我國注塑模CAE技術的應用現狀分析
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我國注塑模CAE技術的應用現狀分析
注塑模CAE技術的應用在國外已相當普遍，而在我國注塑模具設計仍停留在以經驗為主導的設計模式，成熟的注塑模CAE用戶屈指可數。主要原因在于以下幾方面：
1）注塑模CAE系統對工程師的綜合素質要求較高。注塑模CAE系統是一個很好的工程分析工具，但它只能幫工程師了解產品存在的問題，提供解決問題的思路，而并不能提供解決問題的方案。要充分發揮注塑模CAE技術的作用，關鍵在于對分析結果的正確評價與最佳解決方案的確定。而分析結果的評價又涉及到高分子材料、產品結構、模具、注塑成型工藝等方面的相關理論和經驗，這就對工程師的綜合素質提出了較高的要求。
2）還未正確認識注塑模CAE技術對模具設計的指導作用。注塑模CAE技術是多學科相互交*的產物，既包含了科學的數理計算方法也加入了諸多資深工程師的經驗。注塑模CAE分析是了解和優化模具設計與制造工藝的最佳途徑，但在求解與有效運用分析結果之間仍有相當大的差距。有些企業雖然購買了CAE軟件，但軟件使用人員不懂如何有效的應用分析結果來指導模具設計，使企業并不能從CAE技術的應用中帶來經濟效益，造成資源的巨大浪費，也影響了注塑模CAE軟件的進一步推廣應用，因此要縮短這一差距主要還是要靠CAE分析工程師自身的素質不斷提高。值得注意的是，注塑成型CAE分析是一種理想狀態下的理論分析，并不能完全取代試模，成功的注塑成型分析不等于成功的實際注塑生產，但是一個不注重產品優化設計的企業絕無法面對全球經濟一體化競爭激烈環境的挑戰。
3）目前主流算法的局限性是CAE軟件推廣應用的瓶頸。
注塑模CAE軟件的發展經歷了從中面流技術到雙面流技術再到實體流技術的三個重要的里程碑。目前由于實體流和雙面流技術算法的不完善，三種分析技術仍然并存。
中面流（Midplane）技術的應用始于20世紀80年代。所謂中面就是提取的位于模具型腔和型芯中間的層面來簡化3D模型。用一維和二維的耦合算法和來代替三維計算。基于中面流技術的注塑流動模擬軟件應用的時間最長、范圍最廣。但實踐表明，基于中面流技術的注塑模CAE軟件在應用中具有很大的局限性：(1) 專業的注塑模CAE軟件造型功能較差，采用手工操作直接構造中面模型十分困難，建構過程往往需要花費大量的時間；(2)由CAE軟件根據產品三維模型自動計算生成中面模型的效果不理想，網格修補工作量大；(3)由于CAD階段使用的是產品的物理模型，而CAE階段使用的是產品的數學模型，兩者的不統一，使得二次建模不可避免。由此可見，中面模型已經成為了注塑模CAE技術發展的瓶頸。
20世紀90年代后期雙面流（Fusion）技術誕生。雙面流是指在制品的內外表面產生有限元網格，而不是在中間面。雙面流技術所應用的原理與中面流沒有本質上的差別，所不同只是將沿中面流動的單層料流演變為沿上下表面協調流動的雙層料流。目前基于雙面流技術的注塑模CAE軟件均可以將CAD系統輸出的三維模型的STL文件格式轉化為有限元網格模型。因此與中面流技術相比在模型處理上卻大大減輕了用戶建模的負擔，提高了有限元建模的效率。因此，基于雙面流技術的注塑模CAE軟件在全世界擁有了龐大的用戶群，得到了廣大用戶的支持和好評。但由于上下表面網格無法一一對應，造成上下對應表面的熔體流動前沿存在差別，使得雙面流技術分析的準確性受到一定的限制。此外雙面流技術也只是一種從中面流技術向實體流技術過渡的手段。實體流技術最終必將取代雙面流技術。
實體流（Solid）技術在實現原理上仍與中面流技術相同，所不同的是數值分析方法有較大差別。在實體流技術中熔體的厚度方向的物理量變化不再被忽略，這時只能采用三維有限元網格，依靠三維有限差分法或三維有限元法對熔體的充模流動進行數值分析。因此，與中面流或雙面流相比，基于實體流技術的注塑模CAE軟件目前所存在的最大問題就是計算量巨大、計算時間長，例如電視機前殼這樣的塑料制品，用現行的注塑模CAE軟件，用目前配置最好的計算機仍需要數百小時才能計算出一個方案。這與目前的模具開發周期相違背，成為制約注塑模CAE技術全面推廣的瓶頸。因此要真正推廣基于實體流技術的注塑模CAE軟件仍有待軟件算法的改進和計算機硬件設備速度的提升。由于中面流技術久經考驗，計算速度快，分析準確性高，至今仍然是注塑成型CAE分析的主流。
注塑模CAE技術的應用在國外已相當普遍，而在我國注塑模具設計仍停留在以經驗為主導的設計模式，成熟的注塑模CAE用戶屈指可數。主要原因在于以下幾方面：
1）注塑模CAE系統對工程師的綜合素質要求較高。注塑模CAE系統是一個很好的工程分析工具，但它只能幫工程師了解產品存在的問題，提供解決問題的思路，而并不能提供解決問題的方案。要充分發揮注塑模CAE技術的作用，關鍵在于對分析結果的正確評價與最佳解決方案的確定。而分析結果的評價又涉及到高分子材料、產品結構、模具、注塑成型工藝等方面的相關理論和經驗，這就對工程師的綜合素質提出了較高的要求。
2）還未正確認識注塑模CAE技術對模具設計的指導作用。注塑模CAE技術是多學科相互交*的產物，既包含了科學的數理計算方法也加入了諸多資深工程師的經驗。注塑模CAE分析是了解和優化模具設計與制造工藝的最佳途徑，但在求解與有效運用分析結果之間仍有相當大的差距。有些企業雖然購買了CAE軟件，但軟件使用人員不懂如何有效的應用分析結果來指導模具設計，使企業并不能從CAE技術的應用中帶來經濟效益，造成資源的巨大浪費，也影響了注塑模CAE軟件的進一步推廣應用，因此要縮短這一差距主要還是要靠CAE分析工程師自身的素質不斷提高。值得注意的是，注塑成型CAE分析是一種理想狀態下的理論分析，并不能完全取代試模，成功的注塑成型分析不等于成功的實際注塑生產，但是一個不注重產品優化設計的企業絕無法面對全球經濟一體化競爭激烈環境的挑戰。
3）目前主流算法的局限性是CAE軟件推廣應用的瓶頸。
注塑模CAE軟件的發展經歷了從中面流技術到雙面流技術再到實體流技術的三個重要的里程碑。目前由于實體流和雙面流技術算法的不完善，三種分析技術仍然并存。
中面流（Midplane）技術的應用始于20世紀80年代。所謂中面就是提取的位于模具型腔和型芯中間的層面來簡化3D模型。用一維和二維的耦合算法和來代替三維計算。基于中面流技術的注塑流動模擬軟件應用的時間最長、范圍最廣。但實踐表明，基于中面流技術的注塑模CAE軟件在應用中具有很大的局限性：(1) 專業的注塑模CAE軟件造型功能較差，采用手工操作直接構造中面模型十分困難，建構過程往往需要花費大量的時間；(2)由CAE軟件根據產品三維模型自動計算生成中面模型的效果不理想，網格修補工作量大；(3)由于CAD階段使用的是產品的物理模型，而CAE階段使用的是產品的數學模型，兩者的不統一，使得二次建模不可避免。由此可見，中面模型已經成為了注塑模CAE技術發展的瓶頸。
20世紀90年代后期雙面流（Fusion）技術誕生。雙面流是指在制品的內外表面產生有限元網格，而不是在中間面。雙面流技術所應用的原理與中面流沒有本質上的差別，所不同只是將沿中面流動的單層料流演變為沿上下表面協調流動的雙層料流。目前基于雙面流技術的注塑模CAE軟件均可以將CAD系統輸出的三維模型的STL文件格式轉化為有限元網格模型。因此與中面流技術相比在模型處理上卻大大減輕了用戶建模的負擔，提高了有限元建模的效率。因此，基于雙面流技術的注塑模CAE軟件在全世界擁有了龐大的用戶群，得到了廣大用戶的支持和好評。但由于上下表面網格無法一一對應，造成上下對應表面的熔體流動前沿存在差別，使得雙面流技術分析的準確性受到一定的限制。此外雙面流技術也只是一種從中面流技術向實體流技術過渡的手段。實體流技術最終必將取代雙面流技術。
實體流（Solid）技術在實現原理上仍與中面流技術相同，所不同的是數值分析方法有較大差別。在實體流技術中熔體的厚度方向的物理量變化不再被忽略，這時只能采用三維有限元網格，依靠三維有限差分法或三維有限元法對熔體的充模流動進行數值分析。因此，與中面流或雙面流相比，基于實體流技術的注塑模CAE軟件目前所存在的最大問題就是計算量巨大、計算時間長，例如電視機前殼這樣的塑料制品，用現行的注塑模CAE軟件，用目前配置最好的計算機仍需要數百小時才能計算出一個方案。這與目前的模具開發周期相違背，成為制約注塑模CAE技術全面推廣的瓶頸。因此要真正推廣基于實體流技術的注塑模CAE軟件仍有待軟件算法的改進和計算機硬件設備速度的提升。由于中面流技術久經考驗，計算速度快，分析準確性高，至今仍然是注塑成型CAE分析的主流。
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