基于CAD/CAE的活塞塑件注射模具設計

蔣海波

摘 要：傳統的企業產品設計信息是以2D圖紙為標準載體向下游傳輸的，由于2D圖紙的局限性，在信息傳輸過程中可能會出現諸如信息丟失、更改等問題，導致最終產品與最初的設計信息出現偏差，影響產品的精確性。同時，多個后續流程由于工作需要往往要各自重新進行3D建模，大量的重復工作造成工作量的無謂增加。

關鍵詞：CAE/CAD；活塞塑件；模具設計

0.引言

模具工業的發展和完善促進了國內精細化加工和制造業的向好發展，借鑒當前國際上在模具設計與加工行業中較為流行的CAE/CAD技術，該技術可以借助計算機的相關計算程序對模具和成品進行全面分析，一次來提升產品數據方面的精準度和自身品質，對于模具行業本身的發展和整個制造行業的提升都十分有幫助。

1.模具行業發展現狀及注塑模CAD/CAE發展

1.1模具行業發展現狀分析

現如今，國民經濟的支柱行業中，有很大一部分的發展離不開對模具行業的依賴，例如我們日常生活中家庭用到的電視機、洗衣機以及各類電子產品，還有日常出行的家用車的儀表、音響還有各類儀器等等的完善也都需要模具的參與。尤其是對于一些電子行業來說，由于其采用了模塊化的生產方式，對模具產品的依賴程度高達80%左右[1]。在現代社會中，一個國家或地區自身制造業水平高低的很重要因素就體現在了模具行業的發展現狀層面，尤其是一些涉及眾多行業的大型制造業，如整車制造、航空航天技術、大型船舶等無不對模具行業有著高度的依賴性。也正因為如此，世界上的制造業大國和強國紛紛加強了對模具行業的投入和建設力度，以期能夠在現如今的國際競爭中占得先機。

1.2注塑模CAD/CAE發展

CAD/CAE都是借助計算機開展的采用注塑技術進行模具的設計、生產的一門專業技術，其突出的特點在于，在實際的進展過程中不僅重視了對產品幾何特征的重視，而且對于一些非集合的要素也進行了一定程度的設計，體現了該項技術的高度精確性。在具體到模具自身的結構設計層面，相關工作是由工作人員結合產品的自身特性來予以選取和決定的，而且在這一環節之后還有相應的分析和總結環節，然后再根據相應的反饋和總結結果來對其詳細的內部設計予以宏觀規劃和具體細化，將所有的相關工作落到實處，諸如我們在之前經常提到的力學原理的基本分析等等包括在內[2]。在所有的這些環節完成之后，專業工程師再對所涉及的相關信息進行匯總、設計出相關的計算機編程，并生成模具零件制造加工過程的控制信息。

2.注塑模CAD/CAE技術優勢和應用方法

2.1注塑模CAD/CAE技術優勢

其一，模具質量得到大幅提升。這一項技術的實際的設計環節，摒棄了原有的主要評價個人經驗和技術操作的標準，而是借助計算機內部所存儲的各項數據來建立起一整套的分析系統，然后在這一整套分析系統中借助人際互動的基本原理使得計算機和操作人員本身各司其職，都從事自身更加專業的技術環節，這樣的直接結構就是可以使得模具身，尤其是一些相對精細化的模具制作環節中的精確度得到大幅提升。

其二，制作時間大大減少。這一作用的可以分為兩個層面來進行論述，對于CAD技術而言，其自身具備大容量的內存庫，儲存有海量的標準件的相關數據，我們在實際的模塊化生產中就可以直接將這些“庫存”的數據拿來為我所用；另一層面，對于CAE技術而言，其技術的優越性體現在了其最后對模具的的校核環節，不僅大大節省人力操作的勞動強度，而且還避免了因為認為標準的差異而造成的誤差，整個的流程環節大大減少，也就最終造成了制作時間的縮短。

其三，成本降低?，F在國外在很多行業普遍采用的模塊化的生產方式，其直接的作用就是效率高、成本低。而對于CAD/CAE的采用來說，模具行業在成本方面也會大幅降低，我們借助計算機軟件來完成的這項工作可以使注塑模一次成型，這樣的方式也就避免了傳統的加工方式中在后期借助人工開展得各項校核、訂正和修改的環節，不僅精準度高、節省時間，而且也大大降低了模具的生產成本。

其四，創造性和創新性得以加強。借助CAD/CAE技術在可以保證整體之狼的前提下，相關的操作人員無需再將精力放到之前的冗余勞動中，可以騰出時間和經歷對整體的設計風格進行創新和改進。

其五，管理得有加強。CAD/CAE技術在采用之后，相關的生產企業為了獲得最佳的生產效益，勢必會據此建立起一整套萬善、健全的設計、生產、校正方案，整體的生產和管理流程不僅在第一時間得以確立，更為重要的事一些專業化企業的管理水平會在這樣的基礎上有一個質的飛躍[3]。

2.2注塑模CAD/CAE技術應用方法

我們在設計注塑模具時，除了要對型腔自身所具備的配置、個數等有一個相對明晰的了解之外，更為重要的一點是要明確所選用材料自身的型號以及注射量等相對細化的各項具體指標，唯有這樣將很多目標具體細化之后，在相關的后續工作中才能提高精準度。上述還是介紹得十分籠統和宏觀，具體的流程我們詳細介紹一番：

其一，三維CAD模型的構建。這一點是后面的各項步驟的前提（需要注意的是如果在之前有相關的工程圖就可以直接將其導入，無須再重新構建），為下面的各個步驟打下基礎。

其二，塑性分析模型。關于塑性分析而言，這項工作對于CAD模型的構建是至關重要的，一般來說相關的工作主要可以概括為塑性顧問分析、拔模檢驗以及厚度檢驗等幾個相對獨立的層面。相關的塑性分析工作流程也絕非“鐵板一塊”，而是可以根據相應的實際情形進行調整和具體分析。

其三，調入模具參考模型、設置收縮率及毛坯工件。根據塑件所采用的塑料材料設置塑件的收縮率，并依據設置了收縮的模型為依據，確定模具毛坯尺寸。

其四，設計分型面、分割體積塊及抽取模具元件。在此部分是依據模型形狀，對模具毛坯進行分型，完成模具型腔的建立。這是模具設計中十分重要的一部分，模具分型的位置、方式直接決定了模具的板塊的多少、脫模方式及模具的可加工性等等。

其五，設計澆注系統。在這一項相對重要的環節流程中，其基本的部分可以概括為對各類組件的設計，大致包含了水線、澆口、分流道以及主流道等幾個部分。具體到相關組件自身的實際尺寸和參數方面，可以對照之前采用的相對成熟的方式來予以確認，然后再次調整和修正自身的各項參數，直至其余之前的各項參數都相符為止。而且在這一環節需要借助Pro/E軟件來就上述所介紹的包括水線在內的幾個環節進行詳細分析和設計。

3.結語

綜上所述，由于本課題涉及到多種技術，且個人能力和精力有限，還有很多內容值得深入研究。希望能通過此次對注塑模CAD/CAE活塞塑件注射模具的設計研究分析，能有助于促進實踐作業。

參考文獻：

[1]模具行業設計制造技術現狀與趨勢[J]. 陳靜媛. 機械設計與制造. 2015（02）

[2]我國模具CAD/CAM技術的現狀及發展趨勢研究[J]. 汪文虎，劉曉輝，張軍. 模具技術. 2016（01）

[3]模具的CAE/CAD/CAM技術[J]. 李德群. 電加工與模具. 2016（S1）