CAE解决方案

工程塑料应用　２００７年，第３５卷，第６期　

塑料注射成型中常见缺陷的ＣＡＥ分析及解决方案　

田中谢英　

（郑州大学橡塑模具国家工程研究中心，郑州４５０００２）　

摘要利用ＣＡＥ技术，通过计算机模拟对塑料注射成型过程中一些常见缺陷进行预测、分析，根据ＣＡＥ分析结　

果提供的信息并结合以往的工程实践经验，对这些常见缺陷提出了一套行之有效的解决方案，在此基础上，给出了　

预防这些缺陷产生的模具设计准则和典型案例，大量的实践证明所提供的方法是切实可行的。　

关键词塑料注射成型缺陷ＣＡＥ分析解决方案　

计算机辅助工程（ＣＡＥ）技术在当今的塑料工　

业领域得到了广泛的应用。ＣＡＥ分析对塑料注射　

成型过程各阶段的定性描述可使模具设计者获取诸　

如充填模式、熔接线与气穴的位置、注塑压力、锁模　

力、纤维取向、成型时间、最终成型情况等信息，并可　

通过对不同设计方案的成型模拟和综合评测，发现　

问题并提出解决方案，从而避免实际成型中各种注　

塑制品缺陷的形成…。目前有关注射成型模具设　

计的文献很多，但关于如何分析ＣＡＥ提供的信息，　

快速准确地发现问题并解决设计中的缺陷却很少有　

文献报道。为此，笔者现对塑料注射成型中的一些　

常见缺陷如喷射、气穴、翘曲等形成的物理过程进行　

描述，并根据ＣＡＥ分析结果提供的信息确定解决方　

案，提供一些应用实例及其相关的设计准则，供注塑　

模具工程人员借鉴、参考。　

１　塑料注射成型中的常见缺陷与解决方案　

１．１喷射　

１．１．１　喷射缺陷产生的机理及其解决方案　

当塑料熔体在高注塑压力的驱动下从狭窄区域　

（如喷嘴、流道、浇Ｅ１）进入到较宽区域时，因塑料熔　

体不与模壁接触而发生喷射、蜷曲。像蛇一样的喷　

射流会在折叠处形成微观的“接线”，如图１所示。　

这会导致注塑制品强度降低，表面产生斑点，并有多　

处内部缺陷。反之，正常充填时塑料熔体以层流状　

态从浇口到达型腔终点，如图２所示。　

熔体　入口　图１喷射示意图　

图２正常充填模式示意图　常用的消除喷射的方法有：通过调节螺杆推进　

机械设计基础机械设计中的CAE分析方法

机械设计是工程领域中非常重要的一项任务，它涉及到各种机械设备的设计和制造。而在现代机械设计中，CAE（计算机辅助工程）分析方法的应用越来越广泛，为设计师提供了强大的工具和技术支持。本文将介绍机械设计中常用的CAE分析方法，以及它们在设计过程中的应用。

一、有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）

有限元分析是机械设计中最常用的CAE分析方法之一。它通过将实际的结构分割成有限数量的小元素，然后利用数值计算方法求解每个小元素的应力、变形等物理量。这样可以在较小的计算范围内，准确预测结构的力学性能。

在机械设计中，有限元分析广泛应用于刚度、强度、稳定性、疲劳寿命等方面的评估。设计师可以通过有限元分析来验证设计方案的可行性，确定合适的材料和尺寸，并最终优化设计方案。

二、计算流体力学分析（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）

计算流体力学分析是机械设计中另一个重要的CAE分析方法。它用数值方法解决流体力学方程，对液态、气态流体的流动、传热、传质等进行模拟和计算。

在机械设计中，计算流体力学分析常用于气动性能、液压性能、热传导等方面的研究。通过CFD分析，设计师可以预测流体在机械设备中的流动状态和传热效果，为设计方案的改进提供重要的参考。 三、多体动力学分析（Multibody Dynamics Analysis，简称MDA）

多体动力学分析是机械设计中用于研究刚体与刚体之间相对运动的CAE分析方法。它将机械系统视为由多个刚体组成的多体系统，通过求解动力学方程，计算系统中刚体的位移、速度、加速度等运动参数。

在机械设计中，多体动力学分析广泛应用于机构设计、机械振动、运动机理等方面的研究。通过MDA分析，设计师可以了解机械系统的运动规律和力学性能，优化机构设计，提高系统的工作效率和稳定性。

四、耦合分析（Coupled Analysis）

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CAE在产品设计中的应用

作者：韦亮

来源：《科技与企业》2013年第18期

【摘要】CAE（计算机辅助工程）是采用虚拟分析方法对结构（场）的性能进行模拟预测结构（场）的性能，优化结构（场）的设计，为产品研发提供指南，为解决实际工程问题提供依据。本文主要针对CAE在产品设计中的应用进行研究，通过对CAE在产品设计中应用现状的分析，结合具体的产品设计实践，提出进一步优化和增强CAE在设计中应用的对策。

【关键词】CAE；产品设计；有限元分析；应用

1、引言

随着世界经济全球化进程的不断加快以及市场竞争的激烈程度不断提高，生产制造企业迫切需要缩短产品研发的周期和成本投入，CAE技术的大规模普及正式满足了这样的要求。CAE（计算机辅助工程）的实质就是为工程设计提供一种用于计算和仿真的平台。目前的CAE应用领域覆盖了电子设计、飞机、汽车等大量的工程领域，CAE技术在这些领域的大规模应用大大的缩短了产品的设计周期，加快了产品研发的速度，而且通过CAE虚拟模拟技术的应用，大大降低了产品研发的成本，也为企业提高经济效益带来了条件。

2、CAE内涵及设计

通常情况下的产品设计采取的是首先进行产品的设计，然后通过CAE（计算机辅助工程）技术对设计的产品进行后期的基于软件平台的分析，在这种意义来讲，CAE技术是CAD（计算机辅助设计）技术的后续过程。然而，随着经济社会的快速发展以及市场竞争的不断激烈，同时也是为了满足公司降低产品开发成本、缩短产品开发周期的需要，将CAE技术在产品开发中的应用进行了新的调整，更加倾向于将CAE技术置于CAD技术的前一阶段，即首先通过基于计算机的软件仿真技术对产品就行仿真，可以大幅度的缩短产品的开发周期，同时对于降低产品开发成本也有着显著效果。CAE技术本身就是一种典型的设计方法，它的应用对于产品设计的整个流程都有着重要影响。一般情况下，传统的经验设计思路虽然能够取得一定的效果，但是如果加入CAE技术的理性元素，就会使得产品设计的周期更短、质量更好。而且可以通过计算机软件的仿真大幅度的降低产品实验过程中的成本，对提高公司产品的竞争力、增加公司经济效益有着显著的作用。而且CAE技术的应用不仅仅是在提高制造企业的创新能力，同时对于理论研究和结论的验证有着重要的作用，对于推动我国的制造行业的快速成长意义重大。目前，CAE技术已经成为了很多行业进行产品验收的重要依据，足见其在产品设计中的应用越来越广。

CAE软件操作小百科(3)

如果要在MSC Patran中建立局部坐标系，需在工具栏上Geometry选项中依次设置Action和Object的属性为Create和Coord,在Method选框中选取合适的方法(3Point/Axis/Euler/Normal/2Vector/View Vector)，Coord ID List会自动生成所创建的坐标系编号，在Type选项中根据需要创建的局部坐标系类型进行选择，然后在Refer.Coordinate

Frame中输入参考坐标系的编号，再完成剩余选项的填写（如果在Method中选择3Point方法，则还需完成Origin, Point on

Axis 3, Point on Plane 1-3的选择），完成局部坐标系的创建.

2 在MSC Patran中如何根据局部坐标系读取?┙峁?？点击工具栏上Results选项，设置Action属性为Create，根据需读取的结果类型将Object的属性设置为Deformation/Fringe/Marker/Cursor/Contour/Graph/Reprot，然后点击Plot Options按钮,在Coordinate Transformation中选定CID,弹出Select Coordinate Frame，在对应的空白处输入局部坐标系的编号（如Coord 1）或直接点击对应的局部坐标系，根据需要对其余选项进行设置，Apply一下即可完成在局部坐标系中读取计算结果的操作.

3 在MSC Patran中如何隐藏几何体或单元？

在菜单Display中选择Plot/Erase选项，或者在工具栏中选择图标.以隐藏MPC单元为例，在工具栏中点击FEM entity按钮，点击按钮，然后选择需隐藏的MPC单元即可.隐藏几何体及其余类型单元操作与其类似.

4 如何将随时间变化的动态载荷函数表达式输入到MSC Patran中？