設計制造過程中只需要與工程數據庫交換數據，將模具設計情況、工程分析情報與數據庫反饋，加入了自定義造型幾何系統，能提高模具設計制造的靈活性，不僅能簡化造型系統，還能適應注塑模具制造的特殊要求。

2.3 優化注塑成型CAE技術

雖然經過多年的實踐與研究，注塑成型CAE技術已經有了很大的發展，然而，在耦合分析、CAE集成、效率方面，注塑成型CAE依然具有巨大的發展空間。例數據失真的狀況依然時常出現，這就依賴于數學模型和數值算法的進一步完善。只有這樣，才能保證耦合分析結果的準確性。此外，還需要提高CAE技術的智能化，這不僅能夠提高設計質量，還能提高注塑模具設計的效率，從而使注塑成型CAE技術應用更加廣泛。

3 結束語

綜上所述，本文介紹了CAE技術以及軟件的類型，通過與傳統人工注塑模具的比較，能明顯地襯托出注塑成型CAE技術的高效性、精確性，因此，優化注塑模澆筑需要從完善材料數據庫出發，優化模具設計流程和模具CAE系統。

參考文獻

[1]陳葉娣，黃敏高，嚴小鋒.基于CAE技術的智能電表箱注塑模澆口優化設計[J].塑料科技，2016（02）.

[2]江毅.基于CAE技術的注塑成型模擬分析及其在消除熔接痕中的應用研究[D].景德鎮：景德鎮陶瓷學院，2012.

[3]袁國定，胡曙光，韓陽飛.基于CAE技術的注塑模澆口優化設計[J].江蘇大學學報（自然科學版），2014（06）.

〔編輯：張思楠〕