CAD/CAE/CAM技術對壓鑄模具設計影響的探討

韓靈全

【摘 要】隨著工業技術和科學技術的發展，產品對模具的要求越來越高。而CAD/CAE/CAM技術的發展極大地改變了人們的設計手段和方法，更重要的是CAD/CAE/CAM技術可以顯著提高設計的效率和質量。本文將立足于壓鑄模具設計的實際，就CAD/CAE/CAM技術應用對壓鑄模具設計的影響進行簡要分析。

【關鍵詞】CAD/CAE/CAM技術 壓鑄模具 設計影響

與傳統壓鑄模具設計方法相比，CAD/CAE/CAM技術在設計與制造環節上都有較大的差別，改變了壓鑄模具設計的實現形式。新型CAD/CAE/CAM集成技術的產生與應用大大縮短了模具的設計與制造周期，借助CAE模型分析使得壓鑄模具設計在效率提升的同時實現了質量的同步提升，是現代社會經濟條件下實現壓鑄件模具設計發展和完善的關鍵技術。因此對CAD/CAE/CAM技術對壓鑄模具設計影響的探討具有鮮明的現實意義。

1 CAD/CAE/CAM集成系統在壓鑄模具中的建立

CAD/CAE/CAM集成系統主要包括CAD/CAM軟件、CAE仿真軟件和一個壓鑄專業軟件系統包。其中CAD/CAM軟件是系統的主要設計結構，當前應用CAD/CAE/CAM集成系統進行壓鑄的模具其壓鑄件的結構和形狀都較為復雜，所以系統對CAD/CAM軟件三維實體造型和制造能力的要求較高。壓鑄件CAE模擬技術是壓鑄模具加工活動中的關鍵環節，具體的技術解決方案主要有限差分法的流體動力學和傳熱方程，或者有限元法[1]。在模具的模型分析活動中金屬液體在模具內的流動和凝固過程都可以借助計算機技術實現模擬。

2 CAD/CAE/CAM集成系統在壓鑄模具中的應用

2.1模具的CAD建模和設計的技術方案

CAD建模和模型設計是CAD/CAE/CAM集成系統在壓鑄模具中應用的重要環節，這一活動以三維實體造型開始，根據新型零部件的實際結構情況進行三維實體造型，形成的造型結構借助CAD/CAM軟件進行三維建模，建模的內容主要涉及到加工活動的工作余量、收縮率和錐度等具體加工中量化要求的細節。

借助集成系統中的專業軟件系統包，設計主體可以實現對壓鑄工藝技術方案的設計，包括注射壓力、注射沖頭速度、注射速度和填充時間在內的壓鑄工藝技術方案內容都可以根據壓鑄件的強度和質量要求進行自主設計。在使用CAD/CAE/CAM集成系統進行壓鑄模具的設計活動中，設計方案往往還能夠囊括澆注系統，包括澆注活動中溢出和冷卻通道的設計、型腔內表面積和模具整體的熱平衡等澆注過程中的技術，都在CAD/CAM軟件系統的設計范疇之內，能夠為壓鑄模具設計工作提供全方位的設計和制造支持[2]。

2.2 CAE模型分析

油泵是壓鑄件生產活動中經常面對的復雜壓鑄體，這種壓鑄體本身的結構為復雜、壁厚不均勻，且對密封性能的要求極高，使用傳統的澆注方法容易產生氣孔和縮孔的現象。借助CAE模型分析技術能夠清楚地發現傳統澆注工藝和澆注系統進行油泵制造中產生氣孔和縮孔的原因。使用傳統的澆注系統進行澆注，澆注過程中壓射沖頭的壓力不均衡會導致澆注金屬液體的飛濺及空氣不能及時排出等問題，這種澆注問題現象是導致油泵出現氣孔和縮孔問題的主要原因。以CAE模型分析為基礎對澆注系統和澆注工藝進行改進，主要的改進內容是提升了澆注系統對澆注壓力和澆注速度的控制精度，在澆注活動開展的初期盡量選擇較低的澆注壓力和較高的澆注速度進行澆注。同時在保證填充時間的前提下，注意控制壓射沖頭的加速度以調節合適的注射速度，這樣一來填充后形成的增壓就能夠對因為熱節而出現的縮孔進行補縮，保證壓鑄件的質量[3]。

2.3 CAM的應用

CAM的應用是在壓鑄模具型腔三維實體造型的數據基礎上實現的，設計人員在三維實體造型數據的基礎上新建一個加工空白頁，并附加一個包括加工余量、刀具、刀具路徑在內的加工工藝表。在一些加工細節問題的分析上還可以對刀具的工作路徑進行模型檢測和瞬時加工工藝的觀察，在其基礎上再對加工數據進行修正。在數控切割過程中的銑刀數據文件是可以進行修改的，設計人員可以結合加工的實際情況反復試驗來對銑刀數據進行實時的修正，直到最終達到一個滿意的結果。在所有數據加載和調制工作完成以后，CAM軟件會將這些數據進行簡單的應用處理并將其上傳到數控機床的代碼庫中[4]。

3集成系統的應用總結

與傳統的壓鑄模具設計相比，CAD/CAE/CAM集成系統在壓鑄模具設計活動中應用的突出特點是集成性，所有的設計和加工過程都是基于同一個三維模型完成的。所以一些加工步驟可以同步進行，以多個工作面同時加工的方式進一步提升了模具設計和制造的效率，極大縮短了設計制造周期。同時CAE模擬軟件在加工活動中的應用，最大限度的提升了設計和制造主體對模具內部、模具澆注活動的認知程度，指導設計和制造主體對壓鑄工藝的技術方案和工藝參數進行改進和完善，能夠實現壓鑄件加工質量短時間內的大幅度提升。以上文中提到的油泵加工為例，在使用CAE進行模擬分析以后，壓鑄件油泵的產品合格率在短時間內由60%提升到90%[5]。

4結語

CAD/CAE/CAM技術是壓鑄模具設計領域的一種新興技術，是基于現代虛擬現實技術和數控機床技術形成的，完美的將壓鑄模具的模型設計和制造結合在一起，為壓鑄模具設計、制造和加工過程提供了一個規范的、科學的指導系統，對現代壓鑄模具設計產生了變革性的影響，因此對CAD/CAE/CAM技術對壓鑄模具設計影響的探討具有鮮明的現實意義。

參考文獻：

[1]張平.基于Web技術的壓鑄模具協同設計原理與應用系統研究[D].四川大學，2005.

[2]董曉蘭.壓鑄模應力場數值模擬及BP神經網絡在控制模具變形的優化設計中的應用[D].西華大學，2007.

[3]段慧珍.鋁合金壓鑄工藝及虛擬工藝優化研究與應用[D].集美大學，2013.

[4]李仁峰.壓鑄模具澆注排溢系統優化設計技術研究[D].大連理工大學，2008.

[5]張瑞峰.鎂合金超薄Notebook外殼壓鑄成型質量控制技術研究[D].上海交通大學，2009.