數字分析CAE在模具設計中的應用探討

摘 要：在國家制造產業日趨規范化的形勢下，模型設計在制造業中的應用越來越廣泛。在分析模具設計流程及當前存在問題的基礎上，本文對CAE 軟件的優勢及類型進行探討，就該軟件在模具設計中的應用進行深入研究。

關鍵詞：模流分析；模具；產品；數字化

CAE（Computer Aided Engineering）其含義是指工程設計中的計算機輔助工程，利用相關技術把工程過程中的各個環節有機地組織起來，通過資料對比可設計模具設計最優方案，節省模具設計過程中人力與物力。

1 模具設計的流程及當前存在問題

1.1 模具設計的流程

模具設計流程被劃分為多個步驟，包括功能設計、零件工藝分析、模具加工設計等。

（1）功能設計。一個產品應有功能應在設計之初就已確定，產品最基本的屬性就是其制作出來的用途，因此確定用途是核心所在。對模具而言，作為一個設計的初始實驗品，圍繞著功能展開設計才能更直觀反應制品所應具備功能，避免追求外觀設計而失去了核心部分功能。模具功能在設計開始時就應確定大方向，并據此進行延伸擴展其基本功能。好的模具在完成基礎功能設計上不干擾圖形設計，在對模具進行測量時著重瞄準其功能的準確性是否符合要求及能否投入使用和生產。

（2）零件工藝分析。模具由多種零件構成，在模具開始設計時將模具的結構分開劃分為零件，再對多個零件分析其尺寸和精度。完成對所有零件的測量后再進一步拼湊模具，并保證模具的精度在所要求范圍內。

（3）模具加工設計。當完成對模具分析和測量后，就是投入實施環節。不同的模具由于功能不同，其所需精度不同，加工前確定好模具所需材料，模具的材料韌度對于加工過程中模具能否承受壓力有直接影響，韌度過高過低均會影響其加工出的成品結果。加工開始前清點材料和工序是否到位是必要步驟，根據模具指定的機器開始加工保證加工過程中沒有錯誤導致加工失敗。

1.2 模具設計當前存在問題

加工中最常見問題是實時觀察模具的加工進展，好的模具不僅按要求加工出，在精度上接近標準。機器在加工過程中會出現失靈，精度會受到影響。若發生類似情況，可切換至手動加工，手動描繪模具輪廓，也可采用數控加工，熟悉數控機器的編程方式，輸入編寫好的程序在一定程度上可減少失誤發生。加工過程中易產生大量熱，散熱是任何工藝復雜的模具加工中必須面臨的問題，面對散熱可采用方案很多。無論水冷散熱還是風冷散熱，都應在不損壞模具的情況下實施。模具材料種類不同能承受的壓力參數和受熱能力也不同，過冷或過熱均會導致模具材料壽命下降。

2 CAE 軟件的優勢及類型

2.1 CAE 軟件的優勢

CAE在計算機的輔助下，可分析復雜工程和產品的結構力學性能，對模具的結構性能進行分析，將工程（生產）中各環節有機組織結合起來。模具設計的基本要求就是在保證精度的前提下，可采用設計軟件對其進行測試，之后對設想模型用軟件進行模擬。當出現失誤時，記錄結果進行優化，經過多次篩選，總結出適合模具的開發規劃，市面上各種設計軟件均是基于模具而開發的。將CAE 軟件的數據分析導入到模具加工中，實驗前可針對性地進行模擬測出結果，并及時對模具方案進行更改，可找到更可靠方案，解決以往模具加工缺乏測試的難題，使模具加工流程趨于規范化。

2.2 CAE 軟件的類型

（1）模具成型。CAE功能雖復雜，但在各方面覆蓋面廣，對于模具成型也有著許多軟件支持開發。相對于普通成型軟件，Moldflow推出時間較晚，但其功能與市場上大部分軟件不相上下，無論是模擬性能還是兼容性上都有著巨大優勢。其強大的模擬功能兼容各種模具，無論是注塑成型還是材料模擬，都有著詳細的開發流程供參考，大量工藝資料也有助于新人接觸使用軟件，因此在市場接受度高。Moldex3D是一款專注于模具工藝分析的軟件，在工藝方面有大量優勢，不但能模擬工藝生產流程，還能添加各種設定因素改變生產時的固定影響，觀測在各種外界干擾條件下受影響的模具加工結果。

（2）模具沖壓。常見的大型模具中沖壓是較為簡單的一個環節，但沖壓結果卻不受預期控制，因此沒有相應的條件沖壓大部分都會失敗，在實際操作前，都會用CAE軟件進行多次實驗，尋找合適的方案進行沖壓。Dynaform源自于美國模擬軟件，其特色功能在于可模擬模具沖壓，傳統模擬軟件專注于模擬加工環境，在沖壓模擬精通的軟件較少。這款軟件由多家公司共同研發，專用于沖壓領域模擬。任何材料的沖壓都能在其上找到相應功能，因此模擬沖壓和改變材料是這款軟件核心功能所在，并且卓越的性能使軟件不止應用在沖壓上還可改變模具沖壓材料如鈑金等。

3 數字分析CAE在模具設計中的應用步驟

如果要生產一個模具，首先要測量模具尺寸大小，分析模具材料。以生產某電器蓋模具為例，在設計過程中，我們先對模具的結構進行切割分析將其劃分為多個部分零件，再測得部分零件的精度大小與總體進行對比，算出大致的誤差范圍，對于模具內部結構中的關鍵性部位進行分離保證模具加工時關鍵部位能夠按照要求加工而不降低精度影響影響整體模具。

在對零件進行依次分析測量并分類后，將分類好的零件進行統計，從零件的大小、材料、受力程度作進一步劃分。若遇到對環境或溫度有著嚴格要求的零件，則要單獨處理防止加工失敗，接著用分析軟件對模具進行分析。經多次模擬實驗對比出模具的整體性能數據，制定相應方案提高成功率。

對每次實驗所得數據都需進行錄入，與原有或類似模具數據進行比較和判斷。根據每次實驗結果是否達標來給定標準和范圍。當數據量積累到一定要求時，進行數據篩選。當模擬數據得到證實后，可根據數據分析結果進行加工，根據模具零件的標準數據投入到生產中，可制造出符合預期的模具。

參考文獻：

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[2]金航飛.互聯網環境下電子商務營銷渠道優化探索[J].商業經濟研究，2017（22）：4648.

作者簡介：肖春生（1984），男，漢族，江西永新人，本科，助教，江西生物科技職業學院教師，研究方向為模具設計與制造。