CAE在汽车塑料模具制造过程的应用 

中国汽车业近年对塑料模具的需求愈来愈大，传统的模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求，采用CAE技术逐渐成为主要的趋势。本文介绍CAE技术的应用特点、解决注塑成型过程问题的方法及两个应用实例。

汽车及摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达国家占整个模具市场的一半左右。2002年，中国汽车产量大约为320万辆，今年预计达390万辆，车型将达170种。汽车使用塑料件已愈来愈广泛，但中国的汽车保险杠、仪表板、油箱、方向盘等大中型塑料模具，预计至2005年只能满足需求量的50%左右。汽车模具市场的需求不断增加，同时产品对模具的要求也愈来愈高，传统的模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用CAE技术。

CAE是以计算机软件为工具，以仿真为手段，帮助使用者进行预测的工作，以解决工程上现有或潜在的问题。与传统的模具设计相比，CAE技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有无可比拟的优越性。美国Moldflow是一家专业从事塑料成型分析软件（CAE）和咨询的公司，自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来，CAE（Moldflow）在汽车、家电、电子通讯、化工、日用品等领域得到了广泛应用。

技术应用特点  
传统的注塑方法是在正式生产前，由设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至需要修改塑料制品和模具设计，其缺点是增加生产成本和延长产品开发周期。CAE(Moldflow)技术有以下应用特点。  
提供从制品设计到生产的完整解决方案  
CAE（Moldflow）分析技术能为制品设计、模具设计、注塑成型的整个生产过程提供完整的解决方案。Moldflow的MPA（产品优化顾问）是基于实体的注塑模分析软件，可以接受从任何CAD软件输出的实体造型，通过模拟分析，在很短时间内就可以得到优化的产品设计方案，确认产品的表面质量；MPI（注塑成型模拟分析）可以在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，包括充填、保压、冷却、翘曲、纤维取向、结构应力和收缩、气辅和热固性塑料流动分析；MPX（注塑成型过程控制）可以直接与注塑机控制器相连，实时进行工艺优化和质量监控。

提高一次试模的成功率  
模具加工之前，在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，准确预测塑料熔体的充填、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布，制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再翻修模具。对减少甚至避免模具翻修报废、提高制品质量、降低成本等，都有着重大的技术经济意义。  
解决注塑成型过程出现的问题。  

制品设计  
制品设计者能用流动分析解决下列问题：  
*制品能全部注满吗？这一古老的问题仍为许多制品设计人员所关注，尤其是大型制件如盖子、容器、家具等的设计者；

制件实际最小壁厚是多少？如能使用薄壁制件，就能大大降低制件的材料成本。减少壁厚还可降低制件的循环时间，从而提高生产效率，降低塑件成本；  
*浇口位置合适吗？采用CAE分析可使产品设计者在设计时充分选择浇口位置，确保设计的审美特性。

良好的充填形式：对于任何的注塑成型来说，最重要是控制充填的方式，使塑件的成型可靠、经济。单向充填是良好的注塑方式，它可以提高塑件内部分子单向和稳定的取向性。这种充填形式有助于避免因不同的分子取向所导致的翘曲变形；  
*最佳浇口位置与浇口数量：为了对充填方式进行控制，模具设计者必须选择能够实现这种控制的浇口位置和数量，CAE分析可使设计者有多种浇口位置的选择方案并对其影响作出评价；  
*流道系统的优化设计：实际的模具设计往往要反复权衡各种因素，尽量使设计方案尽善尽美。通过流动分析，可以帮助设计者设计出压力平衡、温度平衡或压力、温度均平衡的流道系统，还可对流道内剪切速率和摩擦热进行评估，如此便可避免材料的降解和型腔内过高的熔体温度； 

 
*冷却系统的优化设计：通过分析冷却系统对流动过程的影响，优化冷却管路的布局和工作条件，从而产生均匀的冷却，并由此缩短成型周期，减少产品成型后的内应力；  
*减少翻修成本：提高模具一次试模成功的可能性，是CAE分析的一大优点。反复地试模、修模要耗损大量的时间和金钱，此外，未经反复修模的模具，其寿命也较长。  

注塑成型  
*更加宽广更加稳定的加工“裕度”：流动分析对熔体温度、模具温度和注射速度等主要注塑加工参数提出一个目标趋势，通过流动分析，注塑者便可估定各个加工参数的正确值，并确定其变动范围。会同模具设计者一起，他们可以结合使用最经济的加工设备，设定最佳的模具方案；

*减少塑件应力和翘曲：选择最好的加工参数使塑件残余应力最小，残余应力通常使塑件在成型后出现翘曲变形，甚至发生失效；  
*省料和减少过量充模：流道和型腔的设计采用平衡流动，有助于减少材料的使用和消除因局部过量注射所造成的翘曲变形；  
*最小的流道尺寸和回用料成本：流动分析有助选定最佳的流道尺寸，以减少浇道部分塑料的冷却时间，从而缩短整个注射成型的时间，以及减少变成回收料或者废料的浇道部分塑料的体积。