CAE軟件在模具設(shè)計過程中的應(yīng)用研究

連峻

【摘 ?要】論文分析了CAE軟件的內(nèi)涵與作用，并通過增加塑料模設(shè)計合理性、提升塑料模設(shè)計質(zhì)量、強(qiáng)化模具造型設(shè)計效果、獲取產(chǎn)品最優(yōu)化參數(shù)等要點，促進(jìn)模具設(shè)計行業(yè)的高效發(fā)展。

【Abstract】This paper analyzes the connotation and function of CAE software， and promotes the efficient development of mould design industry by increasing the rationality of plastic mould design， improving the quality of plastic mould design， strengthening the effect of mould modeling and design， obtaining product optimization parameters and other key points.

【關(guān)鍵詞】CAE軟件;模具設(shè)計;塑料模

【Keywords】CAE software; mould design; plastic mould

【中圖分類號】TP391.7;TG76 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2020）11-0181-02

1 引言

模具作為我國航空、裝飾、制造行業(yè)的重要設(shè)備，在對其進(jìn)行設(shè)計時，若能結(jié)合CAE軟件，將促使整個模具投產(chǎn)周期更加順利，且獲取的模具設(shè)計成果與實際需求匹配度更高。因此，設(shè)計人員應(yīng)善于在模具設(shè)計過程中應(yīng)用CAE軟件，并結(jié)合模具設(shè)計步驟，確保所設(shè)計的模具精準(zhǔn)度更高，最終達(dá)成高質(zhì)量設(shè)計目標(biāo)。

2 CAE軟件的內(nèi)涵與作用

2.1 內(nèi)涵

CAE軟件即工程仿真軟件。CAE軟件主要涵蓋了處理器以及前處理器、求解器等結(jié)構(gòu)，其中每個結(jié)構(gòu)具備的效用存在差異。在前期處理階段需要針對實體模具進(jìn)行仿真建模操作，然后采用網(wǎng)格劃分的模式輸入對應(yīng)的參數(shù)或者操作公式，最終經(jīng)由有限元分析獲取數(shù)據(jù)，可得出具體的振動頻率、線性靜力動態(tài)、熱溫度等結(jié)果，而在后處理階段，可按照專屬圖形對模具設(shè)計要求加以核對修正，確保實體模具設(shè)計完成后滿足用戶設(shè)計需求。CAE軟件若以研究對象進(jìn)行劃分，可包括動態(tài)分析軟件、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析軟件。CAE軟件在實際應(yīng)用階段還需要得到運動工具的配合，并結(jié)合運動規(guī)律給出設(shè)計特征，以便獲得可靠的仿真結(jié)果，為后續(xù)實體設(shè)計提供重要參考依據(jù)。

2.2 作用

CAE軟件主要具有以下三個作用：第一，CAE軟件的設(shè)計功能，可為模具設(shè)計工作帶來重要參考依據(jù)，以免出現(xiàn)實體模具精準(zhǔn)度偏低等問題，由此提高用戶滿意度。第二，縮短模具設(shè)計周期，運用CAE軟件可有效減少以往試驗的時間，而且還能從模擬仿真平臺上驗證產(chǎn)品設(shè)計方案是否可行，以免制成后出現(xiàn)材料過度損耗后果[1]。第三，CAE軟件可在模具設(shè)計過程中及時發(fā)現(xiàn)潛在隱患，包括模具形狀、尺寸不符合實際標(biāo)準(zhǔn)等，這些均可在CAE軟件參與下得以解決。同時，通過在模具設(shè)計過程中應(yīng)用CAE軟件，既能保障模具生產(chǎn)的高效性，又能促使整個模具設(shè)計更加科學(xué)。所以，CAE軟件的應(yīng)用具有一定現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

3 CAE軟件在模具設(shè)計過程中的應(yīng)用要點

3.1 增加塑料模設(shè)計合理性

一般應(yīng)按照下述步驟在塑料模設(shè)計中予以操作：設(shè)計人員應(yīng)先行在CAE軟件中建模，并導(dǎo)入相關(guān)數(shù)據(jù)，之后按照網(wǎng)格劃分方式對其進(jìn)行分類操作，針對模擬結(jié)果及時發(fā)現(xiàn)畸變位置，以免實體模具出現(xiàn)質(zhì)量問題，在這之后CAE軟件將對其實施應(yīng)力分析，在模擬仿真模具中，若其應(yīng)力分析結(jié)果不符合模具設(shè)計要求，將予以清除，并在模具上顯現(xiàn)荷載力，最終可以文本信息的形式出具仿真報告，結(jié)合CAE軟件的仿真數(shù)據(jù)可減少以往試模次數(shù)，以便最大化降低沖壓模設(shè)計成本。

其中，在塑料模翹曲變形等問題的解決中，CAE軟件可起到良好的協(xié)助作用。一般經(jīng)過CAE軟件處理后，可實現(xiàn)一次成型生產(chǎn)，防止頻繁返工降低塑料模投產(chǎn)效率。通常在模流分析期間，應(yīng)按照下述順序為高質(zhì)量塑料模生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件，如圖1所示。

第一，明確澆口位置。模具設(shè)計環(huán)節(jié)常需要利用熔體成型的方式制作規(guī)定形狀的模具。但由于不同的澆口流道數(shù)不同，產(chǎn)生的模具類型存在差異，故而應(yīng)注重模流分析效果，應(yīng)先行對澆口位置進(jìn)行確定，結(jié)合分析結(jié)果不斷予以改進(jìn)。第二，實施冷卻模擬。模具成型后需要進(jìn)行冷卻處理，此時可利用CAE軟件對具體的冷卻方案進(jìn)行驗證，這樣可獲得具體的冷卻時長與冷卻溫度等，最終促使模具在投產(chǎn)階段更加順利。第三，模擬翹曲變形。在模具設(shè)計期間，翹曲變形是最常見的一種生產(chǎn)問題，尤其在塑料模中。為了降低翹曲變形缺陷的出現(xiàn)率，可借助CAE軟件幫助設(shè)計者找到一個可行的設(shè)計方案，以此增加模具預(yù)測設(shè)計的合理性。對比前后，CAE軟件可有效提高模具投產(chǎn)效率，故而值得推廣。

3.2 提升塑料模設(shè)計質(zhì)量

塑料模具的設(shè)計也是當(dāng)前模具設(shè)計領(lǐng)域中較為重要的內(nèi)容，而應(yīng)用CAE軟件可有效提升塑料模的設(shè)計質(zhì)量。在塑料模設(shè)計階段，需要先行了解塑料模的尺寸、規(guī)格、形狀、角度、棱面數(shù)量等。例如，在塑料注射模中，可結(jié)合CAE軟件的分析結(jié)果驗證塑料注射模的設(shè)計方案是否合理。對此，還可借助CAE軟件對塑料模的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真操作，之后可從仿真模型中了解到塑料模精度是否符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[2]。此外，CAE軟件還可為注塑模的模流分析工作提供輔助作用，如圖2所示，確保注塑模在設(shè)計期間能夠符合實際設(shè)計要求，以免出現(xiàn)模具設(shè)計脫離實際應(yīng)用等現(xiàn)象。

同時，設(shè)計人員還可依據(jù)塑料模設(shè)計數(shù)據(jù)對塑料模各項參數(shù)的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行有效把控，這樣可保證塑料模設(shè)計質(zhì)量有所提升。由于塑料模設(shè)計期間易受溫度影響出現(xiàn)形變現(xiàn)象。因此，可應(yīng)用CAE軟件對塑料模具的制造環(huán)境進(jìn)行控制，以免高溫狀態(tài)下降低塑料模制成率。只有保證模具設(shè)計過程中每一個步驟都能順利完成，才能促使模具設(shè)計結(jié)果達(dá)到既定目標(biāo)。

3.3 強(qiáng)化模具造型設(shè)計效果

模具設(shè)計過程中還包含模具造型設(shè)計這一階段。以某汽車內(nèi)飾品模具造型設(shè)計為例，其板面材料為ABS聚合物，應(yīng)先行對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，從以往CAE軟件造型設(shè)計實驗中可知：相比其他仿真系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)合，其匹配度可達(dá)到85.3%，故而應(yīng)用CAE軟件具有一定現(xiàn)實意義。

同時，在該模具造型設(shè)計期間將受流動物料的影響產(chǎn)生熔接痕。所以，可利用CAE軟件獲取仿真模型，之后通過模型造型設(shè)計結(jié)果驗證熔接痕是否可通過增加中心厚度的方式予以消除，并且結(jié)合仿真結(jié)果將原有模具造型設(shè)計的中心厚度增加0.7m，這樣可保證后續(xù)內(nèi)飾品實體模具不存在熔接痕。故而應(yīng)用CAE軟件可強(qiáng)化模具造型設(shè)計效果，促使整個模具設(shè)計工作成果與實際要求具有較高的匹配度。

3.4 獲取產(chǎn)品最優(yōu)化參數(shù)

以往模具設(shè)計需要人力反復(fù)校正模具設(shè)計參數(shù)，方可獲取最適合的參數(shù)指標(biāo)，如今可直接應(yīng)用CAE軟件評估模具設(shè)計方案的可行性，然后利用參數(shù)校正的方式逐步變換模具設(shè)計仿真模型，最終可依據(jù)評估結(jié)果獲取最優(yōu)化模具設(shè)計參數(shù)。因此，CAE軟件是當(dāng)前模具設(shè)計過程中值得積極推廣的一種分析手段。在CAE軟件的協(xié)助下，模具設(shè)計過程將獲得可靠的產(chǎn)品精準(zhǔn)度保障，而且還能有效避免模具出現(xiàn)翹曲變形等風(fēng)險，最終促使模具設(shè)計獲得最優(yōu)化參數(shù)。因此，在模具設(shè)計過程中應(yīng)用CAE軟件很有必要。

4 結(jié)論

綜上所述，CAE軟件在模具設(shè)計過程中的應(yīng)用，有利于改善模具設(shè)計現(xiàn)狀，由此保證所設(shè)計的模具精準(zhǔn)度更高，符合模具設(shè)計要求。同時，還可從塑料模設(shè)計合理性、塑料模設(shè)計質(zhì)量、造型設(shè)計效果、獲取最優(yōu)化參數(shù)等方面著手，確保CAE軟件在模具設(shè)計環(huán)節(jié)發(fā)揮出真正的作用，由此提高模具設(shè)計效率。

【參考文獻(xiàn)】

【1】徐燕.模流分析CAE技術(shù)在塑料模具設(shè)計和制造中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2020，51（12）：171.

【2】賓哲桂，黃鎮(zhèn)謹(jǐn).基于CAD/CAE的平板電腦后殼倒灌注塑模具設(shè)計[J].塑料工業(yè)，2019，47（03）：55-61.