CAD/CAE/CAM一體化在塑料模具開發中的應用

東莞職業技術學院 張燕琴

CAD/CAE/CAM一體化在塑料模具開發中的應用

東莞職業技術學院 張燕琴

本文將CAE分析引入到塑料制品的生產過程中，通過對一個盆類零件模具的設計、工藝分析及模擬加工，闡述了CAD/CAE/CAM一體化技術在塑料制品的生產過程中的重要作用。目前運用CAD/CAM/CAE軟件進行模具設計、分析、制造進行一體化服務已成為塑料模技術發展的趨勢，這也必將是塑料模具人才培養的方向。

模具；CAD；CAE；CAM

1.引言

塑料模具的設計、制造和工藝分析是模具技術的全面體現，在實際生產中，不論產品是簡單還是復雜，模具的設計、制造和工藝分析都是緊密聯結、密不可分的。過去的幾年來，隨著計算機技術的發展，模具的設計（CAD）和制造（CAM）結合得比較緊密。但模具在注塑機上注塑參數的調整還是主要采用傳統的試錯法，依靠操作人員的經驗進行試模，整個生產周期比較長。本文將把CAE技術添加到CAD和CAM技術中，使得注塑工藝參數的調整更加準確、快捷。

2.CAD/CAE/CAM技術在塑料模具生產中的實踐

產品如圖1所示，零件的邊緣有4個螺絲孔，底部有3個帶凸臺的孔；零件四周不允許有披峰，不允許有頂白、氣孔等缺陷；塑件要求表面光潔無毛刺、無縮痕；采用ABS料，大批量生產。

2.1 CAD模具設計

首先分析塑件的工藝性，在CAD軟件中檢查零件厚度是否均勻，拔模斜度是否合理。工藝性分析結束后再進行分模設計，包括型腔布置、設置收縮率、創建工件、做分型面、分割、抽取，獲得模具核心元件——公、母模仁。接著完成模板、澆注系統、冷卻系統、頂出裝置等的設計。若零件有側凹結構，還需設計出斜導柱或側滑塊等結構，產品圖如圖1。

本例中零件厚度3-5mm，拔模角度合理，塑件材料為熱塑性塑料，流動性較好，適合采用注塑工藝成形。零件最大外形200X140mm，采用一模兩腔對稱分布。本例采用S形分流道，矩形側澆口。設計完成后的公、母模仁及制件如圖2所示，模具爆炸圖如圖3所示。

2.2 CAE工藝分析

將設計好的工藝方案，例如型腔布置、澆注系統尺寸等導入CAE軟件中，并設置材料性質和填充、保壓、冷卻、頂出等工藝參數，經CAE軟件計算，可獲得填充模擬結果。根據結果可作工藝參數的調整，甚至是模具結構的改變，直至獲得較好的成形結果。

圖1 產品圖

圖2 公、母模仁及制件圖

圖3 模具爆炸圖

圖4 零件成形分析結果

本例中經過多次參數調整，最終采用以下參數：成形溫度230°C，模具溫度40°C，充模時間4.9s，保壓壓力36MPa，保壓15s，采用4段冷卻水管室溫水冷，由于塑料件的空腔深度達到50mm，因此在型腔內安排5個隔板加強冷卻，獲得較好的成形結果。圖4所示是該零件的成形分析結果。

2.3 CAM編程加工

將CAD設計好，并通過CAE工藝分析的模具元件通過CAM軟件，確定加工工藝路線，并設置刀具、切削用量等工藝參數，獲得加工模擬結果。對加工困難的部位提出對CAD設計的修改意見，從而獲得整個設計的優化方案。本例中公模仁的CAM加工模擬如圖5所示。

3.結論

實踐證明，通過CAE軟件獲得的模擬結果對實際生產有很大的參考價值，通過CAD/CAE/CAM綜合設計分析獲得的方案是較為合理的，對提高生產效率、縮短產品生產周期有很大的作用。

圖5 公模仁CAM加工模擬

模具CAD/CAE/CAM技術發展迅速，企業對這類模具技術人才的需求非常迫切，這就要求我們盡快展開課程改革，開設CAD/CAE/CAM一體化的課程，促進學生更好、更全面、更系統地掌握塑料模具的相關知識和技能，成功與企業用人要求對接。

[1]余小魯.CAD/CAE/CAM技術在《塑料工藝與模具設計》課程教學中的應用研究與實踐[J].科技信息,2010,1:8-9.

[2]張強.淺論CAE技術下塑料產品與模具設計[J].機械研究與應用,2010,5:126-128.

本文研究內容獲得2011年院級教改項目JGXM2011019的支持。

張燕琴（1983—），女，福建龍巖人，碩士，講師，東莞職業技術學院教師，研究方向：模具設計與制造研究。