葉華

（江西工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330200）

模具加工與設(shè)計需要與時俱進，降低傳統(tǒng)方法的使用，通常傳統(tǒng)方法工作強度大，技能要求高，工作流程復(fù)雜，容易造成資源浪費。因此可以采取CAD/CAE技術(shù)進行產(chǎn)品設(shè)計，運用計算機設(shè)計研發(fā)產(chǎn)品。其中CAE分析求解數(shù)值高，可以結(jié)合CAD優(yōu)化設(shè)計質(zhì)量，同時CAD/CAE的軟件功能強大，可以實現(xiàn)產(chǎn)品缺陷更改與自動修復(fù)，快速展示產(chǎn)品設(shè)計仿真結(jié)果等功能，具有強大的數(shù)據(jù)運算能力，自動化管理水平高，可以增強企業(yè)核心競爭力，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

1 CAD/CAE技術(shù)的概述

傳統(tǒng)模具設(shè)計確定模具原型一般通過概念設(shè)計分析、樣品生產(chǎn)設(shè)計、生產(chǎn)等復(fù)雜過程，CAD/CAE技術(shù)改變傳統(tǒng)模具設(shè)計理念與方法。CAD模擬設(shè)計需要借助計算機技術(shù)開展，涉及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、質(zhì)感色彩，模擬建設(shè)實物，立體展示事物的外形結(jié)構(gòu)，應(yīng)用范圍廣，包括汽車制造、航空航天?，F(xiàn)代CAD功能強大，可以實現(xiàn)設(shè)計模擬、組件產(chǎn)生重用、修改整合等功能。計算機輔助工程CAE參數(shù)計算功能強，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，可以分析求解材料剛度、動力響應(yīng)等性能。CAD/CAE常用的軟件Pro/Engineer，3D建模功能強，可以進行參數(shù)化設(shè)計，模型修改，自帶標(biāo)準(zhǔn)件庫自動修模部件，廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品制造與模具設(shè)計。三維造型UG軟件，操作簡單，參數(shù)化設(shè)計較弱，應(yīng)用于PC，仿真軟件Moldflow，應(yīng)用在模具設(shè)計，可以指導(dǎo)實現(xiàn)零件優(yōu)化與注塑成型。在實際生產(chǎn)過程中，模具可以借助計算機應(yīng)用軟件，精確結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析以及仿真過程，在模具概念設(shè)計中，CAD/CAE技術(shù)優(yōu)化設(shè)計流程，加快產(chǎn)品生命周期，提高模具生產(chǎn)設(shè)計質(zhì)量，簡化設(shè)計對象，實現(xiàn)產(chǎn)品的功能要求。通常產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)計，需要借助CAD技術(shù)設(shè)計產(chǎn)品初步結(jié)構(gòu)，應(yīng)用CAE技術(shù)開展結(jié)構(gòu)分析，完善模具的可行性評估分析，進一步優(yōu)化設(shè)計建模，精確模具具體結(jié)構(gòu)，降低企業(yè)成本。

2 機械設(shè)計與模具設(shè)計中存在的問題

機械設(shè)計與模具制造需要消耗大量的資源，依靠能源進行有效設(shè)計生產(chǎn)，企業(yè)投入成本大，在模具具體的設(shè)計制造過程期間，需要涉及的行業(yè)較多，容易出現(xiàn)大量資源浪費的情況，不利于環(huán)境保護，影響企業(yè)經(jīng)濟效益，造成資源緊缺的情況加重，不利于行業(yè)健康發(fā)展，難以有效提高材料能源的利用率，難以構(gòu)建行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，長期以往，企業(yè)難以得到長足發(fā)展。同時，CAD/CAE技術(shù)的系統(tǒng)集成化程度有待完善，基于企業(yè)規(guī)模不同，模具的制造自動化程度有差別，容易在進行CAD信息交流期間，出現(xiàn)信息存在不協(xié)調(diào)兼容的情況，難以有效提高行業(yè)信息資源的共享，影響行業(yè)數(shù)據(jù)集成化的發(fā)展，容易造成企業(yè)溝通成本，增加企業(yè)成本支出，并且CAD/CAE系統(tǒng)全面化發(fā)展程度低，無法進行系統(tǒng)科學(xué)的整合軟件資源，軟件之間的兼容程度有待完善。

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)功能強，應(yīng)用效率高，設(shè)計計算功能可以提高工作效率，高效完成工作內(nèi)容，簡化工作步驟，快速計算材料的重要參數(shù)，企業(yè)設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)熟悉CAD/CAE技術(shù)的管理操作，綜合應(yīng)用CAD/CAE技術(shù)來優(yōu)化產(chǎn)品管理，多樣化安排原材料的生產(chǎn)制造，規(guī)范產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)步驟，提高企業(yè)自動化水平，加快機械設(shè)計與模具的生產(chǎn)設(shè)計，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

3.1 CAD/CAE在機械設(shè)計與設(shè)計計算中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的CAD技術(shù)需要依靠人工進行零件設(shè)計裝配的大量計算，容易產(chǎn)生出現(xiàn)計算錯誤，影響零件設(shè)計生產(chǎn)，導(dǎo)致機械產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題。CAE技術(shù)強大的計算能力，可以快速核算強度剛度、熱傳導(dǎo)等指標(biāo)，改善機械產(chǎn)品設(shè)計的難度，因此企業(yè)在材料設(shè)計建模過程中，需要運用CAD的裝配功能進行機械設(shè)計，形成有效的生成序列，充分觀察零件間的裝配與拆卸。CAD/CAE技術(shù)有效處理前期圖形，求解計算熱傳導(dǎo)性、塑性，展現(xiàn)出具體參數(shù)，動態(tài)展示部件的層級關(guān)系，工作人員可以動態(tài)觀察并且適時控制零件位置的裝配拆卸，還可以生成多個裝配序列，方便工作人員觀察裝配與拆卸方案的具體情況，有效解決計算量大、設(shè)計修改復(fù)雜的問題，提高設(shè)計的精度。

CAD技術(shù)在進行零件裝配設(shè)計期間，借助傳統(tǒng)方法進行材料剛度、強度復(fù)雜計算，難以有效確定后期零件尺寸參數(shù)，容易增加計算量，提高工作難度。在計算零件的設(shè)計強度，可以應(yīng)用CAE技術(shù)的靜動力學(xué)分析，通過虛擬裝配、虛擬實驗，完善零件的設(shè)計生產(chǎn)，針對冷擠壓零件筒，可以進行凹凸模設(shè)計，通過UG軟件進行模具強度計算，優(yōu)化凸模的負(fù)載邊界與材料屬性，依據(jù)CAE過盈量確定凹模的預(yù)應(yīng)力值，針對組合凹模借助CAE校核計算結(jié)果，從而設(shè)計生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品，促使模具長壽命工作，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

3.2 CAD/CAE技術(shù)在模具設(shè)計中的應(yīng)用

模具設(shè)計是機械設(shè)計的重要內(nèi)容，需要進行開模工作，確保工作流程規(guī)范，避免開模錯誤造成模具損壞，給企業(yè)帶來巨大損失，應(yīng)用CAD/CAE技術(shù)可以優(yōu)化開模效率，提高工序的技術(shù)含量，確保開模工作順利進行。通常，模具產(chǎn)品設(shè)計工作量大且復(fù)雜，需要全面考慮明確產(chǎn)品內(nèi)部的尺寸、形狀與厚度的設(shè)計，借助三維造型軟件調(diào)整模具產(chǎn)品的設(shè)計環(huán)節(jié)，并且借助計算機軟件重新進行計算，優(yōu)化模具開模質(zhì)量。此外，模具產(chǎn)品設(shè)計借助CAD/CAE軟件計算參數(shù)，調(diào)取產(chǎn)品設(shè)計模型，優(yōu)化產(chǎn)品前期管理，借助冷卻鑄件系統(tǒng)，進行模具整體設(shè)計。

應(yīng)用CAD/CAE技術(shù)規(guī)范產(chǎn)品的開模工作流程：（1）綜合考慮產(chǎn)品的外形、用途等指標(biāo)，進行設(shè)計模型，通過模型具體參數(shù)進行前期預(yù)處理，與模具的設(shè)計部門進行溝通，完善后續(xù)步驟。（2）進行開模主要參數(shù)處理，布置模腔的個數(shù)情況，可以使用一腔多模的方法完善結(jié)構(gòu)與功能。（3）進行難度系數(shù)最大的扣模和工件調(diào)取，利用自動化設(shè)計明確產(chǎn)品的具體參數(shù)和工件型號，并且確定遠點坐標(biāo)好放入工件，扣模已經(jīng)布置好的模腔。（4）參考產(chǎn)品使用功能與外形進行哈佛塊與側(cè)軸的設(shè)計，優(yōu)化產(chǎn)品的包裝管理，再度優(yōu)化模具的各項功能。（5）進行工作的最后步驟，用設(shè)計軟件建立澆注、頂出、冷卻系統(tǒng)，調(diào)取與檢查模具的制造情況，檢查開模的質(zhì)量與設(shè)計精度，完成裝配圖操作。

3.3 模具型號的綜合CAD/CAE應(yīng)用

整個模具概念設(shè)計需要進行草圖設(shè)計，傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)受到約束限制，不能有效展現(xiàn)概念造型，導(dǎo)致其只是草圖化繪圖工具?，F(xiàn)在草圖技術(shù)完善，可以進行二維、三維草圖設(shè)計建模，優(yōu)化協(xié)調(diào)傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)與概念設(shè)計。同時，由于模具制造一般在高溫高壓的環(huán)境條件下進行，需要面對惡劣的外界環(huán)境，為此工作人員需要明確計算模具的具體參數(shù)，驗證并校準(zhǔn)模具的產(chǎn)品特性，如強度、剛性，保證模具可以安全高效進行作業(yè)，開展冷壓工序期間，可以選擇圓桶、槽鋼內(nèi)壁的15#鋼，使用冷擠壓一次成型模式，借助CAE軟件計算強度，優(yōu)化模具設(shè)計方法，提高模具設(shè)計管理水平。

凸模頂端需要承受的壓力過大，設(shè)計人員需要根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點設(shè)計，經(jīng)過反復(fù)的實驗，比較理論與真實數(shù)值，明確凸模高點的預(yù)應(yīng)力值大小，并且在實際生產(chǎn)作業(yè)過程中，企業(yè)需要確保標(biāo)志值是大于外界壓力的，否則，會影響凸模正常工作，影響設(shè)備安全。凹模設(shè)計需要借助CAE軟件的過盈量數(shù)值，進行綜合應(yīng)力計算分析，通過設(shè)定基本的應(yīng)力值，進行基本變形量分析，得出合適的應(yīng)力值；組合模型內(nèi)部零部件多，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需要進行內(nèi)外圈的相對分析，使用CAD/CAE軟件網(wǎng)格劃分曲面微元，通常外?？梢猿惺?684MPa的最大應(yīng)力，中圈僅能承受502MPa的壓力。企業(yè)可以了解材料的屬性負(fù)載，使用CAE技術(shù)調(diào)整具體的材料參數(shù)，進行有效的產(chǎn)品預(yù)應(yīng)力的計算，優(yōu)化加工制造服務(wù)質(zhì)量，簡化工作流程。

4 結(jié)語

企業(yè)可以引進CAD/CAE技術(shù)，發(fā)揮CAD/CAE技術(shù)的核心優(yōu)勢，加強機械模具行業(yè)CAD/CAE技術(shù)的研究，完善其軟件不足，為此企業(yè)應(yīng)綜合考慮產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)參數(shù)和形狀參數(shù)，借助CAD/CAE技術(shù)強大的設(shè)計和計算功能，簡化工作流程，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計和制造的數(shù)據(jù)化管理，提高產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化產(chǎn)品性能，有效地解決設(shè)計生產(chǎn)中的實際問題，滿足市場需求，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。