CAE技術(shù)的發(fā)展、應用及我國推廣現(xiàn)狀

1、CAE技術(shù)的發(fā)展、應用及我國推廣現(xiàn)狀引言：模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求。計算機輔助工程（CAE）技術(shù)已成為塑料產(chǎn)品開發(fā)、模具設計及產(chǎn)品加工中這些薄弱環(huán)節(jié)的最有效的途經(jīng)。同傳統(tǒng)的模具設計相比，CAE技術(shù)無論在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)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(shù)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。一、CAE技術(shù)-模具設計的發(fā)展趨勢目前，世界塑料

2、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(shù)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(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術(shù)經(jīng)濟意義。 在今天，塑料模具的設計不但要采用CAD技

3、術(shù)，而且還要采用CAE技術(shù)。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(chǎn)品設計、模具設計和模具制造）和生產(chǎn)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(chǎn)前，由于設計人員憑經(jīng)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(chǎn)成本，延長產(chǎn)品開發(fā)周期。采用CAE技術(shù)，可以完全代替試模，CAE技術(shù)提供了從制品設計到生產(chǎn)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(chǎn)成本。二、CAE技術(shù)在注塑成型

4、領域的重要應用 近年來，CAE技術(shù)在注塑成型領域中的重要性日益增大，采用CAE技術(shù)可以全面解決注塑成型過程中出現(xiàn)的問題。CAE分析技術(shù)能成功地應用于三組不同的生產(chǎn)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(chǎn)效率，降低塑件成本。 (3)澆口位置是否合適采用CAE分析可使產(chǎn)品設計者在設計時具有充分的選

5、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(jīng)濟。單向充填是一種好的注塑方式，它可以提高塑件內(nèi)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?qū)崿F(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

6、要反復權(quán)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(nèi)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(nèi)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(chǎn)生均勻的冷卻，并由此縮短成型周期，減少產(chǎn)品成型后的內(nèi)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(jīng)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

7、件成本、質(zhì)量和可加工性方面得到CAE技術(shù)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(jié)合使用最經(jīng)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

8、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(shù)在我國的應用現(xiàn)狀 盡管CAE技術(shù)有如此多的優(yōu)點，是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，但是目前在我國CAE軟件，尤其是國產(chǎn)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、華中科技大學材料學院院長、模具技術(shù)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(chǎn)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

9、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(chǎn)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(nèi)確實存在CAE軟件應用不廣的現(xiàn)象。這是由于國內(nèi)塑料模具企業(yè)普遍存在憑經(jīng)驗生產(chǎn)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(chǎn)方式不僅成本高，而且不精確。 2、市場推廣乏力 有關(guān)專家認為，國內(nèi)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(jīng)濟利益有關(guān)。因此，國產(chǎn)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。 但國產(chǎn)CAE軟件企業(yè)自有難處，國產(chǎn)CAE軟件幾乎全部為政府立項，依托在各個大學和研究院所中，靠國家撥款進行研發(fā)。華塑CAE軟件就是一個典型。華塑CAE軟件原先只有一個4人研發(fā)小組，軟件研發(fā)成功后，算是立項成功，國家撥款自然減少。而軟件又不同其他產(chǎn)品，要較快地更新升級，因此后期研發(fā)經(jīng)費也很巨大。有限的人力和資金既要用于研發(fā)，又要市場推廣，困難可想而知。據(jù)了解，美