CAE技術在注塑成型領域的重要應用

【摘要】隨著塑料工業的迅速發展以及塑料制品在航天、航空、電子、電氣、機械、船舶和汽車等行業的推廣應用，塑料產品對模具的要求越來越高，傳統的模具設計方法已無法適應產品更新換代和提高質量的要求。CAE軟件技術已成為塑料產品開發、模具設計及產品加工中不可或缺的合作伙伴，同傳統的模具設計相比，CAE技術無論在提高生產率、保證產品質量，還是在降低成本、減輕勞動強度等方面，都具有很大優越性。

【關鍵詞】 CAE技術；模具；注塑成型；產品設計；

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

一、CAE技術簡介

CAE系計算機輔助工程（Computer Aided Engineering）的簡稱，借助計算機來輔助分析產品結構、模具結構及優化其結構性能等。CAE軟件可作靜態結構分析、動態分析、流體分析等，也就是工程設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用至今已歷經50多年的發展，經歷了從蓬勃發展到日趨成熟的過程，現已成為工程設計和產品結構分析中（如航空、航天、機械、土木結構等領域）必不可少的數值計算工具、重要手段。

二、CAE技術在塑料產品設計中的應用

根據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構設計合理，而通過運用計算機CAE技術進行的模內塑料流動模擬及壓力場、溫度場的分析，為模具設計者的決策提供了更科學、更合理的依據，避免了設計的盲目性，是模具設計水平得以提高。

三、CAE技術在塑料模具設計和制造中的應用

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、可靠及經濟。而CAE軟件技術就可以模擬良好的充填形式，減少模具的磨損，降低生產成本。

中國模具工業協會副秘書長周永泰認為，現在國內確實存在CAE軟件應用不廣的現象。這是由于國內塑料模具企業普遍存在憑經驗生產的現象，往往是通過反復試模來修改模具。其實這種傳統的生產方式不僅成本高，而且不精確。

借助CAE技術，我們可以有效分析塑料制品的填充、澆注系統的設計、溫控系統的設計等等。

1、塑件能否完整填充

保證塑件結構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，它可以提高塑件內部分子單向取向及穩定取向，單向填充可有效避免因不同的分子取向所導致的塑件翹曲變形現象。

2、澆注系統的優化設計

在模具的實際設計中，我們要考慮很多因素，反復權衡利弊，盡量使設計方案盡善盡美。

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

3、溫控系統的優化設計

借助CAE軟件技術，可分析溫控系統對塑料填充的影響，優化溫控系統的設計，縮短成型周期，提高生產效率。

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率，從而延長注塑模具的使用壽命。

四、CAE軟件技術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提出一個目標趨勢，通過流動分析，我們可估定各個參數值，從而合理確定變動范圍，聯合設計者一起設定最佳的模具方案、使用經濟有效的加工設備。

2、 減小塑件殘余應力，避免翹曲變形

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

3、 節省材料，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，節約成本。

【結束語】

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

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

【參考文獻】

1.王勻主編.《模具CAD/CAE/CAM》.機械工業出版社.2011.

2.淩萃祥主編.《模具CAD/CAE》.高等教育出版社.2001.

3.馮偉，曹勇主編.《模具CAD/CAM/CAE》.機械工業出版社.2012.1

4.曹勇主編.《模具CAD/CAE/CAM》.機械工業出版社.2016.1

5.王正才主編.《注塑模具CAD/CAE/CAM綜合實訓》.大連理工大學出版社.2014.7