風扇葉片注射模CAD/CAM/CAE一體化技術應用

王巍

摘 要：闡明了模具CAD/CAE/CAM技術的概念，并介紹了常用的CAD/CAE/CAM模具軟件。通過介紹風扇葉片注射模的制造案例，闡述了利用CAD/CAM/CAE技術完成注射模制造的全過程。

關鍵詞：風扇葉片；注射模；模具制造；3D模型

中圖分類號：TQ320.66 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.153

模具行業是制造業中的一項基礎產業，企業制造模具的能力和技術水平對企業產品的質量、企業的市場競爭力和發展前景具有決定性的作用。隨著計算機技術在模具領域的全面推廣和應用，我國模具行業的生產能力和技術水平得到了很大的提高。

1 模具CAD/CAE/CAM技術的概念

模具CAD/CAE/CAM技術是指模具生產中的計算機輔助設計/計算機輔助工程/計算機輔助制造技術。在模具CAD/CAE/CAM系統以及相應專家數據和圖形庫的輔助下，技術人員能夠對產品和模具進行直觀、形象的設計和構思，并建立數字模型，進行快速、準確地計算和分析。

2 常用的CAD/CAM/CAE軟件

Pro/Engineer軟件是最早應用參數化技術的軟件，目前在大量的三維造型軟件中得到了廣泛的應用，是現今國內產品設計領域主流的CAD軟件之一。

Cimatron軟件目前在全球模具和工具的CAD/CAM領域中處于先進地位。它所提供的CAD/CAM制造集成解決方案能夠為模具、工具和其他制造商提供全面而完整的解決方案。

Autodesk Moldflow能夠使設計師在模具加工制造前對設計方案進行全面、準確的模擬評估和優化處理，幫助模具設計師減少潛在的設計失誤，縮短產品的開發周期，降低開發成本。

3 應用實例

以某風扇葉片為例，該零件壁厚為0.5 mm，ABS塑料，年產12.7萬件，需采用注射模塑工藝生產。

3.1 零件注塑工藝分析

在該零件的生產中，塑件尺寸較小，且葉片曲線形狀復雜，加工難度大；薄壁葉片注塑成型困難，塑件表面質量要求較高。

由于風扇零件的曲面結構較為復雜，在傳統制造工藝中，為了達到零件的要求，必須繪制大量的二維線圖，并在制造中使用大量樣板和專用檢具。這大大增加了工作量，延長了整個模具的生產周期。而在模具CAD/CAM/CAE一體化制造技術中，模具設計、CAE模擬分析、模具CNC加工、模具CMM檢測、塑料件CMM檢測等所有技術工作始終圍繞塑料件的3D模型開展，完全消除了使用二維圖紙時工程信息的不完整和不準確等缺陷，而且使整個模具制造過程便于實現自動化，大幅度降低了對技術工人的要求，并能有效縮短生產周期，降低制造成本。

3.2 模具CAD/CAM/CAE一體化制造流程

圖1為該零件注射模采用的CAD/CAM/CAE一體化技術流程詳解。

3.2.1 零件造型 、模具設計

該零件數字模型的建立可以采用pro/E軟件，從而快速得到零件的3D數模和各種特征參數，例如零件的質量、質心、表面積等。在pro/E軟件中，也可直接通過3D圖紙和所得到的參數設計注射模具，所有模具零件設計均可以利用pro/E軟件中的EMX專家系統來完成。

3.2.2 模具結構分析和優化

當完成模具設計方案后，就可在Moldflow軟件中用CAD軟件建立的數模進行CAE分析和優化，發現并改正設計失誤，提高模具質量，降低開發成本。

3.2.3 設計變更

通過Moldflow軟件得出分析結果后，模具技術人員可以據此對模具結構進行設計優化，大幅降低了模具生產人員在后期試模、調模時的工作量。由于使用了統一的參數化數字模型，所以后期零件設計、模具設計和制造中的相關項目人員都可以方便地進行相應改動。

3.2.4 CNC數控加工

當完成模具設計工作以后，可以直接將CAD軟件所設計的零件數模直接導入CAM軟件中編制CNC加工程序。這樣能夠保證零件信息的完整性，并使整個制造過程實現自動化。

3.2.5 CMM三坐標檢測

零件構成曲面非常復雜，傳統的測量工具已經不能滿足相關要求，必須進行CMM三坐標檢測。通過比對測量的點云與原有的數字模型，保證產品尺寸的準確性。

3.2.6 裝配、試模、修整

對于模具制造來說，總裝調試工作是非常重要的一個環節，需要工人具有高超的技術和豐富的經驗，才能得到合格的產品。而利用CAD/CAM/CAE一體化技術生產的模具已經在CAE階段進行過模擬分析，并針對分析結果提出了相應的解決方案，這降低了現場工人的技術要求，提高了注射零件的合格率。

4 注射模CAD/CAM/CAE一體化技術的優越性

射模CAD/CAM/CAE一體化技術的優越性在于：①基于統一的3D模型開展所有的設計、加工和檢測工作，整個模具工藝鏈是完全封閉的；②使用數字模型可以消除技術信息傳遞過程中的不準確性，特別是在跨國協作模具生產中，數字化3D模型實現了技術信息傳遞的準確和完整，減少了生產錯誤，降低了產品成本，縮短了制造周期；③利用CAE軟件對零件和模具成型過程進行提前分析和模擬，可以大幅縮短試模周期；④利用CAM軟件進行CNC編程，可以減少程序錯誤，提高加工效率和制造精度。

5 結束語

現代模具業的發展趨勢是日益精密、復雜、大型和高效化，只有使用模具CAD/CAM/CAE一體化技術，才能實現塑料模具的高效和精益化開發，而且計算機技術的快速發展和模具加工、檢測技術數字化的不斷提高更是為模具CAD/CAM/CAE一體化技術在模具企業的大規模應用鋪平了道路。

〔編輯：王霞〕