基于CAE技术的注塑模浇筑优化分析

梁钻元

摘 要：注塑成型是现代塑料工业中极为重要的一种加工技术，CAE技术指工程设计中的计算机辅助工程CAE（Computer Aided Engineering），能够用于求解注塑成型的屈曲稳定性、弹塑性等力学性能的分析运算。从注塑成型技术、注塑模CAE技术出发，深入研究了注塑浇筑的优化方案，以供相关从业人员借鉴和学习。

关键词：CAE技术；浇筑系统；流动模拟；注塑模

中图分类号：TQ320 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.062

在塑件注塑成型的过程中，注塑模的设计质量和工艺参数的选择对产品的效益与开发周期都有至关重要的影响，因此，提升注塑模的设计质量，是降低生产成本和提升塑件质量的关键。本文立足于CAE（Computer Aided Engineering）技术，分析了流道与浇口的设计理论与方法，从而在塑件的注塑成型过程中，避免短射、滞留等常见成型缺陷发生。

1 CAE技术的基本特征

1.1 以实体模型为基础

在传统的产品设计中，一般用平面视图表达产品零件的结构与装配关系，而CAE技术则采用三维实体模型来表示零件结构，这大大提高了产品设计的科学性。与二维视图相比，三维实体模型具有一定的优越性，不仅能更加直观、清楚地反映出零部件的形状特征，还能反映出零件的色彩、质地和装配关系。此外，三维实体模型具有高度真实性，可以为零件的进一步分析模拟、数据编程提供大量的数据，方便开发人员针对产品零件的内部结构进行充分的讨论与研究。相比二维视图，实体模型的设计信息更加准确，不仅能模拟出零件的外观形状，还能够模拟出产品的表面积、体积、质量、惯性矩。

1.2 CAE系统的分类与CAE的关键技术

根据开发CAE系统的公司提供的产品信息，可以将CAE系统大致分为硬件系统、软件系统、非配套系统、配套系统4种类型。而依据CAE系统的连接形式又可以分为独立系统和网络系统2大类。配套系统是指带有CAE支持软件和应用软件的计算机系统，是现行CAE系统普遍采用的形式，带有应用软件及图形终端，但并不支持第三方软件。随着用户的需求日益多样化，非配套系统越来越受到用户的关注，相比配套系统，CAE的非配套系统去掉了软件的计算机系统，用户可以根据自己的使用需求，扩展系统的功能。CAE涉及到的关键技术范围很广，包括计算机图形处理、数据交换、工程数据管理、三维产品造型，而注塑模浇筑工作主要用到CAE技术的计算机图形处理以及三维产品造型功能。当前计算机生成图形有2种方法，都需要借助计算机图形系统，通过程序和算法在图形显示设备上生成。其中，一种是交互式图形处理方法，另一种是参数化方法。三维产品造型是通过在计算机内建立完整的三维几何图形，从而模拟产品的体积、质量、重心位置、转动惯量，需要借助三维产品造型技术的线框建模、实体造型、曲面造型等功能，从而按照一定规律自动生成产品各项参数。

2 基于CAE技术的注塑模浇筑优化方案

2.1 优化注塑模CAE系统

利用CAE系统，能设计出理想的注塑模组合，从而满足塑料产品的要求。制造注塑模具是塑料成型的第一步，不管是传统的人工设计，还是需要使用计算机系统，设计注塑模具都是不容忽视的环节，因此，加强注塑模CAE系统研究，是优化注塑模浇筑的有效途径。具体而言，要进行参数设计，参数的准确性在一定程度上影响到了模具的精度，因此，在制作注塑模具之前，要对制件的设计方案和注塑工艺参数进行审核，并运用CAE软件输入注塑工艺的参数进行模拟检验。一般而言，需要反复检验，并将检验结果反馈给CAE系统，最后确定制件的设计方案。相关技术人员应该注意加强材料数据库的完善，只有在健全的材料数据库的支持下，才能获得理想的制件方案。此外，增加CAE系统的功能也是优化注塑模浇筑的重要手段，应在现有的功能上添加保压分析与冷却分析，从而有效模拟出模具冷却过程中的温度变化状态以及塑制品脱模后可能产生的翘曲变形状况。

2.2 完善模具设计制造流程

相比人工制造模具的流程，CAE系统模具流程更加高效。人工设计制造模具前期必须仿制样件、绘制草图，而使用CAE系统，只需要将样件与概念草图输入CAD特征造型系统之中，就能得到比人工绘制更为精确的产品图。此外，利用CAE系统，还能自动进行产品性能评价、模具设计、工程分析，保证模具满足注塑模浇筑的要求。人工设计制造模具还需要先设计二维模具图，经过一层一层的审核，比如材料清单的审核、模具详细图纸的审核，才能投入加工，设计出概念模具，而尺寸检验、产品性能检验、生产检验都需要有专人负责，无形之中增加了模具设计制造的成本。相比而言，CAE系统的模具设计制造过程中只需要与工程数据库交换数据，将模具设计情况、工程分析情报与数据库反馈，加入了自定义造型几何系统，能提高模具设计制造的灵活性，不仅能简化造型系统，还能适应注塑模具制造的特殊要求。

2.3 优化注塑成型CAE技术

虽然经过多年的实践与研究，注塑成型CAE技术已经有了很大的发展，然而，在耦合分析、CAE集成、效率方面，注塑成型CAE依然具有巨大的发展空间。例数据失真的状况依然时常出现，这就依赖于数学模型和数值算法的进一步完善。只有这样，才能保证耦合分析结果的准确性。此外，还需要提高CAE技术的智能化，这不仅能够提高设计质量，还能提高注塑模具设计的效率，从而使注塑成型CAE技术应用更加广泛。

3 结束语

综上所述，本文介紹了CAE技术以及软件的类型，通过与传统人工注塑模具的比较，能明显地衬托出注塑成型CAE技术的高效性、精确性，因此，优化注塑模浇筑需要从完善材料数据库出发，优化模具设计流程和模具CAE系统。

参考文献

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[3]袁国定，胡曙光，韩阳飞.基于CAE技术的注塑模浇口优化设计[J].江苏大学学报（自然科学版），2014（06）.

〔编辑：张思楠〕