Moldflow-注塑CAE概述

MPI使用有限元网格进行计算分析，可以提供深层次的模拟分析，分析成形过程中各个阶段的具体参数变化情况，预测产品各种成形缺陷，实现进行产品和模具的优化。

MPI提供了整套的工具来为客户进行全方位的分析：确定塑胶材料，确定浇口位置，平衡浇注系统，涉及评估冷却系统，优化生产周期，发现和控制产品产生的流痕、缩水、翘曲及内部（潜在）质量问题等缺陷。 主要模块

★流动分析（ FLOW ） ★冷却分析（COOL） ★翘曲分析（WARP） ★应力分析（STRESS） ★热固性塑料分析（TSETS） ★气辅成形分析（GAS） ★含玻纤成形分析（FIBER） ★自动优化分析（OPTIM） ★收缩分析（SHRINKAGE） ★共射成型(Co-INJECTION) ★射压成型(INJECTION COMPRESSION) ★热固性分析(IC封裝MICROCHIP )

主要分析结果介绍

最佳工艺条件

填充过程模拟

温度分布

熔接痕、气泡

压力分布

剪切应力分布

收缩率分布

凝固顺序预测

锁模力预测

型腔两侧温度差

翘曲量预测 放大10倍 翘曲原因预测

Moldflow与注塑模 一、 概述

模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求越来越高，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。计算机辅助工程（CAE）技术已成为塑料产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。同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，都具有很大优越性。美国上市公司Moldflow公司是专业从事注塑成型CAE软件和咨询公司，自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来，一直主导塑料成型CAE软件市场。近几年，在汽车、家电、电子通讯、化工和日用品等领域得到了广泛应用 二、 CAE技术的作用

利用Moldflow技术可以在模具加工前，在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、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返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用CAE技术。这是发展的必然趋势。

注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。传统的注塑方法是在正式生产前，由于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，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。采用CAE技术，可以完全代替试模，CAE技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，在模具制造之前，预测塑料熔体在型腔中的整个成型过程，帮助研判潜在的问题，有效地防止问题发生，大大缩短了开发周期，降低生产成本。 Moldflow技术的作用在于以下几个方面。 1. 优化塑料制品设计

塑件的壁厚、浇口数量、位置及流道系统设计等对于塑料制品的成败和质量关系重大。以往全凭制品设计人员的经验来设计，往往费力、费时，设计出的制品也不尽合理。利用Moldflow软件，可以快速地设计出最优的塑料制品。 2. 优化塑料模设计

由于塑料制品的多样性、复杂性和设计人员经验的局限性，传统的模具设计往往要经过反复试模、修模才能成功。利用Moldflow软件，可以对型腔尺寸、浇口位置及尺寸、流道尺寸和冷却系统等进行优化设计，在计算机上进行试模、修模，可大大提高模具质量，减少试模次数。 3. 优化注塑工艺参数

由于经验的局限性，工程技术人员很难精确地设置制品最合理的加工参数，选择合适的塑料材料和确定最优的工艺方案。Moldflow软件可以帮助工程技术人员确定最佳的注射压力、锁模力、模具温度、熔体温度、注射时间、保压压力和保压时间、冷却时间等，以注塑出最佳的塑料制品。

近年来，CAE技术在注塑成型领域中的重要性日益增大，采用CAE技术可以全面解决注塑成型过程中出现的问题。CAE分析技术能成功地应用于三组不同的生产过程，即制品设计、模具设计和注塑成型。 1. 制品设计

制品设计者能用流动分析解决下列问题。

(1)制品能否全部注满 这一古老的问题仍为许多制品设计人员所注目，尤其是大型制件，如盖子、容器和家具等。

(2)制件实际最小壁厚 如能使用薄壁制件，就能大大降低制件的材料成本。减小壁厚还可大大降低制件的循环时间，从而提高生产效率，降低塑件成本。

(3)浇口位置是否合适 采用CAE分析可使产品设计者在设计时具有充分的选择浇口位置的余地，确保设计的审美特性。 2. 模具设计和制造

CAE分析可在以下诸方面辅助设计者和制造者，以得到良好的模具设计。

(1)良好的充填形式 对于任何的注塑成型来说，最重要的是控制充填的方式，以使塑件的成型可靠、经济。单向充填是一种好的注塑方式，它可以提高塑件内部分子单向和稳定的取向性。这种填充形式有助于避免因不同的分子取向所导致的翘曲变形。

(2)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。

(3)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、温度平衡或者压力、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。

(4)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。

(5)减小反修成本 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。

3．注塑成型

注塑者可望在制件成本、质量和可加工性方面得到CAE技术的帮助。

(1)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。

(2)减小塑件应力和翘曲 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。

(3)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。

(4)最小的流道尺寸和回用料成本 流动分析有助于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。

注塑成型流动模拟技术的新进展 ——从中面流到双面流再到实体流

华中科技大学 李德群 一、概述

注塑成型流动模拟技术旨在预测塑料熔体流经流道、浇口并填充模具型腔的过程，计算浇注系统及模具型腔的压力场、温度场、速度场、剪切应变速率场和剪切应力场的分布，并将分析结果以图表、等值线图和真实感图的方式直观地反映在计算机的屏幕上。由于采用流动模拟可优化浇口数目、浇口位置和注射成型工艺参数，预测所需的注射压力和锁模力，并发现可能出现的注射不足、烧焦、不合理的熔接痕位置和气穴等缺陷，流动模拟软件一经问世便得到了塑料行业和模具界的好评，应用范围与日俱增。二十余年的推广应用、成千上万的成功范例、日新月异的塑料工业又推动着注塑成型流动模拟技术不断的改进和发展，经历了从中面流技术到双面流技术再到实体流技术这三个具有重大意义的里程碑。 二、中面流技术

中面流技术的应用始于20世纪80年代。其数值方法主要采用基于中面的有限元/有限差分/控制体积法。所谓中面是需要用户提取的位于模具型腔面和型芯中间的层面，其模拟过程如图1所示。

基于中面流技术的注塑流动模拟软件应用的时间最长、范围也最广，其典型代表如国外Moldflow公司的MF软件、原AC－Tech公司（被Moldflow公司并购）的C－Mold软件，国内华中科技大学国家模具技术国家重点试验室的HSCAE－F3.0软件。实践表明，基于中面流技术的注塑成型流动软件在应用中具有很大的局限性，具体表现为：(1)用户必须构造出中面模型，采用手工操作直接由实体/表面模型构造中面模型十分困难；(2)独立开发的注塑成型流动模拟软件(如上述的MF、C－Mold和HSCAE－F3.0软件)造型功能较差，根据产品模型构造中面往往需要花费大量的时间；(3)由于注塑产品的千变万化，由产品模型直接生成中面模型的CAD软件的成功率不高、覆盖面不广；(4)由于CAD阶段使用的产品模型和CAE阶段使用的分析模型不统一，使二次建模不可避免，CAD与CAE系统的集成也无法实现。

由此可见，中面模型已经成为了注塑模CAD/CAE/CAM技术发展的瓶颈，采用实体/表面模型来取代中面模型势在必然，在20世纪90年代后期基于双面流技术的流动模拟软件便应运而生。 三、双面流技术

摒弃中面模型的最直接办法是采用三维有限元方法或三维有限差分方法来代替中面流技术中的二维有限元(流动方向)与一维有限差分(厚度方向)的耦合算法。三维流动模拟一直是当今塑料注射成型领域中的研究热点，其技术难点多、经历实践考验的时间短、计算量巨大、计算时间过长与中面流技术的简明、久经考验。计算量小、即算即得形成了鲜明的反差。在三维流动模拟技术举步维艰的时刻，一种既保留中面流全部技术特点又基于实体/表面技术模型的注塑流动模拟新方法――双面流技术悄然问世。其商品化软件的典型代表是我国华中科技大学模具技术国家重点实验室的HSCAE 3DRF5.0 ，称为三维真实感注塑成型流动分析系统以及澳大利亚MoldFlow公司的Part advisor，称为注塑制品顾问。

所谓双面流是指将模具型腔或制品在厚度方向上分成两部分，有限元网格在型腔或制品的表面产生，而不是在中面。相应的，与基于中面的有限差分法是在中面两侧进行不同，厚度方向上的有限差分仅在表面内侧进行。在流动过程中上下两表面的塑料熔体同时并且协调的流动。显然，双面流技术所应用的原理与方法与中面流没有本质上的差别，所不同的是双面流采用了一系列相关的算法，将沿中面流动的单股熔体演变为沿上下表面协调流动的双股流。由于上下表面处的网格无法一一对应，而且网格形状、方位与大小也不可能完全对称，如何将上下对应表面的熔体流动前沿所存在的差别控制在工程上所允许的范围内是实施双面流技术的难点所在。

目前基于双面流技术的注塑流动模拟软件主要是接受三维实体/表面模型的STL文件格式。该格式记录的是三维实体表面在经过离散后所生成的三角面片。现在主流的CAD/CAM系统，如UG、Pro/E、SolidWorks、AutoCAD等，均可输出STL格式文件。这就是说，用户可借助于任何商品化的CAD/CAM系统生成所需制

品的三维几何模型的STL格式文件，流动模拟软件可以自动将该STL文件转化为有限元网格模型供注塑流动分析，这样就大大减轻了用户建模的负担、降低了对用户的技术要求，对用户的培训时间也由过去的数周缩短为几小时。因此，基于双面流技术的注塑流动模拟软件问世时间虽然只有短短数年，便在全世界拥有了庞大的用户群，得到了广大用户的支持和好评。

双面流技术具有明显优点的同时也存在着明显的缺点：分析数据的不完整。双面流技术在模拟过程中虽然计算了每一流动前沿沿厚度方向的物理量，但并不能详细地记录下来。由于数据的不完整，造成了流动模拟与冷却分析、应力分析、翘曲分析集成的困难。此外，熔体仅沿着上下表面流动，在厚度方向上未作任何处理，缺乏真实感。如图3所示，当在透明的模具型腔内作注塑流动时该缺点便暴露无遗。 四、实体流技术

从某种意义上讲，双面流技术只是一种从二维半数值分析(中面流)向三维数值分析(实体流)过渡的手段。要实现塑料注射制品的虚拟制造，必须依靠实体流技术。

实体流技术在实现原理上仍与中面流技术相同，所不同的是数值分析方法有较大差别。在中面流技术中，由于制品的厚度远小于其他两个方向(常称流动方向)的尺寸，塑料熔体的粘度大，可将熔体的充模流动视为扩展层流，于是熔体的厚度方向速度分量被忽略，并假定熔体中的压力不沿厚度方向变化，这样才能将三维流动问题分解为流动方向的二维问题和厚度方向的一维分析。流动方向的各待求量，如压力与温度等，用二维有限元法求解，而厚度方向的各待求量和时间变量等，用一维有限差分法求解。在求解过程中，有限元法与有限差分法交替进行，相互依赖。在实体流技术中熔体的厚度方向的速度分量不再被忽略，熔体的压力随厚度方向变化，这时只能采用立体网格，依靠三维有限差分法或三维有限元法对熔体的充模流动进行数值分析。因此，与中面流或双面流相比，基于实体流的注塑流动模拟软件目前所存在的最大问题是计算量巨大、计算时间过长，诸如电视机外壳或洗衣机缸这样的塑料制品，用现行软件，在目前配置最好的微机上仍需要数百小时才能计算出一个方案。如此冗长的运行时间与虚拟制造的宗旨大相径庭，塑料制品的虚拟制造是将制品设计与模具设计紧密结合在一起的协同设计，追求的是高质量、低成本和短周期。如何缩短实体流技术的运行时间是当前注塑成型计算机模拟领域的研究热点和当务之急。由于高科技的迅猛发展和塑料工业的迫切需求,可以预见，满足虚拟制造要求的三维注塑流动模拟软件会在近两年内涌现。

注塑成型CAE技术

一、 概述

模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求越来越高，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。计算机辅助工程（CAE）技术已成为塑料产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。同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，都具有很大优越性。美国上市公司Moldflow公司是专业从事注塑成型CAE软件和咨询公司，自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来，一直主导塑料成型CAE软件市场。近几年，在汽车、家电、电子通讯、化工和日用品等领域得到了广泛应用。 二、 CAE技术的作用

利用CAE(Moldflow)技术可以在模具加工前，在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、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返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用CAE技术。这是发展的必然趋势。

注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。传统的注塑成型方法基本步骤如图1所示，图2为现代模具CAE开发步骤。传统的注塑方法是在正式生产前，由于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，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。采用CAE技术，可以完全代替试模，CAE技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，在模具制造之前，预测塑料熔体在型腔中的整个成型过程，帮助研判潜在的问题，有效地防止问题发生，大大缩短了开发周期，降低生产成本。 图1 传统设计流程

图2 CAE开发步骤

现代注塑成型CAE技术的作用在于以下几个方面。 1. 优化塑料制品设计

塑件的壁厚、浇口数量、位置及流道系统设计等对于塑料制品的成败和质量关系重大。以往全凭制品设计人员的经验来设计，往往费力、费时，设计出的制品也不尽合理。利用Moldflow软件，可以快速地设计出最优的塑料制品。 2. 优化塑料模设计

由于塑料制品的多样性、复杂性和设计人员经验的局限性，传统的模具设计往往要经过反复试模、修模才能成功。利用Moldflow软件，可以对型腔尺寸、浇口位置及尺寸、流道尺寸和冷却系统等进行优化设计，在计算机上进行试模、修模，可大大提高模具质量，减少试模次数。 3. 优化注塑工艺参数

由于经验的局限性，工程技术人员很难精确地设置制品最合理的加工参数，选择合适的塑料材料和确定最优的工艺方案。Moldflow软件可以帮助工程技术人员确定最佳的注射压力、锁模力、模具温度、熔体温度、注射时间、保压压力和保压时间、冷却时间等，以注塑出最佳的塑料制品。 三、 CAE技术的应用

近年来，CAE技术在注塑成型领域中的重要性日益增大，采用CAE技术可以全面解决注塑成型过程中出现的问题。CAE分析技术能成功地应用于三组不同的生产过程，即制品设计、模具设计和注塑成型。

1. 制品设计

制品设计者能用流动分析解决下列问题。

(1)制品能否全部注满 这一古老的问题仍为许多制品设计人员所注目，尤其是大型制件，如盖子、容器和家具等。

(2)制件实际最小壁厚 如能使用薄壁制件，就能大大降低制件的材料成本。减小壁厚还可大大降低制件的循环时间，从而提高生产效率，降低塑件成本。

(3)浇口位置是否合适 采用CAE分析可使产品设计者在设计时具有充分的选择浇口位置的余地，确保设计的审美特性。 2. 模具设计和制造

CAE分析可在以下诸方面辅助设计者和制造者，以得到良好的模具设计。

(1)良好的充填形式 对于任何的注塑成型来说，最重要的是控制充填的方式，以使塑件的成型可靠、经济。单向充填是一种好的注塑方式，它可以提高塑件内部分子单向和稳定的取向性。这种填充形式有助于避免因不同的分子取向所导致的翘曲变形。

(2)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。

(3)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、温度平衡或者压力、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。

(4)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。

(5)减小反修成本 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。 3．注塑成型

注塑者可望在制件成本、质量和可加工性方面得到CAE技术的帮助。

(1)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。

(2)减小塑件应力和翘曲 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。

(3)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。

(4)最小的流道尺寸和回用料成本 流动分析有助于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。

四、Moldflow应用实例

制件为一电动工具，一模一腔，塑料材料采用Honeywell PA6 GF33% Capron 8233G，要求为确定出浇口位置、数量及其工艺参数。 1. 建模

可在其他CAD软件中建模，Moldflow通过图形接口，直接读入CAD模型，或在Moldflow建模模块中建模。模型及浇注系统如图3所示。浇注系统初始设计使用一个侧浇口。 2. 输入工艺条件

根据工艺要求选择材料为PA6 GF33%，熔体温度为280℃，注射时间为4.5s，冷却时间为22s。 保压曲线 压力 时间 型腔模温 60deg.C

70MPa 4s 型芯模温 80deg.C 50MPa 2s 40MPa 2s 图3 模型及浇注系统 3.分析计算

(1)原始方案 图4为Z方向的变形情况，a处变形最大为1.17mm，b处变形为0.24mm，图5为Y方向的变形情况，c处变形最大为0.9mm，d处变形为0.34mm，c处与d处之间的变形差别为0.56mm。 图4 Z方向的变形 图5 Y方向的变形图

(2)修改方案 为了降低翘曲变形量，在充填末端设计一溢料井。如图6所示。 图6 溢料井

图7为Z方向的变形情况，e处变形最大为0.44mm，f处变形为0.19mm，图8为Y方向的变形情况，g处变形为0.59mm，h处变形为0.23mm，g处与h处之间的变形差别为0.36mm。与原方案相比，变形量大大降低。这是由于增加了溢料井，可获得较理想的充填效果，分子取向分布均匀，故翘曲变形较小。 图7 Z方向的变形 图8 Y方向的变形

青岛海尔模具有限公司 赵西金 刘来英 林琦

模具设计的过程一般是这样的：从用户那里接到塑料制品图(可能是二维的，也可能是三维的)，模具设计工程师根据产品的类型、特点以及形状考虑采用合适的结构进行设计，即采用什么样的模具结构可以成型出该塑料件。在此过程中，结构设计工程师还要根据制品的某些特定要求结合自己的经验选择流道类型、尺寸，浇口类型、数量、尺寸、位置并确定分流道的数量、尺寸等，以保证所设计的模具除了结构上合理外，在浇注和冷却系统方面也是可行的。

显然，模具设计对于结构设计工程师的要求是十分苛刻的。他不仅要具有结构设计的经验，还要具有成型材料、成型工艺方面的诸多知识，或者说，设计的成败在很大程度上依赖于模具设计者的经验。即使一个设计工程师具有很好的模具设计经验，但是他仍然面临许多新的问题，因为实际中的产品往往是千变万化的。有时候一个细微的变化或者特定的产品要求可能使得已有经验不可用，或者即使可用但在实际试模之前，也无法进行有效的验证。这导致了模具设计过程具有明显的设计——修正——再设计的特点。如何减少该过程中的循环次数，使初始设计应达到或者逼近合用的结果，这在实践中具有重要意义。

CAE分析正是解决上述问题的理想工具。原因是，该工具建立在相对准确的数学模型基础之上，从而可以近似获得实际指导生产实践的结果，此外，计算的快捷性使得在实际试模前，可以对于多个浇注系统和冷却系统进行评估直至优化，从而达到缩短设计和制造周期，提高质量的目的。

本文就CAE分析中注意的几个问题、做法作一些介绍，并给出一些事例进行说明。

(1)明确分析要求和重点。不同的制品，进行CAE分析的目的是不同的。对于外观件，不允许在表面上出现影响外观的注塑缺陷，如熔结痕等；对于非外观件，烧结痕的位置并不重要，但是如果制品具有严格的装配关系，则允许的翘曲和变形量成为追求的主要目标。此外，所有的制品一般都要求能够满足平衡流动、均匀填充的要求。实践中，同时满足多种要求是困难的，多数情况下是以满足一个主要的要求为主，在此前提下，再满足别的要求。因此在明确分析要求的基础上，还要分清楚哪些是本次分析的主要要求。

确定了分析的要求和重点后，还要初步认定修改或者变动哪些参数。比如说，影响熔结痕位置的主要因素是浇口的位置和制品的形状特点，而制品的形状一般是不允许变动的；影响翘曲和变形量的因素则主要是制品的形状，从工艺的角度看，注射压力过大、保压时间过长和冷却不均匀都可以导致翘曲变型过大。除了制品结构本身的特点外，浇口、流道的尺寸都可以直接影响到型腔内的注射压力，冷却水道的尺寸和布置情况则直接影响到冷却的均匀程度。这些因素又间接地影响到了制品的变形和翘曲。

(2)分析制品结构的特点。使用专业的CAE分析软件进行注塑流动模拟，首先都要进行几何建模，一般来说，这一过程要花费很长的时间。为此，要对几何模型作适当程度的简化以缩短建模时间，提高计算效率。目前，一些CAE软件已经具有从专业化的CAD软件中直接输入实体模型，再使用该软件中特定的中性面抽取工具提取中性面进行计算的功能，但是在制品的结构较为复杂时会产生诸多问题。因此，简化对计算结果影响不显著的细节仍然具有很大的意义。

简化的方法可以根据专业化软件提供的不同功能进行。简化的原则是与整个制品的尺度相比较可以忽略的细微结构，距离浇口较远或与料流方向相互平行的细节也可以忽略。至于网格的划分，最好根据制品的不同结构，在不同的区域采用不同尺度的网格，以获得计算精度较高的结果，在计算翘曲和变形时尤其如此。

(3)选用恰当的注塑材料。CAE分析结果的可信程度取决于三个方面：一是计算时采用的熔融状态流体的数学模型的准确程度如何；二是计算时间的几何模型同实际制品的差异大小；三是所采用的注塑材料的数据来源是否准确、可靠。一般来说，由数学模型来的误差在实践中是可以接受的，商业化的CAE分析软件多年的实践考验证明了这一点。实践证明，只要按照模型简化原则对模型作适当简化，则由此带来的对计算误差也是可以接受的。相反，如果采用的材料数据不准确，即使几何模型精确程度再高，则计算结果也相差甚远。

为此，必须明确用户选用的制品材料的名称、牌号、生产厂商甚至生产批次。实际中，同种材料生产批次不同带来的数据误差是可以忽略的，不同厂商生产的同种材料由于配方、工艺等方面的差异，其材料数据可能差别很大。同种材料不同牌号的数据相差应更大了。

目前，国外商业化的CAE分析软件都建立了一定数量的材料数据库，但其中几乎不涉及国产材料。显然，采用国外的材料数据进行计算只能得到相当粗略的计算结果。因此有条件的用户，可以根据自己的产品特点，筛选一些常用的材料进行流变参数实验，在此基础上可以得到CAE分析的输入参数，建立起适合本企业的常用材料数据库。

(4)分析结果的分析与评价。分析结果的评估一定要结合分析的具体要求来进行。即是否达到了本次分析的主要目标，如果没有达到要根据模拟结果寻求新的方案，包括调整某些参数、位置等，然后再进行新的模拟。在寻求新的浇注系统、冷却系统方案前，一定要仔细分析改善方案或者修正什么参数才可以使得计算结果逐步接近分析要求，而不是偏离分析目标。

对于计算结果的评价一定要综合考虑，因为最终的模拟结果往往是多种条件的一个折中，即计算结果可能“只有更好，没有最好”。这就要求工程技术人员对于分析结果有一个综合的权衡。比如，在满足流动平衡的前提下，注射压力可能会大一些，这也会带来一些问题。但是只要这样的注射压力不会带来过高的剪切速率或者其他注射方面的缺陷，那么可以认为该方案是合用的，此时就可以结束分析。当然，在时间允许的前提下，对尽可能多的方案进行CAE分析对于寻找更为合适的解是最好不过了。分析与评价工作最

好由CAE分析人员会同结构设计工程师、注塑车间有经验的工艺人员进行。

(5)正确认识CAE分析在模具设计中的作用。注塑流动的CAE分析可以帮助工程师事先对多个可能的方案进行评估，从而获得相对好的浇注系统方案和冷却系统方案。但是，不能期望计算结果和实际情况吻合的很好，原因是在进行模拟计算时，由材料数据带来的误差、由计算的数学模型带来的误差以及由几何模型简化带来的误差使得计算结果同实际注塑过程存在一定程度的差异，这种差异随着上述误差的增大而显著增加。再加上实际注射过程的复杂性，使获得确定性的分析结果较为困难。

如果材料数据准确，模型简化得当，获得比较可信的分析结果是完全可能的。此时使用获得的数据作为指导实际生产的工艺数据也是有意义的。

最后讲一下谁来做CAE分析的问题。CAE分析由于涉及材料、注塑工艺、数学、计算机等多个科学，因此对分析工程师的综合素质有一定要求。经验表明，CAE分析人员最好由具有高分子材料学科背景的工程师来担任。总而言之，对于模具结构、注塑工艺、材料知识了解越多，现场经验越丰富，那么CAE分析的结果越可能接近于真实情况，对生产的指导性也越大。 olor]

注塑模的设计原则一般包括如下： 。单向流动 。流动平衡 。恒定压力梯度 。最大剪切应力 。熔接痕/熔合痕放置 。避免滞留 。避免潜流 。可控制的摩擦加热 。流道热阀

。可接受流道/型腔比

以下是这些模具设计原则的基本解释。

单方向的流动设计原则是保证在填充过程中，塑料应该在一个方向上流动 ,并且保持一个直的流动前沿。这导致单方向定位的产生。

平衡的流动 所有的流动路径应该是平衡的 那就是,在相同时间以相同压力进行充填 。

压力梯度 最有效率的填充方式是压力梯度 (压力降低对单位长度) 沿着流动路径是固定的时候。 最大剪应力 最大剪应力

剪应力在填充的时候应该是小于材料临界的最大剪切应力，数值依赖于材料和应用。 熔接/融合位置 在最不敏感部位放置熔接和融合线 。

避免滞留 仅可能避免在流体流动路径分为厚的和薄流动路径那里设置浇口。 避免潜流 通过浇口的设置避免潜流保证流体在最 后充填区相遇。

磨擦加热 为控制的磨擦加热设计流道, 增加型腔熔体温度，这将在产品中获得较低的应力,而不不引起塑料的降解因塑料长期处于较高的温度。

流道热阀 利用热阀设计流道系统, 保证浇口冻结时型腔刚好充填完毕和已充分保压这避免在模具充填完毕后过保压或产生倒流。

流道/型腔比 为高压力降设计流道系统, 使流道材料最小获得一个低比率的流道/型腔设计。

在通常的模具设计过程中，应遵循基本的设计原则，保证设计模具的合理性，而这些原则对注塑CAE分析结果的研究提供的分析依据