數(shù)字分析CAE在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

摘 要：在國(guó)家制造產(chǎn)業(yè)日趨規(guī)范化的形勢(shì)下，模型設(shè)計(jì)在制造業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。在分析模具設(shè)計(jì)流程及當(dāng)前存在問題的基礎(chǔ)上，本文對(duì)CAE 軟件的優(yōu)勢(shì)及類型進(jìn)行探討，就該軟件在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究。

關(guān)鍵詞：模流分析；模具；產(chǎn)品；數(shù)字化

CAE（Computer Aided Engineering）其含義是指工程設(shè)計(jì)中的計(jì)算機(jī)輔助工程，利用相關(guān)技術(shù)把工程過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)地組織起來，通過資料對(duì)比可設(shè)計(jì)模具設(shè)計(jì)最優(yōu)方案，節(jié)省模具設(shè)計(jì)過程中人力與物力。

1 模具設(shè)計(jì)的流程及當(dāng)前存在問題

1.1 模具設(shè)計(jì)的流程

模具設(shè)計(jì)流程被劃分為多個(gè)步驟，包括功能設(shè)計(jì)、零件工藝分析、模具加工設(shè)計(jì)等。

（1）功能設(shè)計(jì)。一個(gè)產(chǎn)品應(yīng)有功能應(yīng)在設(shè)計(jì)之初就已確定，產(chǎn)品最基本的屬性就是其制作出來的用途，因此確定用途是核心所在。對(duì)模具而言，作為一個(gè)設(shè)計(jì)的初始實(shí)驗(yàn)品，圍繞著功能展開設(shè)計(jì)才能更直觀反應(yīng)制品所應(yīng)具備功能，避免追求外觀設(shè)計(jì)而失去了核心部分功能。模具功能在設(shè)計(jì)開始時(shí)就應(yīng)確定大方向，并據(jù)此進(jìn)行延伸擴(kuò)展其基本功能。好的模具在完成基礎(chǔ)功能設(shè)計(jì)上不干擾圖形設(shè)計(jì)，在對(duì)模具進(jìn)行測(cè)量時(shí)著重瞄準(zhǔn)其功能的準(zhǔn)確性是否符合要求及能否投入使用和生產(chǎn)。

（2）零件工藝分析。模具由多種零件構(gòu)成，在模具開始設(shè)計(jì)時(shí)將模具的結(jié)構(gòu)分開劃分為零件，再對(duì)多個(gè)零件分析其尺寸和精度。完成對(duì)所有零件的測(cè)量后再進(jìn)一步拼湊模具，并保證模具的精度在所要求范圍內(nèi)。

（3）模具加工設(shè)計(jì)。當(dāng)完成對(duì)模具分析和測(cè)量后，就是投入實(shí)施環(huán)節(jié)。不同的模具由于功能不同，其所需精度不同，加工前確定好模具所需材料，模具的材料韌度對(duì)于加工過程中模具能否承受壓力有直接影響，韌度過高過低均會(huì)影響其加工出的成品結(jié)果。加工開始前清點(diǎn)材料和工序是否到位是必要步驟，根據(jù)模具指定的機(jī)器開始加工保證加工過程中沒有錯(cuò)誤導(dǎo)致加工失敗。

1.2 模具設(shè)計(jì)當(dāng)前存在問題

加工中最常見問題是實(shí)時(shí)觀察模具的加工進(jìn)展，好的模具不僅按要求加工出，在精度上接近標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)器在加工過程中會(huì)出現(xiàn)失靈，精度會(huì)受到影響。若發(fā)生類似情況，可切換至手動(dòng)加工，手動(dòng)描繪模具輪廓，也可采用數(shù)控加工，熟悉數(shù)控機(jī)器的編程方式，輸入編寫好的程序在一定程度上可減少失誤發(fā)生。加工過程中易產(chǎn)生大量熱，散熱是任何工藝復(fù)雜的模具加工中必須面臨的問題，面對(duì)散熱可采用方案很多。無論水冷散熱還是風(fēng)冷散熱，都應(yīng)在不損壞模具的情況下實(shí)施。模具材料種類不同能承受的壓力參數(shù)和受熱能力也不同，過冷或過熱均會(huì)導(dǎo)致模具材料壽命下降。

2 CAE 軟件的優(yōu)勢(shì)及類型

2.1 CAE 軟件的優(yōu)勢(shì)

CAE在計(jì)算機(jī)的輔助下，可分析復(fù)雜工程和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，對(duì)模具的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行分析，將工程（生產(chǎn)）中各環(huán)節(jié)有機(jī)組織結(jié)合起來。模具設(shè)計(jì)的基本要求就是在保證精度的前提下，可采用設(shè)計(jì)軟件對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，之后對(duì)設(shè)想模型用軟件進(jìn)行模擬。當(dāng)出現(xiàn)失誤時(shí)，記錄結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)過多次篩選，總結(jié)出適合模具的開發(fā)規(guī)劃，市面上各種設(shè)計(jì)軟件均是基于模具而開發(fā)的。將CAE 軟件的數(shù)據(jù)分析導(dǎo)入到模具加工中，實(shí)驗(yàn)前可針對(duì)性地進(jìn)行模擬測(cè)出結(jié)果，并及時(shí)對(duì)模具方案進(jìn)行更改，可找到更可靠方案，解決以往模具加工缺乏測(cè)試的難題，使模具加工流程趨于規(guī)范化。

2.2 CAE 軟件的類型

（1）模具成型。CAE功能雖復(fù)雜，但在各方面覆蓋面廣，對(duì)于模具成型也有著許多軟件支持開發(fā)。相對(duì)于普通成型軟件，Moldflow推出時(shí)間較晚，但其功能與市場(chǎng)上大部分軟件不相上下，無論是模擬性能還是兼容性上都有著巨大優(yōu)勢(shì)。其強(qiáng)大的模擬功能兼容各種模具，無論是注塑成型還是材料模擬，都有著詳細(xì)的開發(fā)流程供參考，大量工藝資料也有助于新人接觸使用軟件，因此在市場(chǎng)接受度高。Moldex3D是一款專注于模具工藝分析的軟件，在工藝方面有大量?jī)?yōu)勢(shì)，不但能模擬工藝生產(chǎn)流程，還能添加各種設(shè)定因素改變生產(chǎn)時(shí)的固定影響，觀測(cè)在各種外界干擾條件下受影響的模具加工結(jié)果。

（2）模具沖壓。常見的大型模具中沖壓是較為簡(jiǎn)單的一個(gè)環(huán)節(jié)，但沖壓結(jié)果卻不受預(yù)期控制，因此沒有相應(yīng)的條件沖壓大部分都會(huì)失敗，在實(shí)際操作前，都會(huì)用CAE軟件進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，尋找合適的方案進(jìn)行沖壓。Dynaform源自于美國(guó)模擬軟件，其特色功能在于可模擬模具沖壓，傳統(tǒng)模擬軟件專注于模擬加工環(huán)境，在沖壓模擬精通的軟件較少。這款軟件由多家公司共同研發(fā)，專用于沖壓領(lǐng)域模擬。任何材料的沖壓都能在其上找到相應(yīng)功能，因此模擬沖壓和改變材料是這款軟件核心功能所在，并且卓越的性能使軟件不止應(yīng)用在沖壓上還可改變模具沖壓材料如鈑金等。

3 數(shù)字分析CAE在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用步驟

如果要生產(chǎn)一個(gè)模具，首先要測(cè)量模具尺寸大小，分析模具材料。以生產(chǎn)某電器蓋模具為例，在設(shè)計(jì)過程中，我們先對(duì)模具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割分析將其劃分為多個(gè)部分零件，再測(cè)得部分零件的精度大小與總體進(jìn)行對(duì)比，算出大致的誤差范圍，對(duì)于模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵性部位進(jìn)行分離保證模具加工時(shí)關(guān)鍵部位能夠按照要求加工而不降低精度影響影響整體模具。

在對(duì)零件進(jìn)行依次分析測(cè)量并分類后，將分類好的零件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從零件的大小、材料、受力程度作進(jìn)一步劃分。若遇到對(duì)環(huán)境或溫度有著嚴(yán)格要求的零件，則要單獨(dú)處理防止加工失敗，接著用分析軟件對(duì)模具進(jìn)行分析。經(jīng)多次模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)比出模具的整體性能數(shù)據(jù)，制定相應(yīng)方案提高成功率。

對(duì)每次實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)都需進(jìn)行錄入，與原有或類似模具數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和判斷。根據(jù)每次實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否達(dá)標(biāo)來給定標(biāo)準(zhǔn)和范圍。當(dāng)數(shù)據(jù)量積累到一定要求時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選。當(dāng)模擬數(shù)據(jù)得到證實(shí)后，可根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行加工，根據(jù)模具零件的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)投入到生產(chǎn)中，可制造出符合預(yù)期的模具。

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作者簡(jiǎn)介：肖春生（1984），男，漢族，江西永新人，本科，助教，江西生物科技職業(yè)學(xué)院教師，研究方向?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)與制造。