UG平臺下異型曲面注射模CADCAE集成中的后處理技術

熊如意

摘 ? 要：工業軟件UG NX系統平臺有著功能強大的特點，并且在工業領域的設計、分析和制造領域中得到了深度且廣泛的應用，它的優勢主要體現在模具設計以及制造行業里。本文對UG平臺下異型曲面注射模CAD/CAE集成中的后處理技術進行了介紹和探討，重點分析了后處理技術的特點以及存在的問題，并對后處理模塊的設計以及在進行處理時所用到的關鍵技術進行了介紹。

關鍵詞：UG平臺 ?注射模 ?CAD/CAE ?集成 ?后處理

中圖分類號：TP391.7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）10（b）-0054-02

三維CAD系統在很多行業中得到了應用，特別是注射模設計中，其中在模具設計中最重要的部分是CAE分析。UG作為一款含金量高的科技軟件，廣泛運用于制造行業，主要用于CAD/CAM/CAE/CAID模塊，包括概念模型建立、機械結構設計、模擬操作等，在模具制造過程中，特別在注射模具CAD/CAE領域也得到了很多的使用。現在，CAD與CAE兩個系統相互獨立，CAD/CAE技術的集成，形成了一體化注射模的設計，對實現UG平臺上集成注射模CAD/CAE技術有著非常重要的意義。

CAE（Computer Aided Engineering）包括數字建模、數據建模、數值分析、數據報告等設計與制造過程中的全周期流程，其借助于有限元法、有限差分法、邊界元法等數值計算理論和方法對熔融的流體流動過程進行分析。CAE技術的本質是工業領域的工程技術問題的數字化建模和模型求解。隨著理論技術的發展以及相關技術的廣泛應用，注射（包括注射壓縮）成型CAE技術迅猛發展，塑料注射（包括注射壓縮）成型軟件也得到了廣泛應用。相應地，CAE技術的迅猛發展又推動了相關基礎學科和應用科學的發展進步。

1 ?系統設計

CAE系統在進行處理時分三個步驟：第一步為前處理，之后對數值進行分析，最后是后處理技術。而CAD/CAE的集成主要是對數值分析的對象不同，它分析的是經處理之后的數值，用戶通過很直觀的方式看到，如圖像、動畫等，在對方案進行優化的同時并提出一定的改進建議，然后把結果反映在設計中，以場量顯示、優化評測和報告導出的形式完成。現在，實現CAD和CAE的集成主要有CAD或CAE的兩種集成方式，主要用到了以下的幾種方案，數據的共享、對組件進行封裝并訪問、制定開發軟件等方案。現在UG平臺在二次開發上已經比較成熟，在進行開發的過程中用的是以CAD為中心，UG為平臺，用C++語言進行開發，這樣不但在開發過程中更為容易，同時也能夠讓系統的穩定性得到提高。CAE后處理中用到的API和動態數據庫的連接，又分為了幾個不同的模塊，主要有數據管理、顯示、生成報告和評價結果等。

2 ?CAD/CAE技術分析

2.1 數據模型

CAD和CAE的集成是模型數據異構在進行轉換時首先需要解決的，這時，可以利用CAD系統外的非幾何信息如材料、產品特性、誤差等信息添加在UG幾何建模上，實現UG幾何模型與CA分析E模型的關聯。不同的模型其處理方式也不相同，大致分為兩種，一是混合建模，即針對優化設計的結構進行建模;二是澆筑、冷卻系統在設計的時候過于簡單，可以用全特征的方法進行建模。

CAE是在CAD模型上進行建立，用的是有限元數值計算，比如把一些物體的幾何信息轉換成離散的網格，將非幾何信息變成CAE造型可以識別的參數。在進行轉換過程中需要直接用CAD造型里面的參數，這樣就減少了數據轉換的次數，再根據特征實現對網格的劃分，以降維、簡化等操作來提高CAE的分析精度。例如：在產品制造過程中，網絡生成模塊可以根據CAD中產品倒角的半徑生成模型，這樣可以減少在CAE分析時精度所產生的影響，在保證網格質量的同時盡量減少網格的數量。對于一些非幾何信息可以直接從模塊中進行提取，并進行傳遞，和CAE之間建立相應的關聯。

2.2 分析結果評價

分析結果評價是方案在設計完成之后，對所設計的方案進行解釋評價并診斷出可能存在的缺陷，并通過一些方法最終實現，在這里面最重要的環節是評價指標的建立。評價指標的數據是在分析完結果場量數據分析時得到的，它又分為流動性，過程，表面缺陷評價指標幾部分。

分析報告是對分析結果和評價建議的最后表現，它更多的是以多媒體的方式進行存儲，并對后面的設計和分析結果信息進行展示，這樣做可以讓用戶重復地查看并實現方案間的對比，在方案進行優化的時候可以有更好的依據。所得到的分析報告主要有幾種形式，分別為HTML、WORD和PPT幾種，分析報告是根據事先設好的條件自動進行生成。它的模板又有靜態域和動態域兩部分，其中格式和固定的內容是由靜態域決定的，動態域主要的作用是用來定位，用OFFICE組件來實現編程接口，在對動態域的位置進行定位查找之后可以對指定內容進行替換，并自動生成分析報告。

2.3 方案優化

只有在CAD/CAE集成系統中進行更合理的設計，后期的設計方案才能進行更好的優化。在建立模具的時候結構本身就相對復雜，在參數上有著強耦合，調整方案和優化的多少更多的是由設計者的思維決定，但智能優化很難在建立實用性的知識與實例庫中進行完成。如果在現有的階段就實現方案的完全自動化也不是很現實，但如果能以自動的方式對部分進行改進，并提出相應的優化措施也有一定的實踐意義。在進行設計的過程中，用模糊推理，可以讓計算機更好地實現自動的計算與調整，也為用戶后期的優化提供更好的建議。在對方案進行設計和優化的過程中，用模糊推理出系統在運行的過程中對參數進行優化并對所設計的方案進行相應的修改，最終得到滿意的結果。

3 ?CAD/CAE的技術實現

針對模具注射壓縮成型過程的熔融流體的流動特點，在適當簡化與假設的基礎上，建立注射壓縮成型充填、壓縮以及保壓冷卻過程的數值模型，采用數值仿真模擬的方法確定各工藝參數對制件的影響，為了獲得的最佳成型工藝參數組合進行注射壓縮模具設計及二次開發。建立能夠描述注射壓縮成型工藝過程的數值模型，并采用數值分析方法深入學習熔融流體的三維流動過程、保壓過程、壓縮過程及三維冷卻狀態的不同特性。采用UN NX平臺的模流分析模塊進行注射壓縮成型模塊進行三維網格劃分，進行三維流動+保壓+翹曲系列的仿真分析，運用軟件自帶的工藝優化工具設計變量及響應實驗，確定對厚壁制件收縮率、翹曲變形影響最大的三個實驗參數，并得到較為適宜的參數變量組合。

4 ?結語

本文主要對基于UG平臺的異型曲面注射模CAD/CAE集成中處理，進行分析之后并進行了探討，特別是CAD/CAE集成系統中的處理和模塊的統計，提出了在UG平臺上進行方案評比、數據分析、模糊推理，對提出的方案進行優化，最終實現在UG平臺上的CAE技術集成系統。

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