CAE在注塑模具設(shè)計中的應(yīng)用分析

何葉春

摘 要：CAE技術(shù)是注塑模具設(shè)計中一個非常重要的工具，目前，CAE技術(shù)在國外的推廣較為廣泛，而在國內(nèi)卻存在一定的問題，需要進一步的發(fā)展。CAE技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對產(chǎn)品的優(yōu)化、分析、保壓、冷卻分析、翹曲分析和產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化等，在產(chǎn)品設(shè)計與分析評估這些方面有著巨大的優(yōu)勢，可以使模具設(shè)計的合理性以及產(chǎn)品質(zhì)量得到有效提高，對于產(chǎn)品的實際生產(chǎn)有著十分重要的意義。鑒于此，文章描述了CAE技術(shù)在注塑模具設(shè)計中的現(xiàn)狀，并介紹其在塑料制品生產(chǎn)中的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：CAE技術(shù)；注塑模具；設(shè)計；應(yīng)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(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外CAE技術(shù)在注塑模具設(shè)計中的發(fā)展各有不同，而相比于國外先進技術(shù)，我國的CAE技術(shù)的發(fā)展仍然存在一定的差距，主要體現(xiàn)在CAE技術(shù)的研究、開發(fā)、推廣以及應(yīng)用等方面，具體介紹如下。

1.1 國外CAE技術(shù)的發(fā)展情況

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

到了上世紀80年代，CAE技術(shù)在注塑成型方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。目前國外的CAE技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用已經(jīng)相對成熟，的一些企業(yè)已經(jīng)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(nèi)CAE技術(shù)的發(fā)展情況

近幾年來，CAE技術(shù)在我國的研究、開發(fā)以及推廣等方面已經(jīng)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(jīng)得到了較好的應(yīng)用與發(fā)展。

然而，我國CAE技術(shù)的發(fā)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(yè)沒有充分到CAE技術(shù)的優(yōu)越性、重要性以及其應(yīng)用能夠帶來的經(jīng)濟效益，對其重視程度不高。

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

2 CAE技術(shù)在塑料制品生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 CAE技術(shù)在高分子材料選用及塑料制品設(shè)計中的應(yīng)用

在產(chǎn)品初始設(shè)計階段，設(shè)計者需要借助CAD/CAE，提高對產(chǎn)品工藝性的關(guān)注度，并提出相關(guān)敏感問題，例如：熔接痕、困氣、壓力、溫度分布、流動時間等，據(jù)此將制品的厚度、機構(gòu)形狀、材料以及澆口位置等確定下來有利于后續(xù)工作的開展。同時可以通過流動分析使制品設(shè)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(chǎn)中的老問題，受到許多制品設(shè)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(yīng)該使用薄壁制品，此外，減小壁厚還可以使制件的循環(huán)時間得到很大程度的縮短，進而使生產(chǎn)效率得以提高，塑件成本得以降低。

2.2 CAE技術(shù)在模具設(shè)計和制造中的應(yīng)用

CAE技術(shù)在模具設(shè)計與制造階段的應(yīng)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(yōu)化方面

在注塑成型的過程中，充填方式的控制至關(guān)重要，如此能夠提高塑件成型的可靠性與經(jīng)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(nèi)部分子單向和穩(wěn)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(shù)量方面

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

2.2.3 在流道系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化方面

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

2.2.4 在冷卻系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化方面

為實現(xiàn)均勻的冷卻效果，需要借助對冷卻系統(tǒng)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(yōu)化處理。此外，這樣可以將成型周期縮短，并使產(chǎn)品成型后的內(nèi)應(yīng)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(fù)性，這必然導(dǎo)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(jīng)過反復(fù)的修模，能夠有較長的使用壽命。

2.3 CAE技術(shù)在試模成形、產(chǎn)品注塑生產(chǎn)階段的應(yīng)用

注塑分析相連于注塑機網(wǎng)絡(luò)，注塑生產(chǎn)方能夠?qū)崿F(xiàn)對前期技術(shù)人員成果的貢獻，將制品設(shè)計、模具、加工過程中出現(xiàn)的異常問題進行排除。對注塑機參數(shù)進行實時的監(jiān)控與調(diào)整，使制件質(zhì)量的穩(wěn)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(jīng)濟效益。CAE技術(shù)在試模成形、產(chǎn)品注塑生產(chǎn)階段的應(yīng)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(wěn)定，對主要的注塑加工參數(shù)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?qū)Ω鱾€加工參數(shù)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(shè)計者共同使用最經(jīng)濟的加工設(shè)備，使設(shè)定出來的模具方案最優(yōu)化。

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

③應(yīng)用CAE技術(shù)還能夠節(jié)省材料，避免充模過量，設(shè)計流道與型腔時應(yīng)采用平衡流動，這樣有利于節(jié)省材料以及消除由于局部注射過量而導(dǎo)致翹曲變形的問題。

④CAE技術(shù)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(jù)，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(jié) 語

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

參考文獻：

[1] 任玉珠.基于CAE技術(shù)的注塑模具高效率設(shè)計方法[J].制造業(yè)自動化，2011，（5）.

[2] 羅超，龍侃，王強，等.CAE技術(shù)在注塑模具上的應(yīng)用[J].煤礦機械，2011，（5）.

[3] 任天娟.CAE技術(shù)在注塑模具設(shè)計中的應(yīng)用[J].今日湖北（中旬刊），2014，（12）.