毛興寬

摘要：工業(yè)經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，基礎(chǔ)工業(yè)產(chǎn)品呈現(xiàn)多元發(fā)展的特點，對加工設(shè)計制作也提出了新要求。設(shè)計人員應(yīng)該積極響應(yīng)市場的號召，明確客戶的需求，綜合利用CAD/CAE技術(shù)進行機械模具設(shè)計，滿足多元化市場要求?；诖?，本文將主要論述機械設(shè)計與模具設(shè)計中CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計;模具設(shè)計;CAD/CAE;技術(shù)應(yīng)用

0? 引言

CAD/CAE的軟件功能強大，能夠展示出產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、色彩、外形等必要特點，具有強大的數(shù)據(jù)修復功能。設(shè)計人員在設(shè)計過程中可以隨時修改產(chǎn)品存在的參數(shù)，快速修補模具缺陷，綜合利用計算機的數(shù)據(jù)功能，形成自動化管理，能夠滿足多樣化的市場需求。

1? CAD/CAE技術(shù)的概述

CAD技術(shù)，是英文computer aided design的簡稱，中文翻譯為計算機輔助設(shè)計。CAD技術(shù)以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，操作相對比較簡單，功能強大，通過對實物進行模擬建設(shè)，能夠立體畫地展示事物的結(jié)構(gòu)、色彩、外形等基礎(chǔ)要素。在電子工業(yè)、機械制造，航空航天領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。CAD具備著設(shè)計模擬、修改整合、版本控制、文檔保存等一系列功能。CAE是computer aided engineer的簡稱，中文翻譯文計算機輔助工程，技術(shù)技術(shù)以數(shù)據(jù)為支持，進行分析求解的一種軟件，主要分析材料彈性系數(shù)、剛度等重要性能。目前常用的應(yīng)用軟件有pro、engineer，UJ等。CAE軟件有強大的參數(shù)計算功能，在數(shù)據(jù)建模的基礎(chǔ)上依靠強大的平臺和技術(shù)支撐，設(shè)計人員能夠完成前期的設(shè)計與修改工作，全方位展示材料位置形變的內(nèi)部要素，為后續(xù)實際生產(chǎn)提供有力的數(shù)據(jù)支持。

2? 機械設(shè)計與模具設(shè)計中存在的問題

2.1 機械設(shè)計與模具制造資源損耗較大

在機械設(shè)計模具制造過程中，由于涉及行業(yè)眾多，造成大量的資源浪費現(xiàn)象，我國現(xiàn)在已經(jīng)面臨著一定程度上的資源緊缺。違反了可持續(xù)發(fā)展的基本理論，同時增強了企業(yè)的資金成本，不利于企業(yè)長久穩(wěn)定發(fā)展。

2.2 CAD/CAE系統(tǒng)集成化不高

CAD/CAE是模具制造與機械設(shè)計的必然要求，但由于不同企業(yè)的模具制造自動化水平不同，在CAD信息交流過程中信息存在不兼容問題，不能實現(xiàn)真正的資源信息共享，導致數(shù)據(jù)集成化較低。CAD/CAE系統(tǒng)不夠全面，系統(tǒng)無法科學地整合在一起，一旦軟件升級或交換數(shù)據(jù)時，相融時兼容程度不夠，整體工作效率低下。

2.3 部分人員不能熟練應(yīng)用CAD/CAE

模具制造的優(yōu)劣與設(shè)計有密切關(guān)系，但由于模具制造在實際運行過程中意外因素較多，而相應(yīng)的管理人員不熟悉CAD/CAE的基礎(chǔ)操作管理意識，很容易出現(xiàn)參數(shù)單位錯誤、圖紙與客戶要求不匹配等問題。

3? 機械設(shè)計與模具設(shè)計中CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用

CAD/CAE技術(shù)有強大的計算功能與設(shè)計功能，能夠快速計算出材料中一些重要參數(shù)，把復雜的步驟簡單化，設(shè)計人員要綜合利用CAD/CAE，實現(xiàn)對原材料的多樣化管理，明確設(shè)計步驟，適當融入自動化管理，促進機械生產(chǎn)快速發(fā)展。

3.1 CAD/CAE在機械設(shè)計中的廣泛應(yīng)用

在機械設(shè)計中，CAD的技術(shù)主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)軟件的裝配上，它能夠充分體現(xiàn)零件的尺寸、相對關(guān)系，CAE表現(xiàn)出零件的剛度，強度等重要參數(shù)，有效解決計算量大、效率低、設(shè)計修改復雜等一系列問題。CAD/CAE技術(shù)可以對前期的圖形進行有效處理，對熱傳導性、剛性、塑性等復雜進行求解計算，更好展現(xiàn)材料的具體參數(shù)，完成工業(yè)生產(chǎn)的各項要求。同時在機械設(shè)計在采用CAD技術(shù)，能夠展現(xiàn)不同部件之間層次關(guān)系，使決策人員更加直觀的感受到模具軟件拆除組裝的過程，實現(xiàn)對內(nèi)部系統(tǒng)的控制，快速提高了設(shè)計的準確度。設(shè)計人員可以斷裝配過程，持續(xù)優(yōu)化各種組合，選出最優(yōu)的設(shè)計方案，提高工作效率。

例如，CAD/CAE機械設(shè)計圖紙的審核至關(guān)重要，直接影響著機械設(shè)計的整體水平，技術(shù)人員可以利用CAD/CAE，加強對圖紙的審核，保證數(shù)據(jù)能夠全面細致合理，一旦遇到疑難問題時要及時請教資深的人員，利用CAD/CAE計算機控制系統(tǒng)自查自糾。并和專業(yè)的工程師進行聯(lián)合審查，在保證質(zhì)量的情況下，進行下一步的模具制造鋪設(shè)工作。引入大數(shù)據(jù)計算，不斷優(yōu)化線路，完成模具制造中的節(jié)能設(shè)計，有效降低能源損耗，綜合利用CAD/CAE進行模擬計算，去除和優(yōu)化非重點的環(huán)節(jié)，最大程度上提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

3.2 CAD/CAE在模具設(shè)計中的應(yīng)用

模具設(shè)計作為整體機械設(shè)計的基礎(chǔ)，利用CAD技術(shù)可以快速提高開模的技術(shù)含量，為后續(xù)的生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐以及技術(shù)保障。模具設(shè)計過程比較復雜，在設(shè)計過程中需要綜合考慮內(nèi)部的尺寸、形狀、厚度之間的耦合關(guān)系，借助計算機平臺完成動態(tài)的設(shè)計，綜合考慮材料的性能與應(yīng)力程度。利用CAD/CAE軟件進行參數(shù)計算，簡化工作流程，調(diào)取設(shè)計模型，建立以功能、外形、尺寸為首前期管理模式，合理控制模腔個數(shù)。合理的工件設(shè)置分型面，綜合利用冷卻系統(tǒng)與鑄件系統(tǒng)，完成模具整體水平上的設(shè)計。

例如，設(shè)計人員要通過CAD/CAE技術(shù)制定規(guī)范的開模流程。第一步是設(shè)計模型，設(shè)計模型作為整體設(shè)計中的上游工程，在設(shè)計過程中要綜合考量產(chǎn)品的外形、結(jié)構(gòu)、用途，以模型的具體參數(shù)入手，做好前期的預處理。第二步是布置模腔個數(shù)。模型個數(shù)作為開模中的主要參數(shù)，但大體結(jié)構(gòu)和基本功能為主，目前市面上采用一腔多模的方式。第三步是扣模與工件調(diào)取，同時也是整體工程中難度系數(shù)最大的一步，工作人員要將布置好的模腔進行扣模，明確具體參數(shù)與工件型號進行扣模，積極利用自動化設(shè)計，完成精細化管理。第四步是要設(shè)計哈佛塊與側(cè)軸設(shè)計，設(shè)計人員需要參考產(chǎn)品的使用功能，進行包裝和管理，實現(xiàn)模具功能的再度優(yōu)化。第五步是模具調(diào)取與檢查。在結(jié)束好以上的工作之后，設(shè)計人員檢查開模質(zhì)量，確認無誤后，利用CAD與CAD技術(shù)完成基礎(chǔ)的裝配圖。

3.3 模具型號的綜合CAD/CAE應(yīng)用

大部分模具的工作狀態(tài)惡劣，需要在高溫高壓的環(huán)境下持續(xù)工作，模具需要承受外界巨大的應(yīng)力，因此設(shè)計人員在設(shè)計模具時應(yīng)該認真核算模具的參數(shù)，校準其強度和剛性，確保模具在使用過程中的安全性。在進行冷壓工序時，材料應(yīng)該選擇15#鋼，保證外形為圓桶狀，內(nèi)壁為槽鋼，最后由CAE進行強度核算，針對不同的模具，利用不同的設(shè)計手段，實現(xiàn)整體水平上的模具設(shè)計與管理。

3.3.1 凸模設(shè)計

由于凸模本身的結(jié)構(gòu)特點，頂端所受壓力較大，因此在進行核算前要首先確定高點的預應(yīng)力值。通過反復的實驗，比較理論值與真實值之間的差值，求解出正確的預應(yīng)力值。在工業(yè)生產(chǎn)實際生產(chǎn)過程中，要保證外界壓力小于標志值，保證凸模穩(wěn)定工作。

3.3.2 凹模設(shè)計

凹模設(shè)計與凸模設(shè)計過程大體相似，也需要綜合應(yīng)力計算，以CAE軟件分析強度，首先要設(shè)定一個基礎(chǔ)的應(yīng)力值，通過軟件分析出基本的變形量，查看與之前的參數(shù)是否符合要求，解出正確的應(yīng)力值。

3.3.3 組合模型

組合模型相對比較復雜，內(nèi)部零部件過多，因此設(shè)計人員在利用CAD/CAE時，要綜合內(nèi)圈、外圈之間的相對關(guān)系，進行曲面的微元網(wǎng)格劃分。根據(jù)計算，外模的承受最大應(yīng)力為1684MPa，中圈承受最大的壓力僅為502MPa。保證內(nèi)圈、外圈所承受的壓力值在規(guī)定范圍內(nèi)符合產(chǎn)品設(shè)計。設(shè)計人員可以要利用CAE技術(shù)進行參數(shù)調(diào)整，動態(tài)管理設(shè)計方案，以材料的邊界屬性、負載等多種性能入手，完成有效的預應(yīng)力核算。明確材料成型與控制工程的概率計算，提高CAD/CAE工程的連續(xù)性和可模擬性，為后續(xù)的加工制造提供基礎(chǔ)的理論支持和優(yōu)質(zhì)服務(wù)。持續(xù)降低工人的作業(yè)量與強度，促進機械設(shè)計與模具生產(chǎn)向高精度方向發(fā)展。

4? 總結(jié)

CAD/CAE技術(shù)有著自己核心的優(yōu)勢，設(shè)計人員在進行機械設(shè)計與模具開發(fā)時，應(yīng)該將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、形狀等具體參數(shù)直接錄入到軟件中，實現(xiàn)復雜問題簡單化、流程化，加強CAD/CAE技術(shù)在材料領(lǐng)域之間的應(yīng)用，實現(xiàn)智能化、數(shù)據(jù)化管理，持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品的外觀設(shè)計與內(nèi)在性能，使模具和機械滿足更復雜的生產(chǎn)條件，促進我國工業(yè)持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

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