CAE技術(shù)在注塑成型領(lǐng)域的重要應(yīng)用

【摘要】隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展以及塑料制品在航天、航空、電子、電氣、機(jī)械、船舶和汽車等行業(yè)的推廣應(yīng)用，塑料產(chǎn)品對模具的要求越來越高，傳統(tǒng)的模具設(shè)計方法已無法適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求。CAE軟件技術(shù)已成為塑料產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計及產(chǎn)品加工中不可或缺的合作伙伴，同傳統(tǒng)的模具設(shè)計相比，CAE技術(shù)無論在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量，還是在降低成本、減輕勞動強(qiáng)度等方面，都具有很大優(yōu)越性。

【關(guān)鍵詞】 CAE技術(shù)；模具；注塑成型；產(chǎn)品設(shè)計；

中圖分類號：TQ320.66文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016） 11（a）-0000-00

一、CAE技術(shù)簡介

CAE系計算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering）的簡稱，借助計算機(jī)來輔助分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)及優(yōu)化其結(jié)構(gòu)性能等。CAE軟件可作靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析、動態(tài)分析、流體分析等，也就是工程設(shè)計中的分析計算和模擬仿真。

CAE從60年代初在工程上開始應(yīng)用至今已歷經(jīng)50多年的發(fā)展，經(jīng)歷了從蓬勃發(fā)展到日趨成熟的過程，現(xiàn)已成為工程設(shè)計和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析中（如航空、航天、機(jī)械、土木結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域）必不可少的數(shù)值計算工具、重要手段。

二、CAE技術(shù)在塑料產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用

根據(jù)各種塑料的固有性能，利用一切可實施的方法，可以使其成為具有一定形狀和尺寸的塑料制品。獲得合格的塑料制品的前提是塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，而通過運用計算機(jī)CAE技術(shù)進(jìn)行的模內(nèi)塑料流動模擬及壓力場、溫度場的分析，為模具設(shè)計者的決策提供了更科學(xué)、更合理的依據(jù)，避免了設(shè)計的盲目性，是模具設(shè)計水平得以提高。

三、CAE技術(shù)在塑料模具設(shè)計和制造中的應(yīng)用

對注塑成型來說，我們要有效控制塑料的充填方式，以便得到完整的塑件，使注射成型有序、可靠及經(jīng)濟(jì)。而CAE軟件技術(shù)就可以模擬良好的充填形式，減少模具的磨損，降低生產(chǎn)成本。

中國模具工業(yè)協(xié)會副秘書長周永泰認(rèn)為，現(xiàn)在國內(nèi)確實存在CAE軟件應(yīng)用不廣的現(xiàn)象。這是由于國內(nèi)塑料模具企業(yè)普遍存在憑經(jīng)驗生產(chǎn)的現(xiàn)象，往往是通過反復(fù)試模來修改模具。其實這種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式不僅成本高，而且不精確。

借助CAE技術(shù)，我們可以有效分析塑料制品的填充、澆注系統(tǒng)的設(shè)計、溫控系統(tǒng)的設(shè)計等等。

1、塑件能否完整填充

保證塑件結(jié)構(gòu)完整是模具注射成型的一大要點，可以模擬注射成型過程。我們一般選擇單向填充，它可以提高塑件內(nèi)部分子單向取向及穩(wěn)定取向，單向填充可有效避免因不同的分子取向所導(dǎo)致的塑件翹曲變形現(xiàn)象。

2、澆注系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

在模具的實際設(shè)計中，我們要考慮很多因素，反復(fù)權(quán)衡利弊，盡量使設(shè)計方案盡善盡美。

借助軟件技術(shù)，可有效分析塑料進(jìn)膠位置及澆口數(shù)量，設(shè)計模腔壓力平衡、溫度平衡的流道系統(tǒng)，保證塑料均勻填充，對流道內(nèi)剪切速率和摩擦熱進(jìn)行評估，可有效避免溶體溫度過高而造成塑料分解、降解，從而保證塑件質(zhì)量。

3、溫控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

借助CAE軟件技術(shù)，可分析溫控系統(tǒng)對塑料填充的影響，優(yōu)化溫控系統(tǒng)的設(shè)計，縮短成型周期，提高生產(chǎn)效率。

4、修模成本的降低

塑料模具在制作完畢后還有一個試模、修模的過程，如果反復(fù)地試模、修模則需要耗損大量的時間和金錢，還極易損傷模具，縮短模具的使用壽命。而借助CAE分析可有效提高模具一次試模成功的機(jī)率，從而延長注塑模具的使用壽命。

四、CAE軟件技術(shù)對模具注塑成型的幫助

1、 模流分析

對塑料熔體溫度、模具溫度和注射速度等主要注塑成型工藝參數(shù)提出一個目標(biāo)趨勢，通過流動分析，我們可估定各個參數(shù)值，從而合理確定變動范圍，聯(lián)合設(shè)計者一起設(shè)定最佳的模具方案、使用經(jīng)濟(jì)有效的加工設(shè)備。

2、 減小塑件殘余應(yīng)力，避免翹曲變形

塑件在成型過程中會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，而殘余應(yīng)力通常會使塑件翹曲變形甚至失效報廢，而我們通過CAE技術(shù)可以有效選擇最佳的工藝參數(shù)減少塑件殘余應(yīng)力。

3、 節(jié)省材料，減少過量充模

采用平衡式流道和平衡式型腔布局，有助于同時充模、減少耗材及消除因局部過量注射所造成的翹曲變形。

4、減少流道尺寸、降低用料成本

CAE軟件技術(shù)可模擬塑料流動分析，將有助于選定最佳的流道尺寸，以減少澆道部分塑料用料量，從而縮短冷卻時間，縮短整個成型周期，降低用料，節(jié)約成本。

【結(jié)束語】

模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備。CAE技術(shù)作為一種近似數(shù)據(jù)參數(shù)分析軟件，在塑料模具制造加工之前借助計算機(jī)對模具設(shè)計方案進(jìn)行分析和模擬，利用計算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)形象、直觀地模擬實際注塑成型中熔體的動態(tài)填充、保壓、冷卻等過程，定量地給出成型過程中的狀態(tài)參數(shù)（如壓力、溫度、速度等）。CAE軟件技術(shù)可以幫助設(shè)計者設(shè)想模具設(shè)計中存在的缺陷，為模具設(shè)計者修模提供科學(xué)依據(jù)，并且省時省力，減少試模、修模次數(shù)，縮短模具設(shè)計制造周期，降低生產(chǎn)本錢，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

作者簡介：龍海玲，女（漢族），湖南衡陽，湖南衡陽技師學(xué)院模具系，主要從事模具專業(yè)相關(guān)課程教學(xué)工作。

【參考文獻(xiàn)】

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4.曹勇主編.《模具CAD/CAE/CAM》.機(jī)械工業(yè)出版社.2016.1

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