雷云进

摘要：CAE作为一种辅助分析计算工具，其计算结果有利于预先发现潜在问题，降低生产成本，提高生产效率。近年来，随着计算机技术的发展，CAE已经广泛运用在电子、机械、汽车、建筑等各个领域中。本文主要围绕Moldflow这一在模具行业应用较广的CAE软件进行阐述。文章首先对CAE技术进行了介绍，简单讲述了其计算原理，然后以Moldflow的具体应用为例，以案列的形式，分别描述了CAE软件在材料选择、产品优化、模具设计等环节的辅助作用。通过案列详细阐述了CAE技术从塑料产品设计到注射生产整个过程中的具体应用。最后，作者根据自身的CAE工作经验，总结出了CAE的应用流程，提出了几个分析的关键节点，具有较大的参考价值。CAE的功能是强大的，要继续发挥其最大功效，需要实现的就是CAE的标准化工程。当然，此标准的形成离不开理论模拟的分析与现实试模结果的结合。

关键词：CAE软件;模具设计;注塑生产

中图分类号：TB47                                     文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）10-0068-02

0  引言

CAE——Computer Aided Engineering（计算机辅助工程），它是一种模拟仿真技术，利用有限元原理，将产品划分为N多个网格，通过强大的求解器计算各个网格的受力、变形、温度等要素，从而呈现出整个产品的成型过程，实现在产品周期前端发现问题、解决问题。

在应用CAE工具之前，产品的设计生产流程是单向化的。该种传统设计生产模式，在前期只能凭借经验进行产品和模具的设计，在后期注射生产时也只能凭借经验逐一尝试来选择合适的注塑工艺参数。这样的模式常常会导致高额的试模和改模费用，并延长产品的生产周期。

应用CAE工具后，从产品设计、模具设计到注塑生产都有了可供参考的具体数据作为辅助。其模式可用图1表示。CAE工具帮助设计师们在产品的设计生产前端便进行优化和问题预警。有效的缩短了产品周期，在材料、注塑和模具方面带来了巨大的效益。

1  CAE技术应用案例分享

目前市面上使用较多的是Autodesk公司的Moldflow模流分析软件，该软件在塑胶行业应用广泛，行业认可度较高。苹果、通用等公司对其供应商都有着明确的要求，需提供模流分析报告，我们的诸多客户也提出了相应的要求，可见CAE工具的应用已成为必然趋势。CAE技术的应用在产品设计、模具设计、注塑生产三个环节均达到了辅助优化的作用。

1.1 产品设计阶段

在产品设计阶段，CAE工具能够辅助设计师们实现材料的优化选择、产品的结构优化（壁厚、角落效应等）、成型工艺的初步方案等等。下面以具体的案例来展示CAE技术在该阶段的一些作用。

1.1.1 材料选择

通过CAE软件分析，总结得出以下几点：

①HIPS料中以TOTAL的4440高流料效果最好，可以满足要求，可优先选择使用;类似于KINGFA 550的HIPS料填充困难，所需注塑压力和锁模力都较高。

②PC+ABS和PPE+PS料的应用困难较大，所需注射压力和锁模力都很大，PPE的收缩和变形最大。

1.1.2 产品结构优化

通过CAE软件直观展示产品壁厚变化，将后期注塑生产时可能出现的问题在前端进行优化和控制。如图2为一后盖产品的壁厚分析图，产品基本壁厚2.2mm，存在局部肉厚区域，后续注塑有较大缩痕风险，需优化均匀壁厚。

1.2 模具设计阶段

在模具设计阶段，CAE工具能够帮助模具设计师们进行浇口大小、形状、尺寸、数量等方面的分析，并能对排气的设置、引流的设置等内容进行演示分析。

1.2.1 浇口设计

浇口设计：主要确定浇口形状、数量和浇口位置，保证充填和壓力的平衡性。如图3为热流道浇口的分析图，通过CAE的分析演示能合理的设置浇口的数量和位置。

1.2.2 排气分析

Moldflow软件能较准确的模拟产品的注射成型过程。通过演示分析填充过程，能有效地判断出注射成型过程中易困气的区域位置，从而在模具设计阶段便对该区域进行排气方面的优化设计。如图4所示，为一产品的填充分析图，图中清晰展示出了易困气的区域。

1.3 注塑生产阶段

在注塑生产阶段，Moldflow软件可以针对出现的注塑问题，进行改进方案的模拟分析，为产品成型进行工艺优化指导。

线框区域浇口离热嘴近，产品壁厚较厚，试模时充填速度慢则在浇口处产生波纹，充填速度快则产生流痕，很难找到充填速度的平衡点解决外观问题。利用Moldflow软件提供优化方案，优化流道形式，并对优化方案进行分析验证，结果显示可改善外观问题。

2  CAE应用流程规划

CAE的应用需要流程化，在关键的节点进行模流分析，提供相应的分析报告，由传统的完全经验型判断改变为经验辅助CAE判断。其流程可用图5表示。

CAE分析的几个关键节点：

①产品设计阶段需一次分析，优化产品结构，初步确定模具方案;

②模具设计前端需一次分析，确定浇口位置、数量等，为模具结构设计提供参考;

③T1试模后结合实际注塑工艺参数，分析存在问题，提供改善方案。

3  CAE应用总结

CAE的功能是强大的，那么如何发挥其功效是我们CAE人员的追求目标，首先我们需要实现的就是CAE的标准化工程。针对每种注塑缺陷、注塑参数形成一个标准的判断依据，保证在前端就可有效准确的预测到问题点。当然，此标准的形成离不开理论模拟的分析与现实试模结果的结合。CAE技术的应用能在产品设计生产的前端进行分析优化，有效的减少改模和试模次数，降低模具费用，缩短产品周期。

参考文献：

[1]张国鹏，王宁宁，韩文广.基于Moldflow的注塑模具的模拟仿真[J].南方农机，2017，48（14）：46，54.

[2]杨巧玲.CAE/CAD技术在塑料模具设计中的应用探讨[J].湖北农机化，2018（04）：62-63.

[3][美]Jay Shoemaker 著.傅建，姜勇道，赵国平 译.Moldflow Design Guide[M].四川大学出版社，2010.