王巍

摘 要：闡明了模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的概念，并介紹了常用的CAD/CAE/CAM模具軟件。通過介紹風(fēng)扇葉片注射模的制造案例，闡述了利用CAD/CAM/CAE技術(shù)完成注射模制造的全過程。

關(guān)鍵詞：風(fēng)扇葉片；注射模；模具制造；3D模型

中圖分類號(hào)：TQ320.66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.153

模具行業(yè)是制造業(yè)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，企業(yè)制造模具的能力和技術(shù)水平對(duì)企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量、企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前景具有決定性的作用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在模具領(lǐng)域的全面推廣和應(yīng)用，我國模具行業(yè)的生產(chǎn)能力和技術(shù)水平得到了很大的提高。

1 模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的概念

模具CAD/CAE/CAM技術(shù)是指模具生產(chǎn)中的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助工程/計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)。在模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)以及相應(yīng)專家數(shù)據(jù)和圖形庫的輔助下，技術(shù)人員能夠?qū)Ξa(chǎn)品和模具進(jìn)行直觀、形象的設(shè)計(jì)和構(gòu)思，并建立數(shù)字模型，進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地計(jì)算和分析。

2 常用的CAD/CAM/CAE軟件

Pro/Engineer軟件是最早應(yīng)用參數(shù)化技術(shù)的軟件，目前在大量的三維造型軟件中得到了廣泛的應(yīng)用，是現(xiàn)今國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域主流的CAD軟件之一。

Cimatron軟件目前在全球模具和工具的CAD/CAM領(lǐng)域中處于先進(jìn)地位。它所提供的CAD/CAM制造集成解決方案能夠?yàn)槟＞摺⒐ぞ吆推渌圃焐烫峁┤娑暾慕鉀Q方案。

Autodesk Moldflow能夠使設(shè)計(jì)師在模具加工制造前對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的模擬評(píng)估和優(yōu)化處理，幫助模具設(shè)計(jì)師減少潛在的設(shè)計(jì)失誤，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。

3 應(yīng)用實(shí)例

以某風(fēng)扇葉片為例，該零件壁厚為0.5 mm，ABS塑料，年產(chǎn)12.7萬件，需采用注射模塑工藝生產(chǎn)。

3.1 零件注塑工藝分析

在該零件的生產(chǎn)中，塑件尺寸較小，且葉片曲線形狀復(fù)雜，加工難度大；薄壁葉片注塑成型困難，塑件表面質(zhì)量要求較高。

由于風(fēng)扇零件的曲面結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在傳統(tǒng)制造工藝中，為了達(dá)到零件的要求，必須繪制大量的二維線圖，并在制造中使用大量樣板和專用檢具。這大大增加了工作量，延長了整個(gè)模具的生產(chǎn)周期。而在模具CAD/CAM/CAE一體化制造技術(shù)中，模具設(shè)計(jì)、CAE模擬分析、模具CNC加工、模具CMM檢測(cè)、塑料件CMM檢測(cè)等所有技術(shù)工作始終圍繞塑料件的3D模型開展，完全消除了使用二維圖紙時(shí)工程信息的不完整和不準(zhǔn)確等缺陷，而且使整個(gè)模具制造過程便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，大幅度降低了對(duì)技術(shù)工人的要求，并能有效縮短生產(chǎn)周期，降低制造成本。

3.2 模具CAD/CAM/CAE一體化制造流程

圖1為該零件注射模采用的CAD/CAM/CAE一體化技術(shù)流程詳解。

3.2.1 零件造型 、模具設(shè)計(jì)

該零件數(shù)字模型的建立可以采用pro/E軟件，從而快速得到零件的3D數(shù)模和各種特征參數(shù)，例如零件的質(zhì)量、質(zhì)心、表面積等。在pro/E軟件中，也可直接通過3D圖紙和所得到的參數(shù)設(shè)計(jì)注射模具，所有模具零件設(shè)計(jì)均可以利用pro/E軟件中的EMX專家系統(tǒng)來完成。

3.2.2 模具結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化

當(dāng)完成模具設(shè)計(jì)方案后，就可在Moldflow軟件中用CAD軟件建立的數(shù)模進(jìn)行CAE分析和優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)并改正設(shè)計(jì)失誤，提高模具質(zhì)量，降低開發(fā)成本。

3.2.3 設(shè)計(jì)變更

通過Moldflow軟件得出分析結(jié)果后，模具技術(shù)人員可以據(jù)此對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，大幅降低了模具生產(chǎn)人員在后期試模、調(diào)模時(shí)的工作量。由于使用了統(tǒng)一的參數(shù)化數(shù)字模型，所以后期零件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和制造中的相關(guān)項(xiàng)目人員都可以方便地進(jìn)行相應(yīng)改動(dòng)。

3.2.4 CNC數(shù)控加工

當(dāng)完成模具設(shè)計(jì)工作以后，可以直接將CAD軟件所設(shè)計(jì)的零件數(shù)模直接導(dǎo)入CAM軟件中編制CNC加工程序。這樣能夠保證零件信息的完整性，并使整個(gè)制造過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

3.2.5 CMM三坐標(biāo)檢測(cè)

零件構(gòu)成曲面非常復(fù)雜，傳統(tǒng)的測(cè)量工具已經(jīng)不能滿足相關(guān)要求，必須進(jìn)行CMM三坐標(biāo)檢測(cè)。通過比對(duì)測(cè)量的點(diǎn)云與原有的數(shù)字模型，保證產(chǎn)品尺寸的準(zhǔn)確性。

3.2.6 裝配、試模、修整

對(duì)于模具制造來說，總裝調(diào)試工作是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，需要工人具有高超的技術(shù)和豐富的經(jīng)驗(yàn)，才能得到合格的產(chǎn)品。而利用CAD/CAM/CAE一體化技術(shù)生產(chǎn)的模具已經(jīng)在CAE階段進(jìn)行過模擬分析，并針對(duì)分析結(jié)果提出了相應(yīng)的解決方案，這降低了現(xiàn)場(chǎng)工人的技術(shù)要求，提高了注射零件的合格率。

4 注射模CAD/CAM/CAE一體化技術(shù)的優(yōu)越性

射模CAD/CAM/CAE一體化技術(shù)的優(yōu)越性在于：①基于統(tǒng)一的3D模型開展所有的設(shè)計(jì)、加工和檢測(cè)工作，整個(gè)模具工藝鏈?zhǔn)峭耆忾]的；②使用數(shù)字模型可以消除技術(shù)信息傳遞過程中的不準(zhǔn)確性，特別是在跨國協(xié)作模具生產(chǎn)中，數(shù)字化3D模型實(shí)現(xiàn)了技術(shù)信息傳遞的準(zhǔn)確和完整，減少了生產(chǎn)錯(cuò)誤，降低了產(chǎn)品成本，縮短了制造周期；③利用CAE軟件對(duì)零件和模具成型過程進(jìn)行提前分析和模擬，可以大幅縮短試模周期；④利用CAM軟件進(jìn)行CNC編程，可以減少程序錯(cuò)誤，提高加工效率和制造精度。

5 結(jié)束語

現(xiàn)代模具業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是日益精密、復(fù)雜、大型和高效化，只有使用模具CAD/CAM/CAE一體化技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)塑料模具的高效和精益化開發(fā)，而且計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和模具加工、檢測(cè)技術(shù)數(shù)字化的不斷提高更是為模具CAD/CAM/CAE一體化技術(shù)在模具企業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用鋪平了道路。

〔編輯：王霞〕