CAD/CAE/CAM技術(shù)對壓鑄模具設(shè)計影響的探討

韓靈全

【摘 要】隨著工業(yè)技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品對模具的要求越來越高。而CAD/CAE/CAM技術(shù)的發(fā)展極大地改變了人們的設(shè)計手段和方法，更重要的是CAD/CAE/CAM技術(shù)可以顯著提高設(shè)計的效率和質(zhì)量。本文將立足于壓鑄模具設(shè)計的實際，就CAD/CAE/CAM技術(shù)應(yīng)用對壓鑄模具設(shè)計的影響進(jìn)行簡要分析。

【關(guān)鍵詞】CAD/CAE/CAM技術(shù) 壓鑄模具 設(shè)計影響

與傳統(tǒng)壓鑄模具設(shè)計方法相比，CAD/CAE/CAM技術(shù)在設(shè)計與制造環(huán)節(jié)上都有較大的差別，改變了壓鑄模具設(shè)計的實現(xiàn)形式。新型CAD/CAE/CAM集成技術(shù)的產(chǎn)生與應(yīng)用大大縮短了模具的設(shè)計與制造周期，借助CAE模型分析使得壓鑄模具設(shè)計在效率提升的同時實現(xiàn)了質(zhì)量的同步提升，是現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)條件下實現(xiàn)壓鑄件模具設(shè)計發(fā)展和完善的關(guān)鍵技術(shù)。因此對CAD/CAE/CAM技術(shù)對壓鑄模具設(shè)計影響的探討具有鮮明的現(xiàn)實意義。

1 CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)在壓鑄模具中的建立

CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)主要包括CAD/CAM軟件、CAE仿真軟件和一個壓鑄專業(yè)軟件系統(tǒng)包。其中CAD/CAM軟件是系統(tǒng)的主要設(shè)計結(jié)構(gòu)，當(dāng)前應(yīng)用CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)進(jìn)行壓鑄的模具其壓鑄件的結(jié)構(gòu)和形狀都較為復(fù)雜，所以系統(tǒng)對CAD/CAM軟件三維實體造型和制造能力的要求較高。壓鑄件CAE模擬技術(shù)是壓鑄模具加工活動中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具體的技術(shù)解決方案主要有限差分法的流體動力學(xué)和傳熱方程，或者有限元法[1]。在模具的模型分析活動中金屬液體在模具內(nèi)的流動和凝固過程都可以借助計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)模擬。

2 CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)在壓鑄模具中的應(yīng)用

2.1模具的CAD建模和設(shè)計的技術(shù)方案

CAD建模和模型設(shè)計是CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)在壓鑄模具中應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，這一活動以三維實體造型開始，根據(jù)新型零部件的實際結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行三維實體造型，形成的造型結(jié)構(gòu)借助CAD/CAM軟件進(jìn)行三維建模，建模的內(nèi)容主要涉及到加工活動的工作余量、收縮率和錐度等具體加工中量化要求的細(xì)節(jié)。

借助集成系統(tǒng)中的專業(yè)軟件系統(tǒng)包，設(shè)計主體可以實現(xiàn)對壓鑄工藝技術(shù)方案的設(shè)計，包括注射壓力、注射沖頭速度、注射速度和填充時間在內(nèi)的壓鑄工藝技術(shù)方案內(nèi)容都可以根據(jù)壓鑄件的強(qiáng)度和質(zhì)量要求進(jìn)行自主設(shè)計。在使用CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)進(jìn)行壓鑄模具的設(shè)計活動中，設(shè)計方案往往還能夠囊括澆注系統(tǒng)，包括澆注活動中溢出和冷卻通道的設(shè)計、型腔內(nèi)表面積和模具整體的熱平衡等澆注過程中的技術(shù)，都在CAD/CAM軟件系統(tǒng)的設(shè)計范疇之內(nèi)，能夠為壓鑄模具設(shè)計工作提供全方位的設(shè)計和制造支持[2]。

2.2 CAE模型分析

油泵是壓鑄件生產(chǎn)活動中經(jīng)常面對的復(fù)雜壓鑄體，這種壓鑄體本身的結(jié)構(gòu)為復(fù)雜、壁厚不均勻，且對密封性能的要求極高，使用傳統(tǒng)的澆注方法容易產(chǎn)生氣孔和縮孔的現(xiàn)象。借助CAE模型分析技術(shù)能夠清楚地發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)澆注工藝和澆注系統(tǒng)進(jìn)行油泵制造中產(chǎn)生氣孔和縮孔的原因。使用傳統(tǒng)的澆注系統(tǒng)進(jìn)行澆注，澆注過程中壓射沖頭的壓力不均衡會導(dǎo)致澆注金屬液體的飛濺及空氣不能及時排出等問題，這種澆注問題現(xiàn)象是導(dǎo)致油泵出現(xiàn)氣孔和縮孔問題的主要原因。以CAE模型分析為基礎(chǔ)對澆注系統(tǒng)和澆注工藝進(jìn)行改進(jìn)，主要的改進(jìn)內(nèi)容是提升了澆注系統(tǒng)對澆注壓力和澆注速度的控制精度，在澆注活動開展的初期盡量選擇較低的澆注壓力和較高的澆注速度進(jìn)行澆注。同時在保證填充時間的前提下，注意控制壓射沖頭的加速度以調(diào)節(jié)合適的注射速度，這樣一來填充后形成的增壓就能夠?qū)σ驗闊峁?jié)而出現(xiàn)的縮孔進(jìn)行補(bǔ)縮，保證壓鑄件的質(zhì)量[3]。

2.3 CAM的應(yīng)用

CAM的應(yīng)用是在壓鑄模具型腔三維實體造型的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，設(shè)計人員在三維實體造型數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上新建一個加工空白頁，并附加一個包括加工余量、刀具、刀具路徑在內(nèi)的加工工藝表。在一些加工細(xì)節(jié)問題的分析上還可以對刀具的工作路徑進(jìn)行模型檢測和瞬時加工工藝的觀察，在其基礎(chǔ)上再對加工數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。在數(shù)控切割過程中的銑刀數(shù)據(jù)文件是可以進(jìn)行修改的，設(shè)計人員可以結(jié)合加工的實際情況反復(fù)試驗來對銑刀數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的修正，直到最終達(dá)到一個滿意的結(jié)果。在所有數(shù)據(jù)加載和調(diào)制工作完成以后，CAM軟件會將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的應(yīng)用處理并將其上傳到數(shù)控機(jī)床的代碼庫中[4]。

3集成系統(tǒng)的應(yīng)用總結(jié)

與傳統(tǒng)的壓鑄模具設(shè)計相比，CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)在壓鑄模具設(shè)計活動中應(yīng)用的突出特點是集成性，所有的設(shè)計和加工過程都是基于同一個三維模型完成的。所以一些加工步驟可以同步進(jìn)行，以多個工作面同時加工的方式進(jìn)一步提升了模具設(shè)計和制造的效率，極大縮短了設(shè)計制造周期。同時CAE模擬軟件在加工活動中的應(yīng)用，最大限度的提升了設(shè)計和制造主體對模具內(nèi)部、模具澆注活動的認(rèn)知程度，指導(dǎo)設(shè)計和制造主體對壓鑄工藝的技術(shù)方案和工藝參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善，能夠?qū)崿F(xiàn)壓鑄件加工質(zhì)量短時間內(nèi)的大幅度提升。以上文中提到的油泵加工為例，在使用CAE進(jìn)行模擬分析以后，壓鑄件油泵的產(chǎn)品合格率在短時間內(nèi)由60%提升到90%[5]。

4結(jié)語

CAD/CAE/CAM技術(shù)是壓鑄模具設(shè)計領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，是基于現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實技術(shù)和數(shù)控機(jī)床技術(shù)形成的，完美的將壓鑄模具的模型設(shè)計和制造結(jié)合在一起，為壓鑄模具設(shè)計、制造和加工過程提供了一個規(guī)范的、科學(xué)的指導(dǎo)系統(tǒng)，對現(xiàn)代壓鑄模具設(shè)計產(chǎn)生了變革性的影響，因此對CAD/CAE/CAM技術(shù)對壓鑄模具設(shè)計影響的探討具有鮮明的現(xiàn)實意義。

參考文獻(xiàn)：

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