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[摘 要]文章以Pro/E4.0塑料顾问为基础，介绍了其功能特点，用一实例简述了塑料顾问在注塑成型工艺分析上的应用，肯定了CAE技术在模具设计上的优势，预测了CAE无缝连接技术在未来模具设计应用软件的发展。
[关键词]CAE；Pro/E；塑料顾问；注射成型；工艺分析
中图分类号：TQ172.78 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）30-0372-02
一、引言
随着计算机软硬件的迅猛发展，模具CAD/CAE/CAM技术已经在众多模具企业得到推广和应用，然而很多模具企业仅停留在CAD/CAM的简单结合阶段，即用三维软件将客户提供的产品零件图进行三维建模，并自动转换成模具型芯、型腔，以及对模具零件进行数控编程加工。而利用CAE技术进行模流分析来辅助模具设计的较少，还是沿袭传统模具设计手段，十分依赖技术员的丰富经验，模具通常经过反复的试模和修正才能投入生产，模具的设计水平低，周期长，产品更新换代慢以及成型工艺参数不稳定等制约着模具工业的发展。
注塑制品生产中，成型工艺参数的可行性分析是保证生产顺畅进行和产品质量的关键因素。注射成型工艺参数主要包括：温度、压力、时间，这些数值在成型过程中具有复杂性和变化多样性的特点，传统模具设计的成型工艺分析，往往采用“类比经验法”、”重复试模修模法”等粗略方法来寻找出较接近值。这种局限性和盲目性较大的传统方法，造成产品生产周期增长，成本提高，产品质量却一般。在传统模具设计面对高品质、高要求及高效率的现代工业发展的挑战时，CAE无缝技术的出现起到了积极作用。
二、塑料顾问的作用及特点
塑料顾问是Pro/E中自带的一种分析模块。利用塑料顾问可以创建注塑填充过程的动画，并在Pro/E浏览器内自动创建Web报告；可以访问通用塑料库，并从典型的注射机参数中自动进行选择；确定最佳注射位置，以减少注塑周期并改进产品外观；确定潜在的模具填充问题，比如注射量不足、气孔、熔合线等，改进设计质量，并减少制造周期和模具返工率。
塑料顾问与Pro/E的无缝连接为设计者提供了浇口位置分析、模流分析、设计描述等方案和相应的数据色普图，使设计者直观地看到熔接痕、热缩性及气泡的位置及时了解温度、压力和时间在制件各部位上的成型情况。可随时选择、设定及修改工艺参数、材料型号和浇口位置，自动选择注射机相关参数，使设计者意图得到快速验证，将问题消灭在设计初始阶段，其结果对优化模具结构和注塑工艺参数的选择有着重要的指导意义。
三、塑料顾问在注塑成型工艺分析上的应用
塑料顾问用于注塑成型工艺分析流程以电板盒（图1）为例简述如下：
通过Pro/E菜单栏的“应用程序”选项中的“Plastic Advisor”命令将建模制件无逢调入“Plastic Advisor”分析模块进行工艺分析。
1、浇口位置的选定：
进入“Analysis Wizard”向导后运行浇口位置分析功能，在塑料顾问提供的塑料材料库中选择产品成型所需材料后，计算机开始对制件进行浇口位置分析，结果如图1-1所示：浇口最佳位置在制件中心深蓝色部位，为保证外观品质需使用点浇口批量生产，造成模具结构复杂，设计和生产成本会增高。设想在制件侧边较好位置（浅蓝色部位用）采用侧浇口成型（图1-2）是否满足成型，则进入材料填充分析环节。
2、充模分析：
保持系统初始数据不变进行第一次充模分析，查看系统分析填充情况的具体报告数据如：充填时间、注射压力、波前温度、压降、充填可行性结果及质量预测。
①充填时间：
预示塑件充型各阶段时间，通过图形及模拟动画可查看模流的竟流效应、迟滞、潜流现象、失衡流动及过保压，并提供相应解决方案。
②注射压力：
注射压力为注射机喷嘴在注射期间施加的力，分析时注意考虑制件各部位压力的均衡性，特别是增加浇口数量时注意充填的平衡，防止因局部保压产生翘曲。其中红色带表高压区，蓝色为低压区，可以调节注射机或浇口截面更改注射压力数值。
③压降：
实质为压力差常与制件壁厚和注射压力同时分析，压降过大易产生较大的剪应力，造成翘曲、阴影、原料劣化。其中红色为高压降区，蓝色为低压降。
④波前温度：
温底过高易出现材质退化，制件表面瑕疵等不良现象；温底过低可能造成短射或迟滞等不良现象，其中红色带表高温，蓝色带表低温。注射时间与模具温度值影响波前温底。
⑤填充可行性：
用于综合评价填充性能的优劣，由红黄蓝三色分别表示最差、一般和最好。其指标由压降和波前温度综合而来，出现问题系统会提示产生原因。
⑥质量预测：
由温度、压力和其它结果分析得出的未来成型质量与性能。由红黄蓝三色分别表示最差、一般和最好，出现问题系统会提示产生原因。
3.塑料熔体填充分析
塑料填充（Plastic Filling）是塑料顾问中用于分析塑料在模腔中流动，优化模腔布局，材料选择和填充保压工艺参数的分析选项。在Gate Location分析基础上，选择Plastic Filling进行塑料熔体填充分析。即采用Gate Location分析结果来设定浇口位置，从而分析产品注射过程中可能出现的问题和质量缺陷。
1）填充时间。填充时间是预示塑件充型各阶段时间，通过图形及模拟动画可查看模流的竟流效应、迟滞、潜流现象、失衡流动及过保压，并提供相应解决方案。其过程是：塑件中心部位首先填充满，最后是塑件的转角部分，时间相差1 s左右。整个塑件基本能在同一时间内充满，流动平衡性较好。
2）填充可行性分析。用于综合评价填充性能的优劣，其指标由压降和波前温度综合而来，出现问题系统会提示产生原因。 4、优化成型条件：
当材料和浇口位置确定，成型结果达到预期目标后，由成型条件根据所设参数值分析得出优一个优化值。
5、冷却质量与缩痕分析
冷却质量分析功能用于预测因冷却速度不同造成的缺陷部位，由表面温度变化分析、冷却时间变化分析和冷却品质分析三部分组成。缩痕功能分析用于分析查看缩痕及空隙部位及所占比例。
6、生成分析报告
完成分析全过程后通过系统生成一份详系分析报告便于工作人员快速查看数据与对比分析各种方案，确定出最佳解决方案。
7、循环分析
制件单独分析完后，应在铸模后按上述顺序重复周期性地进行带浇注系统的毛坯塑件整体性工艺分析及对相关参数值和模具结构的调试与修改，直到结果达到预期值。正因这种带重复性工作的特点，类似塑料顾问这种无缝连接CAE软件优势得以快速显现。
四、结束语
CAE与CAD、CAM等技术的结合，是传统工业在现代工业发展中的一次涅磐，增强了企业的市场生存能力。随着机算机技术的不断提升，计算机辅助分析必将成为产品设计与制造流程中一种被企业加以强制性实施的工艺规范，特别是类似Pro/E中塑料顾问这种具有CAE与CAD、CAM无缝连接功能的集成软件，必将成为模具设计者的首选软件，也是发展趋势。利用Pro/E软件中的塑料顾问模块，对制件进行注塑成型工艺分析，可以合理确定模具的浇口位置，通过选择制件材料及成型初始参数，系统可以提供合理的成型参数集合；可以模拟塑料流动充模，判断填充状况是否良好；计算制件各部分的表面温度、注射压力及完全冷却时间，预测由于冷却速度不同而产生缺陷（收缩、熔接痕和气泡）的位置和数量等。利用塑料顾问提供的这些分析、计算和动态模拟功能对成型制件进行分析，把生产阶段将会产生的问题在设计阶段就得到有效解决，为模具设计及成型工艺提供合理的参考，最终缩短塑料模具设计制造的周期，提高塑料产品的质量，降低成本。
参考文献
[1] 杨占尧.Pro/ENGINEER Wildfire2.0产品造型与模具设计案例精解 [M].北京：高等教育出版社，2005.
[2] 凯德.精通Pro/ENGINEER中文野火版3.0模具设计篇[M].北京：中国青年出版社，2007.
[3] 余强，陆斐.Pro/E模具设计基础教程[M].北京：清华大学出版社，2005.
[关键词]CAE；Pro/E；塑料顾问；注射成型；工艺分析
中图分类号：TQ172.78 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）30-0372-02
一、引言
随着计算机软硬件的迅猛发展，模具CAD/CAE/CAM技术已经在众多模具企业得到推广和应用，然而很多模具企业仅停留在CAD/CAM的简单结合阶段，即用三维软件将客户提供的产品零件图进行三维建模，并自动转换成模具型芯、型腔，以及对模具零件进行数控编程加工。而利用CAE技术进行模流分析来辅助模具设计的较少，还是沿袭传统模具设计手段，十分依赖技术员的丰富经验，模具通常经过反复的试模和修正才能投入生产，模具的设计水平低，周期长，产品更新换代慢以及成型工艺参数不稳定等制约着模具工业的发展。
注塑制品生产中，成型工艺参数的可行性分析是保证生产顺畅进行和产品质量的关键因素。注射成型工艺参数主要包括：温度、压力、时间，这些数值在成型过程中具有复杂性和变化多样性的特点，传统模具设计的成型工艺分析，往往采用“类比经验法”、”重复试模修模法”等粗略方法来寻找出较接近值。这种局限性和盲目性较大的传统方法，造成产品生产周期增长，成本提高，产品质量却一般。在传统模具设计面对高品质、高要求及高效率的现代工业发展的挑战时，CAE无缝技术的出现起到了积极作用。
二、塑料顾问的作用及特点
塑料顾问是Pro/E中自带的一种分析模块。利用塑料顾问可以创建注塑填充过程的动画，并在Pro/E浏览器内自动创建Web报告；可以访问通用塑料库，并从典型的注射机参数中自动进行选择；确定最佳注射位置，以减少注塑周期并改进产品外观；确定潜在的模具填充问题，比如注射量不足、气孔、熔合线等，改进设计质量，并减少制造周期和模具返工率。
塑料顾问与Pro/E的无缝连接为设计者提供了浇口位置分析、模流分析、设计描述等方案和相应的数据色普图，使设计者直观地看到熔接痕、热缩性及气泡的位置及时了解温度、压力和时间在制件各部位上的成型情况。可随时选择、设定及修改工艺参数、材料型号和浇口位置，自动选择注射机相关参数，使设计者意图得到快速验证，将问题消灭在设计初始阶段，其结果对优化模具结构和注塑工艺参数的选择有着重要的指导意义。
三、塑料顾问在注塑成型工艺分析上的应用
塑料顾问用于注塑成型工艺分析流程以电板盒（图1）为例简述如下：
通过Pro/E菜单栏的“应用程序”选项中的“Plastic Advisor”命令将建模制件无逢调入“Plastic Advisor”分析模块进行工艺分析。
1、浇口位置的选定：
进入“Analysis Wizard”向导后运行浇口位置分析功能，在塑料顾问提供的塑料材料库中选择产品成型所需材料后，计算机开始对制件进行浇口位置分析，结果如图1-1所示：浇口最佳位置在制件中心深蓝色部位，为保证外观品质需使用点浇口批量生产，造成模具结构复杂，设计和生产成本会增高。设想在制件侧边较好位置（浅蓝色部位用）采用侧浇口成型（图1-2）是否满足成型，则进入材料填充分析环节。
2、充模分析：
保持系统初始数据不变进行第一次充模分析，查看系统分析填充情况的具体报告数据如：充填时间、注射压力、波前温度、压降、充填可行性结果及质量预测。
①充填时间：
预示塑件充型各阶段时间，通过图形及模拟动画可查看模流的竟流效应、迟滞、潜流现象、失衡流动及过保压，并提供相应解决方案。
②注射压力：
注射压力为注射机喷嘴在注射期间施加的力，分析时注意考虑制件各部位压力的均衡性，特别是增加浇口数量时注意充填的平衡，防止因局部保压产生翘曲。其中红色带表高压区，蓝色为低压区，可以调节注射机或浇口截面更改注射压力数值。
③压降：
实质为压力差常与制件壁厚和注射压力同时分析，压降过大易产生较大的剪应力，造成翘曲、阴影、原料劣化。其中红色为高压降区，蓝色为低压降。
④波前温度：
温底过高易出现材质退化，制件表面瑕疵等不良现象；温底过低可能造成短射或迟滞等不良现象，其中红色带表高温，蓝色带表低温。注射时间与模具温度值影响波前温底。
⑤填充可行性：
用于综合评价填充性能的优劣，由红黄蓝三色分别表示最差、一般和最好。其指标由压降和波前温度综合而来，出现问题系统会提示产生原因。
⑥质量预测：
由温度、压力和其它结果分析得出的未来成型质量与性能。由红黄蓝三色分别表示最差、一般和最好，出现问题系统会提示产生原因。
3.塑料熔体填充分析
塑料填充（Plastic Filling）是塑料顾问中用于分析塑料在模腔中流动，优化模腔布局，材料选择和填充保压工艺参数的分析选项。在Gate Location分析基础上，选择Plastic Filling进行塑料熔体填充分析。即采用Gate Location分析结果来设定浇口位置，从而分析产品注射过程中可能出现的问题和质量缺陷。
1）填充时间。填充时间是预示塑件充型各阶段时间，通过图形及模拟动画可查看模流的竟流效应、迟滞、潜流现象、失衡流动及过保压，并提供相应解决方案。其过程是：塑件中心部位首先填充满，最后是塑件的转角部分，时间相差1 s左右。整个塑件基本能在同一时间内充满，流动平衡性较好。
2）填充可行性分析。用于综合评价填充性能的优劣，其指标由压降和波前温度综合而来，出现问题系统会提示产生原因。 4、优化成型条件：
当材料和浇口位置确定，成型结果达到预期目标后，由成型条件根据所设参数值分析得出优一个优化值。
5、冷却质量与缩痕分析
冷却质量分析功能用于预测因冷却速度不同造成的缺陷部位，由表面温度变化分析、冷却时间变化分析和冷却品质分析三部分组成。缩痕功能分析用于分析查看缩痕及空隙部位及所占比例。
6、生成分析报告
完成分析全过程后通过系统生成一份详系分析报告便于工作人员快速查看数据与对比分析各种方案，确定出最佳解决方案。
7、循环分析
制件单独分析完后，应在铸模后按上述顺序重复周期性地进行带浇注系统的毛坯塑件整体性工艺分析及对相关参数值和模具结构的调试与修改，直到结果达到预期值。正因这种带重复性工作的特点，类似塑料顾问这种无缝连接CAE软件优势得以快速显现。
四、结束语
CAE与CAD、CAM等技术的结合，是传统工业在现代工业发展中的一次涅磐，增强了企业的市场生存能力。随着机算机技术的不断提升，计算机辅助分析必将成为产品设计与制造流程中一种被企业加以强制性实施的工艺规范，特别是类似Pro/E中塑料顾问这种具有CAE与CAD、CAM无缝连接功能的集成软件，必将成为模具设计者的首选软件，也是发展趋势。利用Pro/E软件中的塑料顾问模块，对制件进行注塑成型工艺分析，可以合理确定模具的浇口位置，通过选择制件材料及成型初始参数，系统可以提供合理的成型参数集合；可以模拟塑料流动充模，判断填充状况是否良好；计算制件各部分的表面温度、注射压力及完全冷却时间，预测由于冷却速度不同而产生缺陷（收缩、熔接痕和气泡）的位置和数量等。利用塑料顾问提供的这些分析、计算和动态模拟功能对成型制件进行分析，把生产阶段将会产生的问题在设计阶段就得到有效解决，为模具设计及成型工艺提供合理的参考，最终缩短塑料模具设计制造的周期，提高塑料产品的质量，降低成本。
参考文献
[1] 杨占尧.Pro/ENGINEER Wildfire2.0产品造型与模具设计案例精解 [M].北京：高等教育出版社，2005.
[2] 凯德.精通Pro/ENGINEER中文野火版3.0模具设计篇[M].北京：中国青年出版社，2007.
[3] 余强，陆斐.Pro/E模具设计基础教程[M].北京：清华大学出版社，2005.