塑料模具CAD CAE CAM技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

樊夏漪

摘 要：該文介紹了CAD/CAE/CAM技術(shù)在現(xiàn)代塑料模設(shè)計以及制造中的應(yīng)用，采用CAD/CAE/CAM技術(shù)可提高模具產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量、縮短模具設(shè)計與制造周期、降低制造成本，該文還對CAD/CAE/CAM技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：塑料模具；CAD/CAE/CAM技術(shù)；模具設(shè)計

中圖分類號：TG241 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

塑料的成型加工是將塑料原料轉(zhuǎn)化成具有使用價值的商品的工程技術(shù)。近些年來，其發(fā)展速度驚人，就體積來說，在很早以前塑料的年產(chǎn)量就超過了鋼鐵和有色金屬的總和。用模具生產(chǎn)制造出來的制件，表現(xiàn)出了高精度、高生產(chǎn)效率和低消耗，是其他加工制造技術(shù)不能比擬的，所以模具又被稱為“效益放大器”。而在整個模具行業(yè)中，塑料模具比重非常大，占有十分重要的地位。近幾年，多樣化成型方式及塑料模具的設(shè)計得到快速地發(fā)展，這得益于計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，同時這也徹底地改變了傳統(tǒng)的模具設(shè)計、制造方式。

CAD/CAE/CAM技術(shù)在現(xiàn)代塑料模具的設(shè)計與制造中發(fā)揮著重要作用，現(xiàn)代塑料模具的設(shè)計思路是設(shè)計人員直接建立起產(chǎn)品的三維模型，然后利用CAD/CAE軟件進(jìn)行模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計，再針對模具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析及優(yōu)化處理，最后利用CAM軟件對模具進(jìn)行加工刀具軌跡的生成與仿真，產(chǎn)生數(shù)控加工代碼，進(jìn)一步完成NC編程。這種方法改變了傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)和模具生產(chǎn)方式，不僅能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，還大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，縮短了開發(fā)周期，同時降低了生產(chǎn)成本，有力地推動了塑料模具行業(yè)的發(fā)展。

1 塑料模具CAD/CAE/CAM的技術(shù)應(yīng)用

1.1 CAD技術(shù)與塑料模具設(shè)計

UG、Pro/E、CATIA等三維軟件都屬于CAD軟件，它們?yōu)樵O(shè)計師提供了方便的設(shè)計平臺，可以使設(shè)計人員快速設(shè)計出塑料產(chǎn)品全套模具圖，同時也能將設(shè)計師從煩瑣、冗長的人工計算和手工繪圖中解放出來，將精力更好地用在模具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和方案構(gòu)思等工作上。CAD軟件之所以強大，就是因為它不僅有編輯修改功能，而且它的顯示效果也非常逼真，這些功能能讓設(shè)計師做到所想即所得，把自己的設(shè)計思路淋漓盡致地表現(xiàn)出來，并且CAD軟件還可以計算保存制品的各種參數(shù)，為以后的模具設(shè)計、分析提供良好的依據(jù)。另外，設(shè)計師還可以從軟件中選擇標(biāo)準(zhǔn)模架或者也可以靈活方便地建立自己所需的標(biāo)準(zhǔn)模架庫，而且還提供了模具分型面工具、典型結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)零件庫，調(diào)用方便快捷，大大縮短了模具設(shè)計時間。

1.2 CAE技術(shù)與塑料模具的設(shè)計

傳統(tǒng)模具設(shè)計，對設(shè)計人員的依賴性比較大，往往會由于設(shè)計人員經(jīng)驗不足出現(xiàn)錯誤，而在后期還要對模具進(jìn)行反復(fù)調(diào)試和修正，如果在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)問題，不僅要重新調(diào)整工藝參數(shù)，甚至還要重新制作模具，整個過程耗費大量的精力和時間，嚴(yán)重影響了新產(chǎn)品的開發(fā)效率?，F(xiàn)今，CAE技術(shù)的出現(xiàn)，完美地改變了這一現(xiàn)狀。Moldflow軟件的主要功能包括流動保壓模擬、冷卻模擬、結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析、翹曲預(yù)測、最佳澆注口分析等。在設(shè)計階段，通過CAE分析就能預(yù)測出產(chǎn)品可能出現(xiàn)的問題，提前做出修正和優(yōu)化，從而提高效率、縮短研發(fā)周期、降低成本。另外，還應(yīng)考慮到在充模過程中，模具本身由于受到注射壓力的影響，也會產(chǎn)生變形，從而對制品形狀、質(zhì)量產(chǎn)生很大影響，所以分析在注射過程中模具本身的變化也很有必要。這就需要將其他優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)分析軟件引入CAE軟件中，這樣才能使注射模設(shè)計的CAE具有更高的真實性和有效性，才能發(fā)揮其更大價值。

在傳統(tǒng)的模具制造工業(yè)中，僅是對模具的結(jié)構(gòu)和外觀進(jìn)行設(shè)計，而今，隨著社會的需要和技術(shù)的進(jìn)步，已經(jīng)發(fā)展到能對模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。通過CAE 技術(shù)對已經(jīng)設(shè)計出來的模具進(jìn)行抗沖擊試驗?zāi)M、散熱能力、跌落試驗?zāi)M、強度、剛度、疲勞和蠕變等分析，檢驗?zāi)＞呓Y(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，并分析出結(jié)構(gòu)不合理的位置和原因，然后把這些數(shù)據(jù)反饋給CAD軟件，并作出相應(yīng)修改，再用CAE軟件重復(fù)上述的性能檢測，最終選用合理方案，確定最優(yōu)化的模具制品。

1.3 CAM技術(shù)與塑料模具設(shè)計

通過CAD/CAE軟件對模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和分析，在設(shè)計階段，就可以消除模具設(shè)計時出現(xiàn)的錯誤，確定好最優(yōu)方案，再利用CAM軟件自動生成數(shù)控加工的NC代碼，從而控制數(shù)控機(jī)床加工模具。這種方法更好地體現(xiàn)了CAM軟件的特征造型技術(shù)、參數(shù)化設(shè)計等優(yōu)點，并能實現(xiàn)共享3D數(shù)據(jù)，不僅提高了設(shè)計效率，還能保證質(zhì)量，降低成本。另外，也可以使用更加專業(yè)的CAM軟件，如Mstercam。Mstercam是數(shù)控加工自動編程常用的軟件，它具有多軸加工功能，提供多種刀具選擇和400種以上后置處理文件，設(shè)計人員只要完成相關(guān)編程，Mstercam就可以自動生成加工程序并導(dǎo)入數(shù)控機(jī)床，最終完成模具的加工，從而給人們帶來了極大的方便。

將CAD/CAE/CAM技術(shù)應(yīng)用在模具上，能夠使模具制品設(shè)計質(zhì)量和塑料產(chǎn)品質(zhì)量都得到大幅提高，模具生產(chǎn)周期大大縮短，同時還降低成本，因此CAD/CAE/CAM是塑料模具設(shè)計和制造發(fā)展的必然方向。

2 塑料模具的發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷普及，計算機(jī)技術(shù)與模具行業(yè)的聯(lián)系必然更加緊密，CAD/CAE/CAM技術(shù)在功能上將得到進(jìn)一步完善，性能上也會進(jìn)一步提高，因此將來會呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢。

2.1 人工智能、知識工程的運用

人工智能的時代已經(jīng)到來，各大軟件的界面也將更加直觀，設(shè)計者將以很少的工程知識背景，利用語音提示或語音“向?qū)А?，就能進(jìn)行簡單的操作。計算機(jī)處理圖形的能力大幅度提高，塑料模具CAD/CAE/CAM技術(shù)涉及大量的設(shè)計方案、大量的專業(yè)知識、人工智能和知識工程可根據(jù)需要自動選擇合理、適當(dāng)?shù)姆桨福⑴袛嘤嬎憬Y(jié)果是否合理。

2.2 CAD/CAE/CAM技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化和集成化發(fā)展

隨著信息全球化的發(fā)展，5G時代的到來，計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)正滲透到社會的各個方面，并且改變了人們的學(xué)習(xí)和生活習(xí)慣，象并行工程等。并行工程的主要特點有設(shè)計過程十分復(fù)雜、設(shè)計因素眾多、信息含量大、分工細(xì)致、計算及分析過程煩瑣。另外，現(xiàn)代模具設(shè)計制造技術(shù)依賴于快速發(fā)展的計算機(jī)技術(shù)，CAD、CAE、CAM和PDM的高度集成，使模具設(shè)計制造向數(shù)字化方向發(fā)展。

為了適應(yīng)電商環(huán)境的發(fā)展需要，CAD/CAE/CAM技術(shù)將著眼于全社會的公開網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，開放更加專業(yè)化的虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)環(huán)境，并建立起相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈，實行網(wǎng)絡(luò)經(jīng)銷與服務(wù)，造福人類社會。

2.3 與先進(jìn)制造技術(shù)的結(jié)合日益緊密

為了很好地解決模具開發(fā)上的關(guān)鍵問題，CAD/CAE/CAM技術(shù)在不斷完善的同時，也在與日益先進(jìn)的制造技術(shù)緊密結(jié)合中不斷發(fā)展，其內(nèi)涵越加豐富，外延日益擴(kuò)大，象逆向工程等。逆向工程是在只有產(chǎn)品的情況下，通過分析推導(dǎo)出實現(xiàn)方法，對產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)進(jìn)行再現(xiàn)的過程，可以分為2步，第一步是通過各種手段采集實物模型的相關(guān)數(shù)據(jù)。第二步就是模型的重建，常用造型軟件大致可分為2類：一是專用的逆向軟件。二是提供逆向處理模塊的正向CAD/CAM/CAE軟件。

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