0 引言

CAE———Computer Aided Engineering（计算机辅助工程），它是一种模拟仿真技术，利用有限元原理，将产品划分为 N 多个网格，通过强大的求解器计算各个网格的受力、变形、温度等要素，从而呈现出整个产品的成型过程，实现在产品周期前端发现问题、解决问题。在应用 CAE 工具之前，产品的设计生产流程是单向化的。该种传统设计生产模式，在前期只能凭借经验进行产品和模具的设计，在后期注射生产时也只能凭借经验逐一尝试来选择合适的注塑工艺参数。这样的模式常常会导致高额的试模和改模费用，并延长产品的生产周期。应用 CAE 工具后，从产品设计、模具设计到注塑生产都有了可供参考的具体数据作为辅助。其模式可用图 1 表示。CAE 工具帮助设计师们在产品的设计生产前端便进行优化和问题预警。有效的缩短了产品周期，在材料、注塑和模具方面带来了巨大的效益。

图1 引入 CAE 分析模式

1 CAE 技术应用案例分享

目前市面上使用较多的是 Autodesk 公司的 Moldflow模流分析软件，该软件在塑胶行业应用广泛，行业认可度较高。苹果、通用等公司对其供应商都有着明确的要求，需提供模流分析报告，我们的诸多客户也提出了相应的要求，可见 CAE 工具的应用已成为必然趋势。CAE 技术的应用在产品设计、模具设计、注塑生产三个环节均达到了辅助优化的作用。

1.1 产品设计阶段

在产品设计阶段，CAE 工具能够辅助设计师们实现材料的优化选择、产品的结构优化（壁厚、角落效应等）、成型工艺的初步方案等等。下面以具体的案例来展示 CAE技术在该阶段的一些作用。

1.1.1 材料选择

通过 CAE 软件分析，总结得出以下几点：

①HIPS 料中以 TOTAL 的 4440 高流料效果最好，可以满足要求，可优先选择使用；类似于 KINGFA 550 的HIPS料填充困难，所需注塑压力和锁模力都较高。

②PC+ABS 和 PPE+PS 料的应用困难较大，所需注射压力和锁模力都很大，PPE 的收缩和变形最大。

1.1.2 产品结构优化

通过 CAE 软件直观展示产品壁厚变化，将后期注塑生产时可能出现的问题在前端进行优化和控制。如图 2 为一后盖产品的壁厚分析图，产品基本壁厚 2.2mm，存在局部肉厚区域，后续注塑有较大缩痕风险，需优化均匀壁厚。

图 2 壁厚分析

1.2 模具设计阶段

在模具设计阶段，CAE 工具能够帮助模具设计师们进行浇口大小、形状、尺寸、数量等方面的分析，并能对排气的设置、引流的设置等内容进行演示分析。

1.2.1 浇口设计

浇口设计：主要确定浇口形状、数量和浇口位置，保证充填和压力的平衡性。如图 3 为热流道浇口的分析图，通过 CAE 的分析演示能合理的设置浇口的数量和位置。

图 3热流道浇口分析

1.2.2 排气分析

Moldflow 软件能较准确的模拟产品的注射成型过程。通过演示分析填充过程，能有效地判断出注射成型过程中易困气的区域位置，从而在模具设计阶段便对该区域进行排气方面的优化设计。如图 4 所示，为一产品的填充分析图，图中清晰展示出了易困气的区域。

图4 后盖产品填充分析

1.3 注塑生产阶段

在注塑生产阶段，Moldflow 软件可以针对出现的注塑问题，进行改进方案的模拟分析，为产品成型进行工艺优化指导。线框区域浇口离热嘴近，产品壁厚较厚，试模时充填速度慢则在浇口处产生波纹，充填速度快则产生流痕，很难找到充填速度的平衡点解决外观问题。利用 Moldflow软件提供优化方案，优化流道形式，并对优化方案进行分析验证，结果显示可改善外观问题。

2 CAE 应用流程规划

CAE 的应用需要流程化，在关键的节点进行模流分析，提供相应的分析报告，由传统的完全经验型判断改变为经验辅助 CAE 判断。其流程可用图 5 表示。

CAE 分析的几个关键节点：

①产品设计阶段需一次分析，优化产品结构，初步确定模具方案；

图5 CAE 应用流程

②模具设计前端需一次分析，确定浇口位置、数量等，为模具结构设计提供参考；

③T1 试模后结合实际注塑工艺参数，分析存在问题，提供改善方案。

3 CAE 应用总结

CAE 的功能是强大的，那么如何发挥其功效是我们CAE 人员的追求目标，首先我们需要实现的就是 CAE 的标准化工程。针对每种注塑缺陷、注塑参数形成一个标准的判断依据，保证在前端就可有效准确的预测到问题点。当然，此标准的形成离不开理论模拟的分析与现实试模结果的结合。CAE 技术的应用能在产品设计生产的前端进行分析优化，有效的减少改模和试模次数，降低模具费用，缩短产品周期。

转载于：雷云进.基于Moldflow的CAE应用流程[J].内燃机与配件,2021(10):68-69.