何葉春

摘 要：CAE技術(shù)是注塑模具設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的工具，目前，CAE技術(shù)在國外的推廣較為廣泛，而在國內(nèi)卻存在一定的問題，需要進(jìn)一步的發(fā)展。CAE技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的優(yōu)化、分析、保壓、冷卻分析、翹曲分析和產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化等，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與分析評(píng)估這些方面有著巨大的優(yōu)勢，可以使模具設(shè)計(jì)的合理性以及產(chǎn)品質(zhì)量得到有效提高，對(duì)于產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)有著十分重要的意義。鑒于此，文章描述了CAE技術(shù)在注塑模具設(shè)計(jì)中的現(xiàn)狀，并介紹其在塑料制品生產(chǎn)中的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：CAE技術(shù)；注塑模具；設(shè)計(jì)；應(yīng)用；分析

中圖分類號(hào)：TQ320.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）15-0049-02

1 CAE技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外CAE技術(shù)在注塑模具設(shè)計(jì)中的發(fā)展各有不同，而相比于國外先進(jìn)技術(shù)，我國的CAE技術(shù)的發(fā)展仍然存在一定的差距，主要體現(xiàn)在CAE技術(shù)的研究、開發(fā)、推廣以及應(yīng)用等方面，具體介紹如下。

1.1 國外CAE技術(shù)的發(fā)展情況

目前，CAE技術(shù)在國外的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛。上世紀(jì)50年代，一些美國的學(xué)者在聚合物過程模型的建立上就已經(jīng)開始運(yùn)用到了數(shù)值計(jì)算的方法。

到了上世紀(jì)80年代，CAE技術(shù)在注塑成型方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。目前國外的CAE技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)成熟，的一些企業(yè)已經(jīng)擁有比較完善的注塑CAE軟件，例如澳大利亞的Moldflow、美國的I-DEAS、德國的CADMLD等。

1.2 國內(nèi)CAE技術(shù)的發(fā)展情況

近幾年來，CAE技術(shù)在我國的研究、開發(fā)以及推廣等方面已經(jīng)取得了一定的突破，并獲得了不錯(cuò)的成果。

例如在軟件方面，Z-Mold軟件以及HSCAE軟件已經(jīng)得到了較好的應(yīng)用與發(fā)展。

然而，我國CAE技術(shù)的發(fā)展并不理想，仍然存在諸多問題，其中比較嚴(yán)重的問題就是大部分企業(yè)沒有充分到CAE技術(shù)的優(yōu)越性、重要性以及其應(yīng)用能夠帶來的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)其重視程度不高。

此外，政府立項(xiàng)為國內(nèi)CAE軟件設(shè)計(jì)的主要途徑，需要國家項(xiàng)目資金的支持才能進(jìn)行研發(fā)，這在很大程度上限制了CAE技術(shù)的深入研究與發(fā)展，以及其市場推廣和應(yīng)用。

2 CAE技術(shù)在塑料制品生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 CAE技術(shù)在高分子材料選用及塑料制品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在產(chǎn)品初始設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者需要借助CAD/CAE，提高對(duì)產(chǎn)品工藝性的關(guān)注度，并提出相關(guān)敏感問題，例如：熔接痕、困氣、壓力、溫度分布、流動(dòng)時(shí)間等，據(jù)此將制品的厚度、機(jī)構(gòu)形狀、材料以及澆口位置等確定下來有利于后續(xù)工作的開展。同時(shí)可以通過流動(dòng)分析使制品設(shè)計(jì)過程中存在的問題得到解決，具體介紹如下：

制品是否可以全部注滿，這個(gè)問題屬于生產(chǎn)中的老問題，受到許多制品設(shè)計(jì)人員的高度重視，在大型制件中如容器、蓋子以及家具等尤為突出；制品實(shí)際最小壁厚，如果要使制件的材料成本得以降低，那么應(yīng)該使用薄壁制品，此外，減小壁厚還可以使制件的循環(huán)時(shí)間得到很大程度的縮短，進(jìn)而使生產(chǎn)效率得以提高，塑件成本得以降低。

2.2 CAE技術(shù)在模具設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用

CAE技術(shù)在模具設(shè)計(jì)與制造階段的應(yīng)用可以分為五個(gè)方面，具體介紹如下。

2.2.1 在充填形式的優(yōu)化方面

在注塑成型的過程中，充填方式的控制至關(guān)重要，如此能夠提高塑件成型的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。注塑方式中單向充填屬于一種較好的方式，其能夠使塑件內(nèi)部分子單向和穩(wěn)定的取向性得到提高。并且此類充填形式能夠降低由于不同分子取向而造成的曲翹變形的幾率。

2.2.2 在澆口位置與澆口數(shù)量方面

為了有效控制充填形式，模具在設(shè)計(jì)過程中需要對(duì)澆口位置與數(shù)量進(jìn)行選擇，確保能夠達(dá)到控制的效果，CAE分析能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者在澆口位置的選擇上提供多種方案，并且能夠根據(jù)其影響作出相應(yīng)的評(píng)價(jià)，有利于設(shè)計(jì)的判斷與選擇。

2.2.3 在流道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方面

通常在模具的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中需要對(duì)各種因素進(jìn)行反復(fù)的考慮與權(quán)衡，確保設(shè)計(jì)方案最優(yōu)化。借助流動(dòng)分析，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者在壓力、溫度方面提供依據(jù)，設(shè)計(jì)出具有平衡性的壓力、溫度的流道系統(tǒng)，此外還能夠評(píng)估流道內(nèi)剪切速率以及摩擦熱量，這樣可以使材料降解以及型腔內(nèi)熔體溫度過高的問題得到有效的避免。

2.2.4 在冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方面

為實(shí)現(xiàn)均勻的冷卻效果，需要借助對(duì)冷卻系統(tǒng)對(duì)流動(dòng)過程的影響的分析，對(duì)冷卻管路的布局以及工作條件進(jìn)行優(yōu)化處理。此外，這樣可以將成型周期縮短，并使產(chǎn)品成型后的內(nèi)應(yīng)力減少。

2.2.5 在成本控制方面

由于試模與修模具有一定反復(fù)性，這必然導(dǎo)致大量的人力、物力與財(cái)力的損耗，不利于成本的控制。而CAE分析能夠使模具一次試摸成功的概率得到提高，減小反修成本。與此同時(shí)，模具沒有經(jīng)過反復(fù)的修模，能夠有較長的使用壽命。

2.3 CAE技術(shù)在試模成形、產(chǎn)品注塑生產(chǎn)階段的應(yīng)用

注塑分析相連于注塑機(jī)網(wǎng)絡(luò)，注塑生產(chǎn)方能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)前期技術(shù)人員成果的貢獻(xiàn)，將制品設(shè)計(jì)、模具、加工過程中出現(xiàn)的異常問題進(jìn)行排除。對(duì)注塑機(jī)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控與調(diào)整，使制件質(zhì)量的穩(wěn)定性與可加工性得到提高，同時(shí)還能夠有效控制制品的成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。CAE技術(shù)在試模成形、產(chǎn)品注塑生產(chǎn)階段的應(yīng)用主要為以下幾個(gè)方面：

①加工裕度流動(dòng)分析更加全面與穩(wěn)定，對(duì)主要的注塑加工參數(shù)提出了一個(gè)目標(biāo)趨勢，例如熔體溫度、模具溫度以及注射速度等，借助流通分析，注塑者能夠?qū)Ω鱾€(gè)加工參數(shù)的正確值進(jìn)行估定。并將其變動(dòng)范圍確定下來。此外，還會(huì)和模具設(shè)計(jì)者共同使用最經(jīng)濟(jì)的加工設(shè)備，使設(shè)定出來的模具方案最優(yōu)化。

②CAE技術(shù)的應(yīng)用能夠使塑件應(yīng)力與翹曲減小，為保證塑件參與應(yīng)力最小，必須選擇最好的加工參數(shù)。通常情況下殘余應(yīng)力會(huì)使塑件成型之后發(fā)生翹曲變形，情況嚴(yán)重時(shí)還會(huì)失效。

③應(yīng)用CAE技術(shù)還能夠節(jié)省材料，避免充模過量，設(shè)計(jì)流道與型腔時(shí)應(yīng)采用平衡流動(dòng)，這樣有利于節(jié)省材料以及消除由于局部注射過量而導(dǎo)致翹曲變形的問題。

④CAE技術(shù)還能確保流道尺寸最小化以及控制回用料成本，流動(dòng)分析能夠?yàn)樽⑺苷咛峁┮粋€(gè)可靠的依據(jù)，幫助其選定最佳的流道尺寸，使流道部分塑料的冷卻時(shí)間得以縮短，進(jìn)而將整個(gè)注射成型的時(shí)間縮短，并且減少回收料的形成或廢料的澆道部分的體積。

3 結(jié) 語

綜上所述，CAE技術(shù)在注塑模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有十分重要的意義，然而并不能因?yàn)槊黠@的優(yōu)勢而忽略了以往經(jīng)驗(yàn)的重要性，此外，由于其具有一定的復(fù)雜性以及誤差不準(zhǔn)確性，但是也不能因此將其否定。在發(fā)展過程中，需要將理論與實(shí)際相結(jié)合，認(rèn)真細(xì)致的分析，將CAE技術(shù)的強(qiáng)大功能在實(shí)際生產(chǎn)中充分發(fā)揮。

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