雷云進(jìn)

摘要：CAE作為一種輔助分析計(jì)算工具，其計(jì)算結(jié)果有利于預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAE已經(jīng)廣泛運(yùn)用在電子、機(jī)械、汽車(chē)、建筑等各個(gè)領(lǐng)域中。本文主要圍繞Moldflow這一在模具行業(yè)應(yīng)用較廣的CAE軟件進(jìn)行闡述。文章首先對(duì)CAE技術(shù)進(jìn)行了介紹，簡(jiǎn)單講述了其計(jì)算原理，然后以Moldflow的具體應(yīng)用為例，以案列的形式，分別描述了CAE軟件在材料選擇、產(chǎn)品優(yōu)化、模具設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的輔助作用。通過(guò)案列詳細(xì)闡述了CAE技術(shù)從塑料產(chǎn)品設(shè)計(jì)到注射生產(chǎn)整個(gè)過(guò)程中的具體應(yīng)用。最后，作者根據(jù)自身的CAE工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了CAE的應(yīng)用流程，提出了幾個(gè)分析的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，具有較大的參考價(jià)值。CAE的功能是強(qiáng)大的，要繼續(xù)發(fā)揮其最大功效，需要實(shí)現(xiàn)的就是CAE的標(biāo)準(zhǔn)化工程。當(dāng)然，此標(biāo)準(zhǔn)的形成離不開(kāi)理論模擬的分析與現(xiàn)實(shí)試模結(jié)果的結(jié)合。

關(guān)鍵詞：CAE軟件;模具設(shè)計(jì);注塑生產(chǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TB47? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）10-0068-02

0? 引言

CAE——Computer Aided Engineering（計(jì)算機(jī)輔助工程），它是一種模擬仿真技術(shù)，利用有限元原理，將產(chǎn)品劃分為N多個(gè)網(wǎng)格，通過(guò)強(qiáng)大的求解器計(jì)算各個(gè)網(wǎng)格的受力、變形、溫度等要素，從而呈現(xiàn)出整個(gè)產(chǎn)品的成型過(guò)程，實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品周期前端發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。

在應(yīng)用CAE工具之前，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程是單向化的。該種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)模式，在前期只能憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行產(chǎn)品和模具的設(shè)計(jì)，在后期注射生產(chǎn)時(shí)也只能憑借經(jīng)驗(yàn)逐一嘗試來(lái)選擇合適的注塑工藝參數(shù)。這樣的模式常常會(huì)導(dǎo)致高額的試模和改模費(fèi)用，并延長(zhǎng)產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。

應(yīng)用CAE工具后，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)到注塑生產(chǎn)都有了可供參考的具體數(shù)據(jù)作為輔助。其模式可用圖1表示。CAE工具幫助設(shè)計(jì)師們?cè)诋a(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)前端便進(jìn)行優(yōu)化和問(wèn)題預(yù)警。有效的縮短了產(chǎn)品周期，在材料、注塑和模具方面帶來(lái)了巨大的效益。

1? CAE技術(shù)應(yīng)用案例分享

目前市面上使用較多的是Autodesk公司的Moldflow模流分析軟件，該軟件在塑膠行業(yè)應(yīng)用廣泛，行業(yè)認(rèn)可度較高。蘋(píng)果、通用等公司對(duì)其供應(yīng)商都有著明確的要求，需提供模流分析報(bào)告，我們的諸多客戶也提出了相應(yīng)的要求，可見(jiàn)CAE工具的應(yīng)用已成為必然趨勢(shì)。CAE技術(shù)的應(yīng)用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、注塑生產(chǎn)三個(gè)環(huán)節(jié)均達(dá)到了輔助優(yōu)化的作用。

1.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，CAE工具能夠輔助設(shè)計(jì)師們實(shí)現(xiàn)材料的優(yōu)化選擇、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化（壁厚、角落效應(yīng)等）、成型工藝的初步方案等等。下面以具體的案例來(lái)展示CAE技術(shù)在該階段的一些作用。

1.1.1 材料選擇

通過(guò)CAE軟件分析，總結(jié)得出以下幾點(diǎn)：

①HIPS料中以TOTAL的4440高流料效果最好，可以滿足要求，可優(yōu)先選擇使用;類(lèi)似于KINGFA 550的HIPS料填充困難，所需注塑壓力和鎖模力都較高。

②PC+ABS和PPE+PS料的應(yīng)用困難較大，所需注射壓力和鎖模力都很大，PPE的收縮和變形最大。

1.1.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化

通過(guò)CAE軟件直觀展示產(chǎn)品壁厚變化，將后期注塑生產(chǎn)時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題在前端進(jìn)行優(yōu)化和控制。如圖2為一后蓋產(chǎn)品的壁厚分析圖，產(chǎn)品基本壁厚2.2mm，存在局部肉厚區(qū)域，后續(xù)注塑有較大縮痕風(fēng)險(xiǎn)，需優(yōu)化均勻壁厚。

1.2 模具設(shè)計(jì)階段

在模具設(shè)計(jì)階段，CAE工具能夠幫助模具設(shè)計(jì)師們進(jìn)行澆口大小、形狀、尺寸、數(shù)量等方面的分析，并能對(duì)排氣的設(shè)置、引流的設(shè)置等內(nèi)容進(jìn)行演示分析。

1.2.1 澆口設(shè)計(jì)

澆口設(shè)計(jì)：主要確定澆口形狀、數(shù)量和澆口位置，保證充填和壓力的平衡性。如圖3為熱流道澆口的分析圖，通過(guò)CAE的分析演示能合理的設(shè)置澆口的數(shù)量和位置。

1.2.2 排氣分析

Moldflow軟件能較準(zhǔn)確的模擬產(chǎn)品的注射成型過(guò)程。通過(guò)演示分析填充過(guò)程，能有效地判斷出注射成型過(guò)程中易困氣的區(qū)域位置，從而在模具設(shè)計(jì)階段便對(duì)該區(qū)域進(jìn)行排氣方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)。如圖4所示，為一產(chǎn)品的填充分析圖，圖中清晰展示出了易困氣的區(qū)域。

1.3 注塑生產(chǎn)階段

在注塑生產(chǎn)階段，Moldflow軟件可以針對(duì)出現(xiàn)的注塑問(wèn)題，進(jìn)行改進(jìn)方案的模擬分析，為產(chǎn)品成型進(jìn)行工藝優(yōu)化指導(dǎo)。

線框區(qū)域澆口離熱嘴近，產(chǎn)品壁厚較厚，試模時(shí)充填速度慢則在澆口處產(chǎn)生波紋，充填速度快則產(chǎn)生流痕，很難找到充填速度的平衡點(diǎn)解決外觀問(wèn)題。利用Moldflow軟件提供優(yōu)化方案，優(yōu)化流道形式，并對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行分析驗(yàn)證，結(jié)果顯示可改善外觀問(wèn)題。

2? CAE應(yīng)用流程規(guī)劃

CAE的應(yīng)用需要流程化，在關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行模流分析，提供相應(yīng)的分析報(bào)告，由傳統(tǒng)的完全經(jīng)驗(yàn)型判斷改變?yōu)榻?jīng)驗(yàn)輔助CAE判斷。其流程可用圖5表示。

CAE分析的幾個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)：

①產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段需一次分析，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，初步確定模具方案;

②模具設(shè)計(jì)前端需一次分析，確定澆口位置、數(shù)量等，為模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考;

③T1試模后結(jié)合實(shí)際注塑工藝參數(shù)，分析存在問(wèn)題，提供改善方案。

3? CAE應(yīng)用總結(jié)

CAE的功能是強(qiáng)大的，那么如何發(fā)揮其功效是我們CAE人員的追求目標(biāo)，首先我們需要實(shí)現(xiàn)的就是CAE的標(biāo)準(zhǔn)化工程。針對(duì)每種注塑缺陷、注塑參數(shù)形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的判斷依據(jù)，保證在前端就可有效準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)到問(wèn)題點(diǎn)。當(dāng)然，此標(biāo)準(zhǔn)的形成離不開(kāi)理論模擬的分析與現(xiàn)實(shí)試模結(jié)果的結(jié)合。CAE技術(shù)的應(yīng)用能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的前端進(jìn)行分析優(yōu)化，有效的減少改模和試模次數(shù)，降低模具費(fèi)用，縮短產(chǎn)品周期。

參考文獻(xiàn)：

[1]張國(guó)鵬，王寧寧，韓文廣.基于Moldflow的注塑模具的模擬仿真[J].南方農(nóng)機(jī)，2017，48（14）：46，54.

[2]楊巧玲.CAE/CAD技術(shù)在塑料模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討[J].湖北農(nóng)機(jī)化，2018（04）：62-63.

[3][美]Jay Shoemaker 著.傅建，姜勇道，趙國(guó)平 譯.Moldflow Design Guide[M].四川大學(xué)出版社，2010.