東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 張燕琴

CAD/CAE/CAM一體化在塑料模具開發(fā)中的應(yīng)用

東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 張燕琴

本文將CAE分析引入到塑料制品的生產(chǎn)過程中，通過對(duì)一個(gè)盆類零件模具的設(shè)計(jì)、工藝分析及模擬加工，闡述了CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)在塑料制品的生產(chǎn)過程中的重要作用。目前運(yùn)用CAD/CAM/CAE軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)、分析、制造進(jìn)行一體化服務(wù)已成為塑料模技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，這也必將是塑料模具人才培養(yǎng)的方向。

模具；CAD；CAE；CAM

1.引言

塑料模具的設(shè)計(jì)、制造和工藝分析是模具技術(shù)的全面體現(xiàn)，在實(shí)際生產(chǎn)中，不論產(chǎn)品是簡(jiǎn)單還是復(fù)雜，模具的設(shè)計(jì)、制造和工藝分析都是緊密聯(lián)結(jié)、密不可分的。過去的幾年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，模具的設(shè)計(jì)（CAD）和制造（CAM）結(jié)合得比較緊密。但模具在注塑機(jī)上注塑參數(shù)的調(diào)整還是主要采用傳統(tǒng)的試錯(cuò)法，依靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行試模，整個(gè)生產(chǎn)周期比較長(zhǎng)。本文將把CAE技術(shù)添加到CAD和CAM技術(shù)中，使得注塑工藝參數(shù)的調(diào)整更加準(zhǔn)確、快捷。

2.CAD/CAE/CAM技術(shù)在塑料模具生產(chǎn)中的實(shí)踐

產(chǎn)品如圖1所示，零件的邊緣有4個(gè)螺絲孔，底部有3個(gè)帶凸臺(tái)的孔；零件四周不允許有披峰，不允許有頂白、氣孔等缺陷；塑件要求表面光潔無毛刺、無縮痕；采用ABS料，大批量生產(chǎn)。

2.1 CAD模具設(shè)計(jì)

首先分析塑件的工藝性，在CAD軟件中檢查零件厚度是否均勻，拔模斜度是否合理。工藝性分析結(jié)束后再進(jìn)行分模設(shè)計(jì)，包括型腔布置、設(shè)置收縮率、創(chuàng)建工件、做分型面、分割、抽取，獲得模具核心元件——公、母模仁。接著完成模板、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、頂出裝置等的設(shè)計(jì)。若零件有側(cè)凹結(jié)構(gòu)，還需設(shè)計(jì)出斜導(dǎo)柱或側(cè)滑塊等結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品圖如圖1。

本例中零件厚度3-5mm，拔模角度合理，塑件材料為熱塑性塑料，流動(dòng)性較好，適合采用注塑工藝成形。零件最大外形200X140mm，采用一模兩腔對(duì)稱分布。本例采用S形分流道，矩形側(cè)澆口。設(shè)計(jì)完成后的公、母模仁及制件如圖2所示，模具爆炸圖如圖3所示。

2.2 CAE工藝分析

將設(shè)計(jì)好的工藝方案，例如型腔布置、澆注系統(tǒng)尺寸等導(dǎo)入CAE軟件中，并設(shè)置材料性質(zhì)和填充、保壓、冷卻、頂出等工藝參數(shù)，經(jīng)CAE軟件計(jì)算，可獲得填充模擬結(jié)果。根據(jù)結(jié)果可作工藝參數(shù)的調(diào)整，甚至是模具結(jié)構(gòu)的改變，直至獲得較好的成形結(jié)果。

圖1 產(chǎn)品圖

圖2 公、母模仁及制件圖

圖3 模具爆炸圖

圖4 零件成形分析結(jié)果

本例中經(jīng)過多次參數(shù)調(diào)整，最終采用以下參數(shù)：成形溫度230°C，模具溫度40°C，充模時(shí)間4.9s，保壓壓力36MPa，保壓15s，采用4段冷卻水管室溫水冷，由于塑料件的空腔深度達(dá)到50mm，因此在型腔內(nèi)安排5個(gè)隔板加強(qiáng)冷卻，獲得較好的成形結(jié)果。圖4所示是該零件的成形分析結(jié)果。

2.3 CAM編程加工

將CAD設(shè)計(jì)好，并通過CAE工藝分析的模具元件通過CAM軟件，確定加工工藝路線，并設(shè)置刀具、切削用量等工藝參數(shù)，獲得加工模擬結(jié)果。對(duì)加工困難的部位提出對(duì)CAD設(shè)計(jì)的修改意見，從而獲得整個(gè)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案。本例中公模仁的CAM加工模擬如圖5所示。

3.結(jié)論

實(shí)踐證明，通過CAE軟件獲得的模擬結(jié)果對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有很大的參考價(jià)值，通過CAD/CAE/CAM綜合設(shè)計(jì)分析獲得的方案是較為合理的，對(duì)提高生產(chǎn)效率、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期有很大的作用。

圖5 公模仁CAM加工模擬

模具CAD/CAE/CAM技術(shù)發(fā)展迅速，企業(yè)對(duì)這類模具技術(shù)人才的需求非常迫切，這就要求我們盡快展開課程改革，開設(shè)CAD/CAE/CAM一體化的課程，促進(jìn)學(xué)生更好、更全面、更系統(tǒng)地掌握塑料模具的相關(guān)知識(shí)和技能，成功與企業(yè)用人要求對(duì)接。

[1]余小魯.CAD/CAE/CAM技術(shù)在《塑料工藝與模具設(shè)計(jì)》課程教學(xué)中的應(yīng)用研究與實(shí)踐[J].科技信息,2010,1:8-9.

[2]張強(qiáng).淺論CAE技術(shù)下塑料產(chǎn)品與模具設(shè)計(jì)[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2010,5:126-128.

本文研究?jī)?nèi)容獲得2011年院級(jí)教改項(xiàng)目JGXM2011019的支持。

張燕琴（1983—），女，福建龍巖人，碩士，講師，東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，研究方向：模具設(shè)計(jì)與制造研究。