CAD/CAE在塑料模具设计中的应用探讨

CAD/CAE在塑料模具设计中的应用探讨

施建超

河南工学院 河南省新乡市 453003

摘要：塑料产品通常会选用模塑成型法来进行生产，因此，塑料模具是一种已得到广泛应用的生产工艺设备，在社会经济发展中，尤其是在工业生产中，发挥着举足轻重的作用。而伴随当今对塑料模具制造、设计等方面要求的越发提高，传统的设计、制造方式已难以满足当前生产需要。因此，计算机辅助工程（CAM）、计算机辅助设计（CAD）技术在此背景下，呈现出快速的发展势头。本文就此技术在塑料模具设计中的具体应用作一剖析。

关键词：计算机辅助工程；计算机辅助设计；塑料模具；设计

塑料是高分子化学、材料科学不断发展背景下的伟大成果，而基于此种材料下所生产的各种产品，已融入到人们生产、生活中的各个角落，成为其不可分割的重要构成。近年，塑料产品制造业呈现出迅猛的发展势头，已经成为替代金属的重要材料类型。当前，伴随塑料产品在诸如机械、电子、家电及军事等领域中的不断应用，这些行业或领域对其设计、制造的要求日益增高，而传统设计与制造方式已经较难满足现今需要，所以，为了能够更好的满足此方面要求，计算机辅助工程（CAM）、计算机辅助设计（CAD）技术应运而生；此技术不仅大幅提高了塑料产品的设计、生产效率，而且还使制造质量得到大幅提高，因而呈现出不错的应用效能与价值。

1.塑料模具CAD分析

1.1CAD概述

所谓CAD，从基础层面来分析，即为计算机与设计人员融合背景下，充分发挥各自优势的一种设计方法。也就是设计人员在实际设计时，将计算机所具有的强大运算能力以及快速查找能力、信息存储能力均充分发挥出来，以此更加高效的达成各项任务（如绘图、分析模拟、信息管理等）；此外，还需指出的是，设计人员充分发挥自身的能力、优势，并集中精力进行设计创作，从而高效、高质量完成自提出设计方案，到评价、分析模拟、修改等整个过程中的任务工作。而对于CAD的近期发展来讲，可划分为实体造型技术、二维计算机绘图技术、参数化技术、曲面造型系统及变量化技术等。

1.2CAD软件分析

（1）UGⅡ软件。此软件由美国麦道飞机公司所开发，是一种比较典型的设计软件；其不仅能实现三维实体建模，而且还能装配建模，此外，还能根据现实需要，生成可视可比较直观的数字虚拟产品，并且还能开展载荷分析、仿真运动分析及干涉检查等。除此之外，还需指出的是，该软件的典型功能为：其一，工程制图，能够借助实体模型来自动的生成；其二，曲面造型丰富，实体造型参数化；其三，具有CAE分析功能。（2）Pro/Engineer软件。针对此软件来安静，其能够借助一种参数化的形式，并且以特征为基础实体模型来进行设计，因而是一种较为新型的机械设计自动化软件爱你。其功能尤为强大：突出表现为：其一，其不仅拥有丰富的参数方法，而且还有以特征为基础的功能，因而能为工程师更好的开展设计工作提供助力与灵感；其二，其拥有比较独特的数据结构，能够提供满足全程需要的数据参数，无论是产品设计，还是制造，都能满足；但需要指出的是，无论是哪个地方需要修改，与之相关的地方也需要进行自动修改。其三，NC加工与切削模拟；其四，工程制图。

2.塑料模具CAE分析

2.1CAE概述

CAE实际就是计算机辅助工程技术，其的诞生为（CAD/CAM）的深层发展带来了有利条件与活力。通常来讲，CAE实为一个囊括多种子系统的综合性软件系统，其中不仅有计算机图形学、数据库，而且还囊括了数值计算技术、工程分析与仿真等，而其关键技术包含两部分，其一为数值的实现方法，其二是工程问题的模型化。针对塑料模具CAE来讲，其囊括了计算机图形学、传热学、高分子流变学以及数值计算方法等理论，能够以数值模拟的方法来分析整个塑料成型过程，并且在制造模具前，便能够比较直观且形象的将成型过程显示于计算机屏幕上，从中可以对模具设计、成形条件对整个产品所产生的影响进行预测；对于所发现的问题或缺陷，能够及时进行修正。

2.2CAE的实际应用

（1）注射成型。在整个注射模CAE架构当中，能够用于翘曲变形分析、充模流动分析及保压分析等。而对于充模流动分析来讲，其能够用于如下工作：对浇注系统进行优化，如基于平衡流动下，对流道尺寸、分布情况及最合适的浇口位置、数量、形状等加以明确；另外，还能对注射工艺参数进行优化，并且还能分析流动前沿。所谓保压过程，从根本上来讲，即为为了使制品更加优质，于完成充模后，仍需要留存适当的保压压力，并且继续注料于型腔内，以此将压力、温度变化所导致的体积收缩给弥补掉。针对。保压过程来分析，实际就是补料，多用作型腔补料与压实中熔体的温度场、压力场的预测，并且为型腔剪切应力、体积收缩力等参数进行计算。而对于翘曲变形分析来讲，即为利用数值算法，比如有限元/有限差分、力学原理等，将塑件的变形量、成型尺寸等数值给计算出来。（2）气体辅助注射成型。此技术即基于传统的注射成型，经不断创新而开发出的一种注射成型工艺，其典型特点为：于充填过程中，如果型腔充填量达到70~90%，此时，将高压气体注入到型腔中；而在保压阶段，则将高压气体继续注入，以此来更好的将熔体冷却所造成的收缩给弥补掉。将CAE技术应用于气体辅助设计成型中，能够将如下问题给解决掉：其一，找出隐藏的质量问题，如气穴冲透、气体冲透等；其二，对熔体的最优体积予以明确，此外，还能明确注入气体的最佳切入时间等。其三，能够对浇注系统、流道的布置方案、尺寸等进行优化。

3.结语

综上，塑料模具无论是在设计阶段，还是在制造阶段，通常会将专用塑料模CAE软件与机械的CAD/CAM软件相结合的方式、方法，而对于CAE来讲，其技能在既定条件下，分析、模拟塑料成型过程，但难以优化最终的分析结果。而对于集成化的塑料模具CAD/CAE软件而言，其具有自动化、智能化特性，因而是未来塑料模CAD/CAE技术的重要发展方向。

参考文献：

[1]赵龙志, 赵明娟, 李娜, 等. CAD/CAE在安全带护盖支架注塑模设计中的应用[J]. 工程塑料应用, 2018(2):74-77.

[2]刘细芬, 张帆. CAD/CAE技术在注射模设计中的应用[J]. 现代塑料加工应用, 2017(4):59-62.

[3]覃家金. CAD/CAE/CAM在塑模设计制造中的实施及提高效率的方法[J]. 科技创新与应用, 2018, 000(13):35-35.

作者简介：施建超（1996-11-11），男，汉族，籍贯：河南省信阳市商城县，学历：本科，研究方向：模具。