風扇葉片注射模CAD/CAM/CAE一體化技術應用

王巍

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

關鍵詞：風扇葉片；注射模；模具制造；3D模型

中圖分類號：TQ320.66 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.153

模具行業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎產(chǎn)業(yè)，企業(yè)制造模具的能力和技術水平對企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量、企業(yè)的市場競爭力和發(fā)展前景具有決定性的作用。隨著計算機技術在模具領域的全面推廣和應用，我國模具行業(yè)的生產(chǎn)能力和技術水平得到了很大的提高。

1 模具CAD/CAE/CAM技術的概念

模具CAD/CAE/CAM技術是指模具生產(chǎn)中的計算機輔助設計/計算機輔助工程/計算機輔助制造技術。在模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)以及相應專家數(shù)據(jù)和圖形庫的輔助下，技術人員能夠?qū)Ξa(chǎn)品和模具進行直觀、形象的設計和構思，并建立數(shù)字模型，進行快速、準確地計算和分析。

2 常用的CAD/CAM/CAE軟件

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

Cimatron軟件目前在全球模具和工具的CAD/CAM領域中處于先進地位。它所提供的CAD/CAM制造集成解決方案能夠為模具、工具和其他制造商提供全面而完整的解決方案。

Autodesk Moldflow能夠使設計師在模具加工制造前對設計方案進行全面、準確的模擬評估和優(yōu)化處理，幫助模具設計師減少潛在的設計失誤，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。

3 應用實例

以某風扇葉片為例，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。

由于風扇零件的曲面結構較為復雜，在傳統(tǒng)制造工藝中，為了達到零件的要求，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，延長了整個模具的生產(chǎn)周期。而在模具CAD/CAM/CAE一體化制造技術中，模具設計、CAE模擬分析、模具CNC加工、模具CMM檢測、塑料件CMM檢測等所有技術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工程信息的不完整和不準確等缺陷，而且使整個模具制造過程便于實現(xiàn)自動化，大幅度降低了對技術工人的要求，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一體化技術流程詳解。

3.2.1 零件造型 、模具設計

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)設計注射模具，所有模具零件設計均可以利用pro/E軟件中的EMX專家系統(tǒng)來完成。

3.2.2 模具結構分析和優(yōu)化

當完成模具設計方案后，就可在Moldflow軟件中用CAD軟件建立的數(shù)模進行CAE分析和優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)并改正設計失誤，提高模具質(zhì)量，降低開發(fā)成本。

3.2.3 設計變更

通過Moldflow軟件得出分析結果后，模具技術人員可以據(jù)此對模具結構進行設計優(yōu)化，大幅降低了模具生產(chǎn)人員在后期試模、調(diào)模時的工作量。由于使用了統(tǒng)一的參數(shù)化數(shù)字模型，所以后期零件設計、模具設計和制造中的相關項目人員都可以方便地進行相應改動。

3.2.4 CNC數(shù)控加工

當完成模具設計工作以后，可以直接將CAD軟件所設計的零件數(shù)模直接導入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，并使整個制造過程實現(xiàn)自動化。

3.2.5 CMM三坐標檢測

零件構成曲面非常復雜，傳統(tǒng)的測量工具已經(jīng)不能滿足相關要求，必須進行CMM三坐標檢測。通過比對測量的點云與原有的數(shù)字模型，保證產(chǎn)品尺寸的準確性。

3.2.6 裝配、試模、修整

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

4 注射模CAD/CAM/CAE一體化技術的優(yōu)越性

射模CAD/CAM/CAE一體化技術的優(yōu)越性在于：①基于統(tǒng)一的3D模型開展所有的設計、加工和檢測工作，整個模具工藝鏈是完全封閉的；②使用數(shù)字模型可以消除技術信息傳遞過程中的不準確性，特別是在跨國協(xié)作模具生產(chǎn)中，數(shù)字化3D模型實現(xiàn)了技術信息傳遞的準確和完整，減少了生產(chǎn)錯誤，降低了產(chǎn)品成本，縮短了制造周期；③利用CAE軟件對零件和模具成型過程進行提前分析和模擬，可以大幅縮短試模周期；④利用CAM軟件進行CNC編程，可以減少程序錯誤，提高加工效率和制造精度。

5 結束語

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

〔編輯：王霞〕