CAE技術的發(fā)展、應用及我國推廣現(xiàn)狀

 模具是生產各種工業(yè)產品的重要工藝裝備，隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展以及塑料制品在航空、航天、電子、機械、船舶和汽車等工業(yè)部門的推廣應用，產品對模具的要求越來越高，傳統(tǒng)的模具設計方法已無法適應產品更新?lián)Q代和提高質量的要求。計算機輔助工程（CAE）技術已成為塑料產品開發(fā)、模具設計及產品加工中這些薄弱環(huán)節(jié)的最有效的途經。同傳統(tǒng)的模具設計相比，CAE技術無論在提高生產率、保證產品質量，還是在降低成本、減輕勞動強度等方面，都具有很大優(yōu)越性。近幾年，CAE技術在汽車、家電、電子通訊、化工和日用品等領域逐步地得到了廣泛應用。

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 一、CAE技術-模具設計的發(fā)展趨勢

 目前，世界塑料成型CAE軟件市場由美國上市公司Moldflow公司主導，該公司是專業(yè)從事注塑成型CAE軟件和咨詢公司，自1976年發(fā)行了世界上第一套流動分析軟件以來，一直在此領域居領先地位。利用CAE技術可以在模具加工前，在計算機上對整個注塑成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改制件和模具設計，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質量和降低成本等，都有著重大的技術經濟意義。

 在今天，塑料模具的設計不但要采用CAD技術，而且還要采用CAE技術。這是發(fā)展的必然趨勢。注塑成型分兩個階段，即開發(fā)/設計階段（包括產品設計、模具設計和模具制造）和生產階段（包括購買材料、試模和成型）。傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產前，由于設計人員憑經驗與直覺設計模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發(fā)現(xiàn)問題后，不僅需要重新設置工藝參數(shù)，甚至還需要修改塑料制品和模具設計，這勢必增加生產成本，延長產品開發(fā)周期。采用CAE技術，可以完全代替試模，CAE技術提供了從制品設計到生產的完整解決方案，在模具制造之前，預測塑料熔體在型腔中的整個成型過程，幫助研判潛在的問題，有效地防止問題發(fā)生，大大縮短了開發(fā)周期，降低生產成本。

 二、CAE技術在注塑成型領域的重要應用

 近年來，CAE技術在注塑成型領域中的重要性日益增大，采用CAE技術可以全面解決注塑成型過程中出現(xiàn)的問題。CAE分析技術能成功地應用于三組不同的生產過程，即制品設計、模具設計和注塑成型。三方面的應用分述如下：

 1、制品設計

 制品設計者能用流動分析解決下列問題：

 （1）制品能否全部注滿這一古老的問題仍為許多制品設計人員所注目，尤其是大型制件，如蓋子、容器和家具等。

 （2）制件實際最小壁厚如能使用薄壁制件，就能大大降低制件的材料成本。減小壁厚還可大大降低制件的循環(huán)時間，從而提高生產效率，降低塑件成本。

 （3）澆口位置是否合適采用CAE分析可tyrp.net使產品設計者在設計時具有充分的選擇澆口位置的余地，確保設計的審美特性。

 2、模具設計和制造

 CAE分析可在以下諸方面輔助設計者和制造者，以得到良好的模具設計：

 （1）良好的充填形式對于任何的注塑成型來說，最重要的是控制充填的方式，以使塑件的成型可靠、經濟。

單向充填是一種好的注塑方式，它可以提高塑件內部分子單向和穩(wěn)定的取向性。這種填充形式有助于避免因不同的分子取向所導致的翹曲變形。

 （2）最佳澆口位置與澆口數(shù)量為了對充填方式進行控制，模具設計者必須選擇能夠實現(xiàn)這種控制的澆口位置和數(shù)量，CAE分析可使設計者有多種澆口位置的選擇方案并對其影響作出評價。

 （3）流道系統(tǒng)的優(yōu)化設計實際的模具設計往往要反復權衡各種因素，盡量使設計方案盡善盡美。通過流動分析，可以幫助設計者設計出壓力平衡、溫度平衡或者壓力、溫度均平衡的流道系統(tǒng)，還可對流道內剪切速率和摩擦熱進行評估，如此，便可避免材料的降解和型腔內過高的熔體溫度。

 （4）冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設計通過分析冷卻系統(tǒng)對流動過程的影響，優(yōu)化冷卻管路的布局和工作條件，從而產生均勻的冷卻，并由此縮短成型周期，減少產品成型后的內應力。

 （5）減小反修成本提高模具一次試模成功的可能性是CAE分析的一大優(yōu)點。反復地試模、修模要耗損大量的時間和金錢。此外，未經反復修模的模具，其壽命也較長。

 3、注塑成型

 注塑者可望在制件成本、質量和可加工性方面得到CAE技術的幫助：

 （1）更加寬廣更加穩(wěn)定的加工裕度流動分析對熔體溫度、模具溫度和注射速度等主要注塑加工參數(shù)提出一個目標趨勢，通過流動分析，注塑者便可估定各個加工參數(shù)的正確值，并確定其變動范圍。會同模具設計者一起，他們可以結合使用最經濟的加工設備，設定最佳的模具方案。

 （2）減小塑件應力和翹曲選擇最好的加工參數(shù)使塑件殘余應力最小。殘余應力通常使塑件在成型后出現(xiàn)翹曲變形，甚至發(fā)生失效。

 （3）省料和減少過量充模流道和型腔的設計采用平衡流動，有助于減少材料的使用和消除因局部過量注射所造成的翹曲變形。

 （4）最小的流道尺寸和回用料成本流動分析有助于選定最佳的流道尺寸。以減少澆道部分塑料的冷卻時間，從而縮短整個注射成型的時間，以及減少變成回收料或者廢料的澆道部分塑料的體積。

 三、CAE技術在我國的應用現(xiàn)狀

 盡管CAE技術有如此多的優(yōu)點，是技術發(fā)展的必然趨勢，但是目前在我國CAE軟件，尤其是國產的CAE軟件卻和者蓋寡。原因何在呢？我國著名塑料成型CAE軟件專家、tyrp.net華中科技大學材料學院院長、模具技術國家重點實驗室教授李德群指出：塑料企業(yè)對CAE軟件普遍不重視，很少有企業(yè)主動采用?？梢哉f，國產CAE軟件的市場阻力非常大，堅持自己的品牌做下來很不容易。

 1、企業(yè)觀念落后

 CAE軟件？我們從來不用！我們只用制造模具使用的繪圖和數(shù)控加工軟件做模具就夠了。類似的回答在中小模具廠中十之八九。

 其實，對塑料模具廠家來說，僅僅使用制造模具用的繪圖和數(shù)控加工軟件是遠遠不夠的。因為通過塑料成型CAE軟件分析，可以在模具設計已完成、還沒開始制造時，就提前對設計好的模具進行模擬分析，及時糾正模具的設計缺陷。

 因此使用CAE軟件對模具廠家來說是減少壞模、降低生產成本的重要手段，這種預先模擬檢測的方法在國外十分普及。

 中國模具工業(yè)協(xié)會副秘書長周永泰認為，現(xiàn)在國內確實存在CAE軟件應用不廣的現(xiàn)象。這是由于國內塑料模具企業(yè)普遍存在憑經驗生產的現(xiàn)象，往往是通過反復試模來修改模具。其實這種傳統(tǒng)的生產方式不僅成本高，而且不精確。

 2、市場推廣乏力

 有關專家認為，tyrp.net國內企業(yè)不愛用CAE軟件，這與CAE軟件宣傳力度小、企業(yè)認識不到使用CAE軟件的經濟利益有關。因此，國產CAE軟件應當向國外企業(yè)學習，加大宣傳力度，并適當做些培訓，使模具企業(yè)充分感受到CAE軟件的好處，這樣有利于提高市場份額。

 據(jù)了解，美國Modelflow軟件在國內市場營銷上有龐大的市場開發(fā)資金。他們還建立了Moldflow應用技術培訓體制，將其作為一項技術認證，通過工程人員的認證加強了市場推廣力度。業(yè)內人士希望，國內也能夠引進這種做法。

 3、盜版軟件猖獗

 國內軟件市場普遍存在一種現(xiàn)象：正版的推不動，盜版的很暢銷。CAE軟件也面臨著同樣的問題。

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