基于CAE技術(shù)的注塑模澆筑優(yōu)化分析

梁鉆元

摘 要：注塑成型是現(xiàn)代塑料工業(yè)中極為重要的一種加工技術(shù)，CAE技術(shù)指工程設(shè)計(jì)中的計(jì)算機(jī)輔助工程CAE（Computer Aided Engineering），能夠用于求解注塑成型的屈曲穩(wěn)定性、彈塑性等力學(xué)性能的分析運(yùn)算。從注塑成型技術(shù)、注塑模CAE技術(shù)出發(fā)，深入研究了注塑澆筑的優(yōu)化方案，以供相關(guān)從業(yè)人員借鑒和學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：CAE技術(shù)；澆筑系統(tǒng)；流動模擬；注塑模

中圖分類號：TQ320 文獻(xiàn)標(biāo)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(shè)計(jì)質(zhì)量和工藝參數(shù)的選擇對產(chǎn)品的效益與開發(fā)周期都有至關(guān)重要的影響，因此，提升注塑模的設(shè)計(jì)質(zhì)量，是降低生產(chǎn)成本和提升塑件質(zhì)量的關(guān)鍵。本文立足于CAE（Computer Aided Engineering）技術(shù)，分析了流道與澆口的設(shè)計(jì)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(fā)生。

1 CAE技術(shù)的基本特征

1.1 以實(shí)體模型為基礎(chǔ)

在傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，一般用平面視圖表達(dá)產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)與裝配關(guān)系，而CAE技術(shù)則采用三維實(shí)體模型來表示零件結(jié)構(gòu)，這大大提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的科學(xué)性。與二維視圖相比，三維實(shí)體模型具有一定的優(yōu)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(zhì)地和裝配關(guān)系。此外，三維實(shí)體模型具有高度真實(shí)性，可以為零件的進(jìn)一步分析模擬、數(shù)據(jù)編程提供大量的數(shù)據(jù)，方便開發(fā)人員針對產(chǎn)品零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分的討論與研究。相比二維視圖，實(shí)體模型的設(shè)計(jì)信息更加準(zhǔn)確，不僅能模擬出零件的外觀形狀，還能夠模擬出產(chǎn)品的表面積、體積、質(zhì)量、慣性矩。

1.2 CAE系統(tǒng)的分類與CAE的關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)開發(fā)CAE系統(tǒng)的公司提供的產(chǎn)品信息，可以將CAE系統(tǒng)大致分為硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、非配套系統(tǒng)、配套系統(tǒng)4種類型。而依據(jù)CAE系統(tǒng)的連接形式又可以分為獨(dú)立系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)2大類。配套系統(tǒng)是指帶有CAE支持軟件和應(yīng)用軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是現(xiàn)行CAE系統(tǒng)普遍采用的形式，帶有應(yīng)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(tǒng)越來越受到用戶的關(guān)注，相比配套系統(tǒng)，CAE的非配套系統(tǒng)去掉了軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)自己的使用需求，擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。CAE涉及到的關(guān)鍵技術(shù)范圍很廣，包括計(jì)算機(jī)圖形處理、數(shù)據(jù)交換、工程數(shù)據(jù)管理、三維產(chǎn)品造型，而注塑模澆筑工作主要用到CAE技術(shù)的計(jì)算機(jī)圖形處理以及三維產(chǎn)品造型功能。當(dāng)前計(jì)算機(jī)生成圖形有2種方法，都需要借助計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)，通過程序和算法在圖形顯示設(shè)備上生成。其中，一種是交互式圖形處理方法，另一種是參數(shù)化方法。三維產(chǎn)品造型是通過在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立完整的三維幾何圖形，從而模擬產(chǎn)品的體積、質(zhì)量、重心位置、轉(zhuǎn)動慣量，需要借助三維產(chǎn)品造型技術(shù)的線框建模、實(shí)體造型、曲面造型等功能，從而按照一定規(guī)律自動生成產(chǎn)品各項(xiàng)參數(shù)。

2 基于CAE技術(shù)的注塑模澆筑優(yōu)化方案

2.1 優(yōu)化注塑模CAE系統(tǒng)

利用CAE系統(tǒng)，能設(shè)計(jì)出理想的注塑模組合，從而滿足塑料產(chǎn)品的要求。制造注塑模具是塑料成型的第一步，不管是傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)，還是需要使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)注塑模具都是不容忽視的環(huán)節(jié)，因此，加強(qiáng)注塑模CAE系統(tǒng)研究，是優(yōu)化注塑模澆筑的有效途徑。具體而言，要進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，參數(shù)的準(zhǔn)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(shè)計(jì)方案和注塑工藝參數(shù)進(jìn)行審核，并運(yùn)用CAE軟件輸入注塑工藝的參數(shù)進(jìn)行模擬檢驗(yàn)。一般而言，需要反復(fù)檢驗(yàn)，并將檢驗(yàn)結(jié)果反饋給CAE系統(tǒng)，最后確定制件的設(shè)計(jì)方案。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該注意加強(qiáng)材料數(shù)據(jù)庫的完善，只有在健全的材料數(shù)據(jù)庫的支持下，才能獲得理想的制件方案。此外，增加CAE系統(tǒng)的功能也是優(yōu)化注塑模澆筑的重要手段，應(yīng)在現(xiàn)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(tài)以及塑制品脫模后可能產(chǎn)生的翹曲變形狀況。

2.2 完善模具設(shè)計(jì)制造流程

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

2.3 優(yōu)化注塑成型CAE技術(shù)

雖然經(jīng)過多年的實(shí)踐與研究，注塑成型CAE技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)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(fā)展空間。例數(shù)據(jù)失真的狀況依然時常出現(xiàn)，這就依賴于數(shù)學(xué)模型和數(shù)值算法的進(jìn)一步完善。只有這樣，才能保證耦合分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，還需要提高CAE技術(shù)的智能化，這不僅能夠提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，還能提高注塑模具設(shè)計(jì)的效率，從而使注塑成型CAE技術(shù)應(yīng)用更加廣泛。

3 結(jié)束語

綜上所述，本文介紹了CAE技術(shù)以及軟件的類型，通過與傳統(tǒng)人工注塑模具的比較，能明顯地襯托出注塑成型CAE技術(shù)的高效性、精確性，因此，優(yōu)化注塑模澆筑需要從完善材料數(shù)據(jù)庫出發(fā)，優(yōu)化模具設(shè)計(jì)流程和模具CAE系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳葉娣，黃敏高，嚴(yán)小鋒.基于CAE技術(shù)的智能電表箱注塑模澆口優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].塑料科技，2016（02）.

[2]江毅.基于CAE技術(shù)的注塑成型模擬分析及其在消除熔接痕中的應(yīng)用研究[D].景德鎮(zhèn)：景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，2012.

[3]袁國定，胡曙光，韓陽飛.基于CAE技術(shù)的注塑模澆口優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014（06）.

〔編輯：張思楠〕