李 成

（徐州開放大學，江蘇 徐州 221000）

塑料模具設計工作的開展對于設計人員的要求非常高。設計人員只有具備較高的專業(yè)素養(yǎng)，且具有極為豐富的設計經(jīng)驗，并對成型的材料和工藝有所了解，才能夠確保設計出來的塑料模具符合生產(chǎn)塑料制品的需求。而CAE 技術是一種為了促進計算機輔助設計工程技術和計算機輔助制造工程技術發(fā)展而產(chǎn)生的新型應用軟件，將其應用到塑料模具設計當中，可以幫助設計人員借助其技術優(yōu)勢，及時發(fā)現(xiàn)塑料模具設計中存在的問題，進而提升設計的科學合理性，保證設計出來的塑料模具使用功能充分發(fā)揮出來。

1 CAE 技術在塑料模具設計中的應用優(yōu)勢

CAE 技術，又叫做Computer Aided Execution，指的是一種集數(shù)值運算技術、信息數(shù)據(jù)庫、應用工程分析、方針模具以及多媒體構圖學等多種功能于一體的軟件系統(tǒng)，將其應用到塑料模具設計中，可以借助高分子流變學理論、函數(shù)計算理論以及構圖形式理論，對制造工藝進行數(shù)據(jù)化模擬，將塑料模具的成型過程進行形象逼真的展現(xiàn)。這樣一來，就可以及時發(fā)現(xiàn)塑料模具設計中存在的問題，并及時進行修改和糾正。

在傳統(tǒng)的塑料模具設計過程中，主要憑借設計人員的個人經(jīng)驗進行操作。當模具設計出來之后，只有進行試模，才能夠發(fā)現(xiàn)設計過程中存在的問題[1]。之后再根據(jù)用戶需求對塑料模具設計中的細節(jié)問題進行修改。整個設計與修改過程，需要花費大量的時間和精力。而CAE 技術的應用，則可以有效改善這一現(xiàn)狀。應用了CAE 技術的塑料模具設計流程如圖1 所示。

圖1 應用CAE 技術的塑料模具設計流程

通過圖1 可以看出，這是一種全新的以并行路線應用為主的設計制造流程。首先，在模具制造之前，就可以直接利用CAE 技術，在計算機上對注塑成型過程進行模擬和分析，進而對熔體的充模過程、保壓過程以及冷卻過程進行提前預測，了解成品的應力分布、分子和纖維取向分布，了解成品的收縮情況，是否存在凹陷、熔接痕以及翹曲變形等問題。這樣一來，在設計模擬階段就可以找出設計缺陷，并通過工藝參數(shù)的調(diào)整和工藝流程的優(yōu)化來解決相關問題。因為不需要等到模具制造和試模后再發(fā)現(xiàn)設計問題，并對模具進行修改，所以設計成本更低，設計效率更高，設計效果更好。

2 CAE 技術在塑料模具設計中應用存在的問題

2.1 缺乏較高的技術集成化水平

與西方發(fā)達國家相比，我國CAE 技術在塑料模具設計中的應用水平還非常低。首先，CAE 技術是一項集成化發(fā)展程度偏低的技術，雖然也引入了一些先進軟件，保證了模具的造型效果，但是在模具方案設計與分析過程中，依然存在著很多計算方面的問題；其次，CAE 技術的應用時間較短，很多技術的應用還處于初步探索階段，所以在應用這一技術進行塑料模具設計時，并沒有高精尖設備的支持；最后，工藝技術與計算機模式之間的差異對相應軟件的使用性能產(chǎn)生了限制，并出現(xiàn)了運算速度過慢、無法高效率聯(lián)網(wǎng)和無法對電磁干擾進行有效抵抗等問題。而這些問題的存在，必然會對設計工作的正常開展產(chǎn)生影響。

2.2 缺乏較大的軟件開發(fā)力度

在CAE 技術的應用中，軟件配置偏低的問題也十分嚴重。雖然一些生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)從國外引進了一些相對先進的軟件，但是由于是外來技術，理解能力有限，所以并沒有將這些軟件的使用功能全部開發(fā)出來，且總是在數(shù)控編程與計算分析方面出現(xiàn)問題，或者使工程繪圖工作的進行充滿阻礙。另外，國內(nèi)的一些設計單位雖然也在進行相關技術軟件的開發(fā)，但是缺乏一定的組織性和計劃性，設計開發(fā)工作沒有重點，且存在著大量重復性工作。這樣，必然會對軟件的開發(fā)進度產(chǎn)生影響。目前，CAE 技術的應用，主要體現(xiàn)在以下三方面：工程繪圖方面、制造工藝和設計工藝的分析方面和數(shù)控機床的通信方面等。雖然我國設計單位也研發(fā)出了一些其他軟件，但是整體而言，研發(fā)水平偏低，研發(fā)類型偏少。

2.3 缺乏專業(yè)的人才和設備支持

首先，在制作模具的過程中，因為設備老化問題的日益嚴重，已經(jīng)出現(xiàn)了不同程度的精度下降、生產(chǎn)效率降低等問題；其次，部分生產(chǎn)企業(yè)依然在使用普通的加工設備，且沒有對其進行定期的更新和升級。尤其是熱處理加工工序的進行，依然以傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式為主。由于這些設備的結構配置相對簡陋，所以存在著較高的能耗率，工作人員要想順利開展作業(yè)，必須具備豐富的實踐經(jīng)驗；再次，雖然某些加工設備引進自國外，但是設備配置卻非常分散，沒有形成系統(tǒng)，所以設備利用率并不高，設備的先進功能并沒有充分發(fā)揮出來；最后，越是先進的設備，越是需要專業(yè)素養(yǎng)與綜合素養(yǎng)較高的專業(yè)人才[2]。否則，即便是人才的實踐經(jīng)驗再豐富，也無法將CAE 技術的應用效果充分發(fā)揮出來。

3 CAE 技術在塑料模具設計中的應用策略

3.1 促進CAE 技術的多元化發(fā)展

目前，塑料模具設計的發(fā)展表現(xiàn)出了集成化趨勢、三維化趨勢、智能化趨勢以及網(wǎng)絡化趨勢。而CAE技術的應用也應當緊跟塑料模具設計的發(fā)展趨勢。首先，加強集成化模塊的應用，提高CAE 技術功能相關資源的共享性，并做好相應的檢測工作，如模具設計檢測、模具制造檢測以及模具裝配檢測等。例如，英國某公司就已經(jīng)研發(fā)出了系列軟件，既可以設計出曲面和實體幾何造型，也可以對復雜性形體進行工程制圖。集成化程度較高的軟件主要有UG 軟件和catia 軟件。目前，我國也已經(jīng)在金屬塑性成型方面研發(fā)出了有限元分析系統(tǒng)和系列軟件；其次，為了加強CAE 技術的應用，還可以提升其三維化程度[3]。即在進行塑料模型的設計、分析以及制造時，不僅要實現(xiàn)設計圖紙的無紙化，還要將模具的造型全方位、直觀地展現(xiàn)出來；最后再利用三維數(shù)字化模型完成產(chǎn)品結構的有效分析和模具可制造性的評價。

3.2 加大先進技術的引進力度

在應用CAE 技術的時候，可以優(yōu)先選擇速度更快的加工技術，借助技術優(yōu)勢提升產(chǎn)品的設計質(zhì)量和生產(chǎn)效率。高速加工技術的應用，不僅可以提升機床的主軸運轉速度，還可以優(yōu)化設備的激振頻率，且運行過程更加穩(wěn)定安全，不會因為沖擊力不合理而降低加工精度。另外，虛擬現(xiàn)實技術[4]也是一種可以模擬模具設計環(huán)境和制造環(huán)節(jié)的技術，可以將設計環(huán)節(jié)和制造環(huán)節(jié)直觀地呈現(xiàn)在設計人員面前，提前發(fā)現(xiàn)模具生產(chǎn)過程中存在的各種問題。

3.3 提升工作人員的綜合素養(yǎng)

塑料模具的設計與制造的全過程，對設計人員的工作經(jīng)驗與專業(yè)素養(yǎng)有著較高的依賴。很多工作的開展都不是單純依靠計算機設備中的計算功能完成的。即便是最新的模具CAE 系統(tǒng)功能相對完善，在運行過程中也依然需要專業(yè)人員的正確操作與控制。這樣一來，要想保證CAE 技術的有效應用，設計人員還要按照一定的邏輯順序?qū)F(xiàn)有的理論知識組合起來，提升多種技術的集成性、各種資源的有序性與組織性[5]。因此，提升工作人員的綜合素養(yǎng)，在加強CAE 技術的應用方面具有十分重要的作用。

4 結語

CAE 技術在塑料模具設計中的應用，可以提前發(fā)現(xiàn)設計缺陷，并進行相應的修正與優(yōu)化，進而實現(xiàn)相應設計成本的降低和設計效率的提升。但是，現(xiàn)階段CAE 技術的實踐應用還有很多不足之處，要想借助CAE 技術的應用優(yōu)勢，提高塑料模具的設計水平，還需要促進CAE 技術的多元化發(fā)展，加大先進技術的引進力度，提升工作人員的綜合素養(yǎng)。