1.2 注塑模CAE的发展趋势

随着科学技术的迅速发展，互联网技术的普及和全球信息化，注塑模CAE技术功能进一步扩充，性能也进一步提高，呈现出如下的发展趋势。

1）用三维实体模型取代中心层模型

3D分析（实体流技术）正在被应用到多次注射成型、气体辅助成型、组合模腔成型和叠模成型。仿真软件分析三维的纤维取向和翘曲，3D技术（实体流技术）非常重要。因为2.5D （双面流技术）只能表明纤维在一个平面上的取向，而3D可以表明纤维在各个角度的取向。3D分析提供的信息是2.5D所无法比拟的，像湍流与层流的辨识，熔融物料中的气泡，喷射和重力的影响等。3D模拟还可以了解模具本身的情况。在2.5D模拟中，在模具中嵌入一个镶件后，需要生成相应网格，然后计算热量是怎样穿过这个镶件的。但是在3D模拟中，当进入模型，就可以观察到温度变化。台湾的Moldex 3D和德国的Sigmasoft，这些软件几乎都无一例外地专注于3D（实体流技术）领域。Moldflow为其最新的Moldflow Plastics Insight分析软件包开发了几种新模块，包括预测纤维取向、翘曲和厚壁制件中的热-机械性能分析的MPI3D模块。Moldflow在其3D软件中扩展了创建热固性塑料制品模型的能力。Moldflow Plastics Insight分析软件包支持64位计算机，可以较快地创建大的模型。如图1-4所示，Moldflow提供三种有限单元模型。

图1-4 Moldflow的三种有限单元模型

2）有限元、有限差分、控制体积方法的综合运用

注塑制品是薄壁制品，制品厚度方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸，温度等物理量在厚度方向的变化又非常大，若采用单纯的有限元或有限差分方法，势必造成分析时间过长，无法满足模具设计与制造的实际需要。在流动平面采用有限元法，厚度方向采用有限差分法，分别建立与流动平面和厚度方向尺寸相适应的网格并进行耦合求解，在保证计算精度的前提下使得计算速度满足工程的需要，并采用控制体积法解决了成型中的移动边界问题。对于内外对应表面存在差异的制品，可划分为两部分体积，并各自形成控制方程，通过在交接处进行插值对比，保证这两部分的协调。

3）数值计算与人工智能技术的结合

优选注塑成型工艺参数一直是广大模具设计人员关注的问题，传统的CAE软件虽然可以在计算机上仿真出指定工艺条件下的注塑成型情况，但无法自动对工艺参数进行优化。使用人员必须设置不同的工艺条件，进行多次CAE分析，并结合实际经验在各方案之间进行比较，才能得出较满意的工艺方案。同时，在对零件进行CAE分析后，系统会产生有关该方案的大量信息（制品、工艺条件、分析结果等），其中分析结果往往以各种数据场的形式出现，要求用户必须具备分析和理解CAE分析结果的能力，所以传统的CAE软件是一种被动式的计算工具，无法提供给用户直观、有效的工程化结论，对软件使用者的要求过高，影响了CAE系统在更大范围内的应用和普及。

4）制品与流道系统的三维流动保压集成分析

流道系统一般采用圆柱体单元，而制品采用的是三角形单元，注塑模CAE系统可以采用半解析法解决混合单元的集成求解问题，这样，不仅能分析一模一腔大型复杂的制品，而且能够分析一模多腔小型精密制品，大大拓宽了系统的使用范围。

5）塑料制品熔合纹预测的高效算法

熔合纹对制品的强度、外观等有重要影响，准确预测熔合纹位置是仿真软件的难题。注塑模CAE系统通过节点特征模型方法大大提高了熔合纹预测的准确性和效率，并利用神经网络方法对熔合纹的影响程度作出定性评价，为用户对成型质量的评估提供了直接的判断依据。

注塑模CAE技术的发展，给模具行业带来了一场技术革命。但因为塑料熔体是非牛顿黏弹性流体，制品结构复杂，成型充模流动过程的非稳态、非等温性，使充模过程的数值模拟相当复杂，所以在程序实现时进行了一些假设，建模过程进行了适当简化，这样计算结果精度与实际结果会有偏差，然而总体趋势与实际结果是一致的。由于进行CAE分析时还要重新建模，不能充分利用产品设计的三维模型，造成重复劳动。国外注射模软件商已开始着手于集成化的CAD/ CAE技术研究，并有商品化软件形成。虽然这些软件能识别CAD的三维图形，但集成的CAD/CAE软件本身不具备建立浇注系统、冷却管网等的功能，使分析应用范围大大减小。