CAD/CAE/CAM技术在注射模具中的发展及软件应用

【摘要】概述注射模CAD／CAE／CAM的发展，分别从CAD、CAE、CAM三方面概述了CAD／CAE／CAM技术在注射模具中的应用，简单介绍了模具CAD／CAE／CAM技术常用典型软件。

【关键词】注射模CAD／CAE／CAM；应用；软件

1.引言

随着塑料工业的飞速发展，传统的手工制模已无法适应当前的形势，现代模具行业，缩短模具设计与制造周期、提高塑料制造精度与性能才是关键。CAD／CAE／CAM技术的进入使塑料模具产业有了突飞猛进的发展，并在生产中取得了明显的经济效益。因此应用CAD／CAE／CAM技术必将带来巨大的经济效益。

2.CAD／CAE／CAM的发展概述

注射模CAD／CAM是伴随着通用机械CAD／CAM技术发展而不断深化的。从上世纪60年代基于线框模型的CAD系统始，到70年代以曲面造型为核心的CAD／CAM系统,80年代实体造型技术的成功应用,90年代基于特征的参数化实体／曲面造型技术的完善，为塑料注射模采用CAD／CAE／CAM技术提供了可靠的保证。目前在国内外市场已涌现出一批成功应用于塑料注射模的CAD／CAE／CAM的系统，一些著名的商品化三维造型软件件都带有独立的注射模设计模块。塑料注射模CAE技术的发展也十分迅速，从一维流动和冷却分析经过二维流动和冷却分析最后到三维流动和冷却分析，其应用范围已扩展到保压分析、纤维分子取向和翘曲预测等领域并且成效卓著。近10余年来，我国对塑料注射成型CAE技术也展了系统而深入的研究也相继取得了可喜的成果。

3.CAD／CAE／CAM在注射模具中的应用

3.1注射模CAD

注射模CAD是解决产品的外形设计问题。根据产品的工程图纸、模型或设计师的思想在计算机描述出三维形体，即建模或造型，根据造型进行模具分型面设计、确定型腔和型芯设计、模具结构许多标准件如浇注系统、冷却系统等都可以采用基于数据库管理的参数化特征造型设计方法，进行设计或建立标准件库，实现数据共享，随时修改设计参数，使得设计快速、准确、高效的详细设计。

注射模CAD系统中具有强大的曲面造型功能，能够满足人们各方面的要求。参数化的设计手段方便的设计和修改过程，为模架库和标准件库的建立提供了便利条件，提高了注塑产品的设计质量，缩短了注塑件和注射模造型周期。

3.2注射模CAE

注射模CAE是利用CAD中建立的零件模型信息，结合工艺信息和参数，完成工程分析，并给出优化途径。其过程是：完成模具初始设计方案后，利用模具CAE软件，在给定工艺条件下进行塑料产品的成型过程分析，可动态仿真分析塑料在注塑模腔内的注射过程流动隋况、分析温度压力变化和注塑件残余应力，将可能出现的气隙、融合线、欠注等制品缺陷及位置，提出分析报告并向设St@推荐合适的加工工艺条件。设计师根据分析结果修正模具设计方案。它是将生产中的“试模―修模―试模”的过程转移到计算机上完成，从而提高了生产效率和设计质量。

3.3模具CAM

模具CAM是基于CAD中建立的模具零件模型及工艺信息与参数自动生成刀具轨迹，通过刀具产生与显示，直观地表明零件的加工过程，及时发现错误并予以修改，生成NC代码，通数控机床加工模具各零件。模具CAM技术就是在模具制造过程中的应用，特别是在复杂模具的型腔、型芯及电极的加工等方面应用。此外，模具加工过程仿真能直观反映加工的结果，直接评估加工后零件的质量，以及检查出加工的错误。在检查加工后零件的质量时，可在计算机上对加工后的实体模型进行任意的剖切，直接测量其尺寸和精度。能消除加工工艺编程设计的错误，减少加工后的修补和返工，大大提高模具制造效率和质量。

4.模具CAD／CAE／CAM技术常用典型软件介绍

Pro／E简介：Pro／Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。参数化设计和特征功能Pro／Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设StA员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，单一数据库Pro／Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD／CAM系统建立在多个数据库上，换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。

UG简介：是美国UGS(Unigraphics Solutions)公司的主导产品，是集CAD／CAE／CAM于一体的三维参数化软件，是面向制造行业的CAID／CAD／CAE／CAM高端软件，是当今最先进，最流行的工业设计软件之一，它集合了概念设计、工程设计、分析与加工制造的功能，实现了优化设计与产品生产过程的组合。用户在使用UG强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配及创建工程图等功能时，可以使用CAE模块进行有限元分析、运动学分析和仿真模拟，以提高设计的可靠性；根据建立起的三维模型，还可由CAE模块直接生成数控代码，用于产品加工。

SolidWorks简介：创新的、易学易用的而且价格平宜的Soli―dWorks是Windows原创的三维设计软件。能够完全自动捕捉设计意图和引导设计修改。在装配设计中可以直接参照已有的零件生成新的零件。有全面的零件实体建模功能，其丰富程度有时会出乎设计者的期望。具有全相关的钣金设计能力。

Mastercam简介：是美国CNC公司发的基于PC平台的CAD／CAM软件，它具有方便直观的几何造型Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。可靠的刀具路径校验功能，可模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还能检查刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况，能实现DNC加工，用Mastercam软件编制复杂零件的加工程序极为方便，而且能对加工过程进行实时仿真，真实反映加工过程中的实际情况。

5.结语

高质量、短周期、长寿命的模具是现代模具行业的追求，这必将使模具CAD／CA F／CAM技术全面深入地应用于模具行业中，CAD／CAE／CAM技术的使用为企业带来的巨大变革有目共睹。近年来，我国模具CAD／CAE／CAM技术的应用有了较大的进步，但与发达国家相比还存在不足，但相信，通过努力，我们会发出有自己特色，符合中国人习惯的CAD／CAM软件，走出适合自己的发展道路。