基于CAD/CAE技術的機械設計和模具設計

嚴冬青

（宿遷澤達職業技術學院，江蘇 宿遷 223800）

0 引言

最近幾年，在我國計算機信息技術的不斷發展下，各個行業逐漸將計算機應用于產品的設計和研發中，而機械和模具在具體的設計中，也加大了對CAD/CAE軟件的使用，這些軟件具有3D功能、建模功能等各種功能，有利于設計人員在設計產品期間，全方位觀察產品的外形以及相關模型的構建，為優化產品設計流程，提高產品設計效率和效果發揮出重要作用.。因此，如何利用CAD/CAE技術，科學設計機械和模具是設計人員必須思考和解決的問題。

1 CAD/CAE技術相關概述

CAD技術作為一種新型、先進的技術手段，主要是在計算機技術的應用背景下，實現對實物的有效模擬，并形象、直觀地呈現實物的結構、外形、顏色等因素，被廣泛地應用于印刷設計、電子工業、航空航天等領域中，并取得了良好的應用效果。從產品設計層面分析，CAD技術具有多種功能，如模擬設計功能、版本控制功能、文檔輸出功能等。CAE技術作為產品分析和求解的常用技術[1]，主要用于對產品響應度、剛度等相關參數的精確計算。目前，與CAD/CAE技術對應的軟件主要以UG軟件、Pro/Engineer軟件為主，其中，通過利用Pro/Engineer軟件，可以促進產品設計向參數化、智能化方向不斷發展，該軟件具有強大的建模功能，在機械設計和模具設計方面體現出非常重要的應用價值。此外，該軟件還具有強大智能修模功能，為高效地修改和優化模型提供重要的技術保障，極大地提高設計人員的修改工作效率和效果。UG軟件作為功能完善、實用性強的三維造型軟件，具有操作簡單、安全可靠等特別，可以極大地提高產品設計效率和效果。

2 CAD技術在機械設計中的應用優勢

CAD技術在機械設計中體現出非常重要的應用價值。（1）降低機械設計時間成本。通過利用CAD技術可以盡可能縮小機械設計的時間，從而極大地提高機械設計的效率和效果。這是由于在CAD技術的應用背景下，設計人員可以針對部分零件進行設計或者重新改造，而其他零件的設計流程仍然保持不變，這無疑增加了機械設計效率。同時，CAD技術具有強大的變形設計功能，設計人員通過利用該功能，可以采用高效重構的方式，實現對新型機械產品的規范化、標準化設計。（2）提高機械零件設計的高效性和便捷性。設計人員通過利用CAD技術，可以在裝配環境下，實現對新零件的科學設計，同時，還要根據相鄰零件的擺放位置，外觀形狀等相關因素，實現對新零件的高效設計，以確保新零件與其他相鄰零件能夠精確匹配。（3）實現對機械零件的精準化、高效化修改。CAD技術具有強大的查找功能，通過借助資源查找器可以查找和了解零件所設計的步驟，并將零件的設計過程進行真實化還原，為后期更好地修改和完善零件設計流程打下堅實的基礎。為進一步提高機械產品設計效率和效果打下堅實的基礎。因此，CAD/CAE技術在機械設計中體現出非常重要的應用價值，設計人員要重視對這一技術的學習和應用，為提高自身的專業能力和職業素養，保證機械產品設計的規范性和合理性創造良好的條件。

3 CADCAE技術在機械設計和模具設計中的應用

3.1 在機械設計中的應用

部分傳統CAD技術在具體的運用中，需要設計人員以設計和裝配部分零件為主，但是，這種設計方式具有一定的局限性，需要設計人員進行大量的相關計算，才能完成對零件的設計。這無疑增加了人力成本和時間成本，無法滿足新時代設計需求。而CAE技術的出現和應用有效地簡化了機械產品的設計流程，這是由于CAE技術具有強大的計算功能，能夠實現對機械產品的剛度、熱導率等相關指標的精確計算[2]，從而將機械產品設計難度降到最低。此外，在進行機械設計的過程中，通常會遇到圖形處理和數據處理，而圖形處理流程異常復雜和繁瑣，這無疑增加了設計人員的處理壓力和難度，但是，通過利用CAD技術，可以借助繪圖軟件的應用優勢，實現對多維幾何圖形的繪制。CAD技術含有大量的功能，這些功能主要有圖形編輯功能、交互繪圖功能和圖形交換功能等。通過將CAD技術應用于機械產品設計中，可以提高多維幾何圖形的設計效率和效果，以滿足用戶的使用需求和審美需求。

3.2 在模具設計中的應用

模具設計作為開模重要內容，需要設計人員盡可能提高模具設計的規范性和合理性看，避免因設計操作不規范而造成模具出現損壞現象，從而為企業造成巨大的經濟損失。因此，在CAD/CAE技術的應用背景下，設計人員要不斷提高開模效率和效果，為后期開模工作的有效開展打下堅實的基礎[3]。此外，在設計模具的過程中，設計人員還要在綜合考慮產品尺寸、產品形狀以及產品厚度等相關參數的基礎上，盡可能將設計流程精簡化，同時，還要借助三維造型軟件，對模具產品細節設計問題進行分析和解決，從而最大限度地地提高機械產品設計質量，由此可見，CAD/CAE技術的出現和應用為保證模具的開模效率和效果發揮出重要作用.。

3.3 利用CAD/CAE技術開模過程

制品結構設計主要包含以下要素，分別是產品尺寸、產品結構、產品形狀、產品厚度等。CAD/CAE技術開模流程如圖1所示。

圖1 CAD/CAE技術開模流程

設計人員要在CAD/CAE技術的應用背景下，嚴格按如圖1所示的開模流程，完成開模過程的設計。（1）取設計模型。模型設計作為產品設計的重要內容[4]，需要設計人員在綜合考慮產品外形、產品結構和產品功能等相關因素的基礎上，實現對產品模型的初步設計，為后期更好地優化產品模型提供重要的依據和參考。（2）布置模腔個數。在布置模腔個數的過程中，設計人員要根據產品的相關結構和功能，進行針對性地布置，目前，常用的一種布置方式為一腔多模布置方式。（3）扣模和工件調取。當模腔個數布置工作完成后，設計人員采用扣模的方式，實現對坐標點的科學確定，并將相關工件用坐標點的形式表示出來[5]，在此基礎上，利用已制作好的模型開展扣模工作。（4）設計哈佛塊和側抽設計。在這一環節中，設計人員要根據產品的外形，對哈佛塊和側抽進行科學設計。（5）模架調取。通過利用CAD/CAE軟件，實現對澆筑系統、冷卻系統的構建和應用。（6）檢查。對以上操作流程進行檢查和核實，避免因操作不規范而影響產品的開模質量，在此基礎上，通過利用CAD/CAE技術，借助該技術的裝配功能，實現對相關裝配圖的生成和應用[6]。（7）制作零件圖。根據產品的設計需求，實現對相關零件圖的制作，以提高零件設計的合理性和精確性。

4 結語

綜上所述，CAD/CAE技術具有強大的計算功能和設計功能，被廣泛地應用于機械和模具設計中，為進一步提高產品設計效率和效果發揮出重要作用.，因此，設計人員要重視對CAD/CAE軟件的應用，通過利用這些軟件，有效地分析和解決產品內部力學相關問題，以實現對復雜產品的有效設計，此外，設計人員還要與時俱進，將人工智能技術與CAD/CAE技術進行充分結合，為促進機械和模具設計向智能化、自動化方向發展提供重要的技術保障。