CAE軟件在模具設計過程中的應用研究

連峻

【摘 ?要】論文分析了CAE軟件的內涵與作用，并通過增加塑料模設計合理性、提升塑料模設計質量、強化模具造型設計效果、獲取產品最優化參數等要點，促進模具設計行業的高效發展。

【Abstract】This paper analyzes the connotation and function of CAE software， and promotes the efficient development of mould design industry by increasing the rationality of plastic mould design， improving the quality of plastic mould design， strengthening the effect of mould modeling and design， obtaining product optimization parameters and other key points.

【關鍵詞】CAE軟件;模具設計;塑料模

【Keywords】CAE software; mould design; plastic mould

【中圖分類號】TP391.7;TG76 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2020）11-0181-02

1 引言

模具作為我國航空、裝飾、制造行業的重要設備，在對其進行設計時，若能結合CAE軟件，將促使整個模具投產周期更加順利，且獲取的模具設計成果與實際需求匹配度更高。因此，設計人員應善于在模具設計過程中應用CAE軟件，并結合模具設計步驟，確保所設計的模具精準度更高，最終達成高質量設計目標。

2 CAE軟件的內涵與作用

2.1 內涵

CAE軟件即工程仿真軟件。CAE軟件主要涵蓋了處理器以及前處理器、求解器等結構，其中每個結構具備的效用存在差異。在前期處理階段需要針對實體模具進行仿真建模操作，然后采用網格劃分的模式輸入對應的參數或者操作公式，最終經由有限元分析獲取數據，可得出具體的振動頻率、線性靜力動態、熱溫度等結果，而在后處理階段，可按照專屬圖形對模具設計要求加以核對修正，確保實體模具設計完成后滿足用戶設計需求。CAE軟件若以研究對象進行劃分，可包括動態分析軟件、靜態結構分析軟件。CAE軟件在實際應用階段還需要得到運動工具的配合，并結合運動規律給出設計特征，以便獲得可靠的仿真結果，為后續實體設計提供重要參考依據。

2.2 作用

CAE軟件主要具有以下三個作用：第一，CAE軟件的設計功能，可為模具設計工作帶來重要參考依據，以免出現實體模具精準度偏低等問題，由此提高用戶滿意度。第二，縮短模具設計周期，運用CAE軟件可有效減少以往試驗的時間，而且還能從模擬仿真平臺上驗證產品設計方案是否可行，以免制成后出現材料過度損耗后果[1]。第三，CAE軟件可在模具設計過程中及時發現潛在隱患，包括模具形狀、尺寸不符合實際標準等，這些均可在CAE軟件參與下得以解決。同時，通過在模具設計過程中應用CAE軟件，既能保障模具生產的高效性，又能促使整個模具設計更加科學。所以，CAE軟件的應用具有一定現實指導意義。

3 CAE軟件在模具設計過程中的應用要點

3.1 增加塑料模設計合理性

一般應按照下述步驟在塑料模設計中予以操作：設計人員應先行在CAE軟件中建模，并導入相關數據，之后按照網格劃分方式對其進行分類操作，針對模擬結果及時發現畸變位置，以免實體模具出現質量問題，在這之后CAE軟件將對其實施應力分析，在模擬仿真模具中，若其應力分析結果不符合模具設計要求，將予以清除，并在模具上顯現荷載力，最終可以文本信息的形式出具仿真報告，結合CAE軟件的仿真數據可減少以往試模次數，以便最大化降低沖壓模設計成本。

其中，在塑料模翹曲變形等問題的解決中，CAE軟件可起到良好的協助作用。一般經過CAE軟件處理后，可實現一次成型生產，防止頻繁返工降低塑料模投產效率。通常在模流分析期間，應按照下述順序為高質量塑料模生產創造有利條件，如圖1所示。

第一，明確澆口位置。模具設計環節常需要利用熔體成型的方式制作規定形狀的模具。但由于不同的澆口流道數不同，產生的模具類型存在差異，故而應注重模流分析效果，應先行對澆口位置進行確定，結合分析結果不斷予以改進。第二，實施冷卻模擬。模具成型后需要進行冷卻處理，此時可利用CAE軟件對具體的冷卻方案進行驗證，這樣可獲得具體的冷卻時長與冷卻溫度等，最終促使模具在投產階段更加順利。第三，模擬翹曲變形。在模具設計期間，翹曲變形是最常見的一種生產問題，尤其在塑料模中。為了降低翹曲變形缺陷的出現率，可借助CAE軟件幫助設計者找到一個可行的設計方案，以此增加模具預測設計的合理性。對比前后，CAE軟件可有效提高模具投產效率，故而值得推廣。

3.2 提升塑料模設計質量

塑料模具的設計也是當前模具設計領域中較為重要的內容，而應用CAE軟件可有效提升塑料模的設計質量。在塑料模設計階段，需要先行了解塑料模的尺寸、規格、形狀、角度、棱面數量等。例如，在塑料注射模中，可結合CAE軟件的分析結果驗證塑料注射模的設計方案是否合理。對此，還可借助CAE軟件對塑料模的結構進行仿真操作，之后可從仿真模型中了解到塑料模精度是否符合設計標準[2]。此外，CAE軟件還可為注塑模的模流分析工作提供輔助作用，如圖2所示，確保注塑模在設計期間能夠符合實際設計要求，以免出現模具設計脫離實際應用等現象。

同時，設計人員還可依據塑料模設計數據對塑料模各項參數的關聯性進行有效把控，這樣可保證塑料模設計質量有所提升。由于塑料模設計期間易受溫度影響出現形變現象。因此，可應用CAE軟件對塑料模具的制造環境進行控制，以免高溫狀態下降低塑料模制成率。只有保證模具設計過程中每一個步驟都能順利完成，才能促使模具設計結果達到既定目標。

3.3 強化模具造型設計效果

模具設計過程中還包含模具造型設計這一階段。以某汽車內飾品模具造型設計為例，其板面材料為ABS聚合物，應先行對其進行網格劃分，從以往CAE軟件造型設計實驗中可知：相比其他仿真系統的應用結合，其匹配度可達到85.3%，故而應用CAE軟件具有一定現實意義。

同時，在該模具造型設計期間將受流動物料的影響產生熔接痕。所以，可利用CAE軟件獲取仿真模型，之后通過模型造型設計結果驗證熔接痕是否可通過增加中心厚度的方式予以消除，并且結合仿真結果將原有模具造型設計的中心厚度增加0.7m，這樣可保證后續內飾品實體模具不存在熔接痕。故而應用CAE軟件可強化模具造型設計效果，促使整個模具設計工作成果與實際要求具有較高的匹配度。

3.4 獲取產品最優化參數

以往模具設計需要人力反復校正模具設計參數，方可獲取最適合的參數指標，如今可直接應用CAE軟件評估模具設計方案的可行性，然后利用參數校正的方式逐步變換模具設計仿真模型，最終可依據評估結果獲取最優化模具設計參數。因此，CAE軟件是當前模具設計過程中值得積極推廣的一種分析手段。在CAE軟件的協助下，模具設計過程將獲得可靠的產品精準度保障，而且還能有效避免模具出現翹曲變形等風險，最終促使模具設計獲得最優化參數。因此，在模具設計過程中應用CAE軟件很有必要。

4 結論

綜上所述，CAE軟件在模具設計過程中的應用，有利于改善模具設計現狀，由此保證所設計的模具精準度更高，符合模具設計要求。同時，還可從塑料模設計合理性、塑料模設計質量、造型設計效果、獲取最優化參數等方面著手，確保CAE軟件在模具設計環節發揮出真正的作用，由此提高模具設計效率。

【參考文獻】

【1】徐燕.模流分析CAE技術在塑料模具設計和制造中的應用[J].南方農機，2020，51（12）：171.

【2】賓哲桂，黃鎮謹.基于CAD/CAE的平板電腦后殼倒灌注塑模具設計[J].塑料工業，2019，47（03）：55-61.