CAE/CAD技术在注塑模设计中的应用研究

利用CAE/CAD技术辅助注塑模具设计，可以极大地提高注塑模具设计水平，同时还可以有效缩短设计周期，最近几年，CAE/CAD技术为广大注塑模具设计人员提供了极大便捷。

1 CAE/CAD技术概述

1.1 CAD技术

计算机辅助设计CAD技术系统主要是由硬件及软件构成，其中硬件主要是指计算机系统，软件则主要是指计算机系统运行程序、辅助程序及专业应用程序等。利用计算机技术可以有效降低设计者的计算量，能够辅助他们分析与比较，以最快的速度确定注塑模具设计方案。

1.2 CAE技术

计算机辅助分析CAE技术是一门以提高CAD/CAM技术为发展动力，以高性能计算机设备为发展条件，以计算机力学为发展边界的技术。塑料在注塑成型过程中涉及到许多方面，如成型压力、成型时间、成型速度及温度，可以运用计算机辅助分析发现设计中所存在的缺陷，进而确保模具设计的合理性，提高模具的成功率及质量。

2 CAE/CAD技术所涉及到的主要软件分析

2.1 Pro/E软件

此软件是由PTC公司所研发，具有着极强的造型能力，集造型设计、模具设计、数控加工等模块为一体，可以为注塑模具设计提供良好的平台。Pro/E软件具有非常全面的产品开发环境，还具有参数化造型、数据管理及易于使用等特征，可以通过拉伸、复制及抽壳等操作实现设计的三维造型，同时还可以利用Pro/E软件对注塑模具进行结构及性能分析并对其优化。

2.2 Moldflow软件

Moldflow注塑CAE软件是由澳大利亚Moldflow公司所研发，利用此软件可以对注塑模具的全过程进行模拟分析，如填充、保压、冷却等，同时还会找出可能存在的缺陷，进而提高注塑模具设计的一次性成功率。

3 CAD技术在注塑模具设计中的应用分析

通过CAD技术可以更为直观地体现模具设计者的思路，同时还可以便捷地调整注塑模具的结构，在模具设计初期的比较阶段尤为重要。CAD技术可以通过开合模动态仿真，检查注塑模具的分型面、结构设计的合理性以及注射产品脱模的可能性。

3.1 塑料制品的设计

CAD三维造型软件能够为注塑模具设计提供良好的平台，强大的编辑修改功能及产品显示效果可以让设计者更好地表达自己的意图，真正实现所想即所得。同时还可以确保产品设计的质量，将所得物理数据进行保存，为后续的修改及分析奠定良好的基础。

3.2 注塑模具结构设计

CAD软件可以为注塑模具设计提供分型面的定义、成型部件的生成及浇注系统的设计等功能，这也是CAD技术在注塑模具运用中最直观的体现，主要涉及的常用模块有Pro/E软件的Mold design及CATIA的注塑模设计。

3.3 注塑模块开合运动仿真

注塑模具的结构非常复杂，同时还要求各个部件相互之间不会产生干扰，对模块零件的运动顺序有着严格的控制。通过运用CAD技术能够对注塑模块的开模及合模进行全过程运动仿真模拟，进而检查出模具结构设计存在的缺陷及不合理的地方，并及时对注塑模具进行更正与调整。

3.4 注塑模具参数化设计

注塑模具参数化设计又叫做尺寸驱动，主要是指对注塑模具中零件的各种特征进行约束，各个部分所具有的特征通过几何及尺寸大小用量的形式进行表示，这个量不仅可以为常数，同时还可以是某种参数。若当某个特征上的量发生了改变，则零件的几何形状及尺寸参数都会随之发生变化，因而不需要重新画图，只需要改变参数即可。注塑模具参数化设计在初始阶段为修改、生产与比较设计提供了强大的手段，参数化分为尺寸参数及几何参数。

4 CAE技术在注塑模具中的应用分析

在注塑模具设计成型之前，可以通过CAE技术分析模拟成型过程，预测并发现原注塑模具设计方案中潜在的问题，如熔体填充及气体穿透等。CAE注塑模具分析软件需要输入CAD几何造型及相关材料性能参数等，用户经验、输入参数及材料选择等都会对最终的结果产生重要影响，所以具有丰富经验的注塑模具软件操作人员可以极大地发挥CAD技术的价值。

4.1 注塑模具填充分析

注塑模具填充结果分析主要是为了检查制件的填充行为是否科学合理，填充是否均衡，是否可以有效实现完全填充。对于注塑模具加工条件而言，填充分析能够有助于检验熔料及模具温度、充填时间及速度是否科学；对于注塑模具设计而言，填充分析能够判断流痕的位置、冷却水路是否合理。通过动态的填充模拟查看填充过程中的溶体流动，进而判断溶体流动是否科学。

4.2 注塑模具浇注系统分析

浇注系统是注塑模具设计过程中的重要环节，能够对产品质量、尺寸及结构产生重大影响。因此可通过CAE中Moldflow模流对最佳浇注口的位置进行分析，同时再根据填充分析及流动分析作为参考提供分析依据。为了不影响注塑产品的表面结构和质量，当采用多浇口时，可以根据实际情况对浇口位置进行调整，当来自不同浇口的溶体融合时，可能会造成溶体流动停止或者转向，而Moldflow模流分析结果可以有效避免这些现象，进而获得最佳成型的浇口位置，通过不同方案的比较帮助设计人员选择最佳方案。

4.3 注塑模具溶料流动分析

Moldflow软件中的流动分析可以计算溶体在浇注系统及型腔中的流动，为了确保模具质量，各个型腔的压力损失应相等。通过流动分析可以实现溶体最小损耗，实现平衡流动。

4.4 注塑模具溶体温度分析

通过CAE技术可以判断熔料填充各个过程中是否存在因剪贴发热而形成的局部热点，同时还会提供型腔内各个部位的温度，避免注塑产品出现黑点、条纹等现象。注塑模具溶体温度分析能够充分掌握溶体温度是否均匀，溶体结合点温度是否会产生熔合纹等。

4.5 注塑模具冷却分析

Moldflow软件的冷却分析模块能够分析注塑模具的冷却系统，主要包含：模具表面温度、注塑产品表面温度及各个部位的温度差等。通过分析结果可以判断各个冷却方案的优劣，同时还可以计算出冷却的时间及成型周期所需要花费的时间等。

4.6 注塑模具溶体流动前沿动态

CAE技术可以通过三维流动模拟观看溶体流动具体情况，模拟溶体从进料到填充满型腔的动态过程。在填充过程中若出现不合理现象，可通过改变进料口的尺寸得到满意的流动效果。

4.7 注塑模具保压分析

注塑模具保压分析主要了解塑料在填充过程中的各种状态，如温度、密度、压力机流动速度等，可以及时发现问题并有效处理。通过注塑模具保压分析决定最终压力大小、保压时间等，防止注塑产品过度填充。

5 结束语

综上所述，CAE/CAD技术在注塑模具设计中具有着重要的作用，利用CAE软件可以模拟不同工艺条件下的注塑模具成型，优化模具结构，减少试模时间。通过CAD软件可以对注塑模具进行快速设计，加快设计周期，同时还可以有效提高设计方案的可靠性。

（互联网 作者：张鸿萍 ）

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