CAE在注塑模具设计中的应用分析

何叶春

摘 要：CAE技术是注塑模具设计中一个非常重要的工具，目前，CAE技术在国外的推广较为广泛，而在国内却存在一定的问题，需要进一步的发展。CAE技术能够实现对产品的优化、分析、保压、冷却分析、翘曲分析和产品技术参数的优化等，在产品设计与分析评估这些方面有着巨大的优势，可以使模具设计的合理性以及产品质量得到有效提高，对于产品的实际生产有着十分重要的意义。鉴于此，文章描述了CAE技术在注塑模具设计中的现状，并介绍其在塑料制品生产中的应用，以供参考。

关键词：CAE技术；注塑模具；设计；应用；分析

中图分类号：TQ320.6 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）15-0049-02

1 CAE技术的发展现状

目前，国内外CAE技术在注塑模具设计中的发展各有不同，而相比于国外先进技术，我国的CAE技术的发展仍然存在一定的差距，主要体现在CAE技术的研究、开发、推广以及应用等方面，具体介绍如下。

1.1 国外CAE技术的发展情况

目前，CAE技术在国外的应用已经相当广泛。上世纪50年代，一些美国的学者在聚合物过程模型的建立上就已经开始运用到了数值计算的方法。

到了上世纪80年代，CAE技术在注塑成型方面已经得到了广泛的应用。目前国外的CAE技术发展与应用已经相对成熟，的一些企业已经拥有比较完善的注塑CAE软件，例如澳大利亚的Moldflow、美国的I-DEAS、德国的CADMLD等。

1.2 国内CAE技术的发展情况

近几年来，CAE技术在我国的研究、开发以及推广等方面已经取得了一定的突破，并获得了不错的成果。

例如在软件方面，Z-Mold软件以及HSCAE软件已经得到了较好的应用与发展。

然而，我国CAE技术的发展并不理想，仍然存在诸多问题，其中比较严重的问题就是大部分企业没有充分到CAE技术的优越性、重要性以及其应用能够带来的经济效益，对其重视程度不高。

此外，政府立项为国内CAE软件设计的主要途径，需要国家项目资金的支持才能进行研发，这在很大程度上限制了CAE技术的深入研究与发展，以及其市场推广和应用。

2 CAE技术在塑料制品生产中的应用

2.1 CAE技术在高分子材料选用及塑料制品设计中的应用

在产品初始设计阶段，设计者需要借助CAD/CAE，提高对产品工艺性的关注度，并提出相关敏感问题，例如：熔接痕、困气、压力、温度分布、流动时间等，据此将制品的厚度、机构形状、材料以及浇口位置等确定下来有利于后续工作的开展。同时可以通过流动分析使制品设计过程中存在的问题得到解决，具体介绍如下：

制品是否可以全部注满，这个问题属于生产中的老问题，受到许多制品设计人员的高度重视，在大型制件中如容器、盖子以及家具等尤为突出；制品实际最小壁厚，如果要使制件的材料成本得以降低，那么应该使用薄壁制品，此外，减小壁厚还可以使制件的循环时间得到很大程度的缩短，进而使生产效率得以提高，塑件成本得以降低。

2.2 CAE技术在模具设计和制造中的应用

CAE技术在模具设计与制造阶段的应用可以分为五个方面，具体介绍如下。

2.2.1 在充填形式的优化方面

在注塑成型的过程中，充填方式的控制至关重要，如此能够提高塑件成型的可靠性与经济性。注塑方式中单向充填属于一种较好的方式，其能够使塑件内部分子单向和稳定的取向性得到提高。并且此类充填形式能够降低由于不同分子取向而造成的曲翘变形的几率。

2.2.2 在浇口位置与浇口数量方面

为了有效控制充填形式，模具在设计过程中需要对浇口位置与数量进行选择，确保能够达到控制的效果，CAE分析能够为设计者在浇口位置的选择上提供多种方案，并且能够根据其影响作出相应的评价，有利于设计的判断与选择。

2.2.3 在流道系统的设计优化方面

通常在模具的实际设计过程中需要对各种因素进行反复的考虑与权衡，确保设计方案最优化。借助流动分析，能够为设计者在压力、温度方面提供依据，设计出具有平衡性的压力、温度的流道系统，此外还能够评估流道内剪切速率以及摩擦热量，这样可以使材料降解以及型腔内熔体温度过高的问题得到有效的避免。

2.2.4 在冷却系统的设计优化方面

为实现均匀的冷却效果，需要借助对冷却系统对流动过程的影响的分析，对冷却管路的布局以及工作条件进行优化处理。此外，这样可以将成型周期缩短，并使产品成型后的内应力减少。

2.2.5 在成本控制方面

由于试模与修模具有一定反复性，这必然导致大量的人力、物力与财力的损耗，不利于成本的控制。而CAE分析能够使模具一次试摸成功的概率得到提高，减小反修成本。与此同时，模具没有经过反复的修模，能够有较长的使用寿命。

2.3 CAE技术在试模成形、产品注塑生产阶段的应用

注塑分析相连于注塑机网络，注塑生产方能够实现对前期技术人员成果的贡献，将制品设计、模具、加工过程中出现的异常问题进行排除。对注塑机参数进行实时的监控与调整，使制件质量的稳定性与可加工性得到提高，同时还能够有效控制制品的成本，提高经济效益。CAE技术在试模成形、产品注塑生产阶段的应用主要为以下几个方面：

①加工裕度流动分析更加全面与稳定，对主要的注塑加工参数提出了一个目标趋势，例如熔体温度、模具温度以及注射速度等，借助流通分析，注塑者能够对各个加工参数的正确值进行估定。并将其变动范围确定下来。此外，还会和模具设计者共同使用最经济的加工设备，使设定出来的模具方案最优化。

②CAE技术的应用能够使塑件应力与翘曲减小，为保证塑件参与应力最小，必须选择最好的加工参数。通常情况下残余应力会使塑件成型之后发生翘曲变形，情况严重时还会失效。

③应用CAE技术还能够节省材料，避免充模过量，设计流道与型腔时应采用平衡流动，这样有利于节省材料以及消除由于局部注射过量而导致翘曲变形的问题。

④CAE技术还能确保流道尺寸最小化以及控制回用料成本，流动分析能够为注塑者提供一个可靠的依据，帮助其选定最佳的流道尺寸，使流道部分塑料的冷却时间得以缩短，进而将整个注射成型的时间缩短，并且减少回收料的形成或废料的浇道部分的体积。

3 结 语

综上所述，CAE技术在注塑模具设计中的应用有十分重要的意义，然而并不能因为明显的优势而忽略了以往经验的重要性，此外，由于其具有一定的复杂性以及误差不准确性，但是也不能因此将其否定。在发展过程中，需要将理论与实际相结合，认真细致的分析，将CAE技术的强大功能在实际生产中充分发挥。

参考文献：

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[2] 罗超，龙侃，王强，等.CAE技术在注塑模具上的应用[J].煤矿机械，2011，（5）.

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