塑料模具CAD CAE CAM技術的應用及發展趨勢

樊夏漪

摘 要：該文介紹了CAD/CAE/CAM技術在現代塑料模設計以及制造中的應用，采用CAD/CAE/CAM技術可提高模具產品的設計質量、縮短模具設計與制造周期、降低制造成本，該文還對CAD/CAE/CAM技術的發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：塑料模具；CAD/CAE/CAM技術；模具設計

中圖分類號：TG241 文獻標志碼：A

0 引言

塑料的成型加工是將塑料原料轉化成具有使用價值的商品的工程技術。近些年來，其發展速度驚人，就體積來說，在很早以前塑料的年產量就超過了鋼鐵和有色金屬的總和。用模具生產制造出來的制件，表現出了高精度、高生產效率和低消耗，是其他加工制造技術不能比擬的，所以模具又被稱為“效益放大器”。而在整個模具行業中，塑料模具比重非常大，占有十分重要的地位。近幾年，多樣化成型方式及塑料模具的設計得到快速地發展，這得益于計算機技術的迅猛發展，同時這也徹底地改變了傳統的模具設計、制造方式。

CAD/CAE/CAM技術在現代塑料模具的設計與制造中發揮著重要作用，現代塑料模具的設計思路是設計人員直接建立起產品的三維模型，然后利用CAD/CAE軟件進行模具的結構設計，再針對模具的結構進行分析及優化處理，最后利用CAM軟件對模具進行加工刀具軌跡的生成與仿真，產生數控加工代碼，進一步完成NC編程。這種方法改變了傳統的產品開發和模具生產方式，不僅能實現數據共享，還大大提高了產品的質量，縮短了開發周期，同時降低了生產成本，有力地推動了塑料模具行業的發展。

1 塑料模具CAD/CAE/CAM的技術應用

1.1 CAD技術與塑料模具設計

UG、Pro/E、CATIA等三維軟件都屬于CAD軟件，它們為設計師提供了方便的設計平臺，可以使設計人員快速設計出塑料產品全套模具圖，同時也能將設計師從煩瑣、冗長的人工計算和手工繪圖中解放出來，將精力更好地用在模具的結構優化和方案構思等工作上。CAD軟件之所以強大，就是因為它不僅有編輯修改功能，而且它的顯示效果也非常逼真，這些功能能讓設計師做到所想即所得，把自己的設計思路淋漓盡致地表現出來，并且CAD軟件還可以計算保存制品的各種參數，為以后的模具設計、分析提供良好的依據。另外，設計師還可以從軟件中選擇標準模架或者也可以靈活方便地建立自己所需的標準模架庫，而且還提供了模具分型面工具、典型結構和標準零件庫，調用方便快捷，大大縮短了模具設計時間。

1.2 CAE技術與塑料模具的設計

傳統模具設計，對設計人員的依賴性比較大，往往會由于設計人員經驗不足出現錯誤，而在后期還要對模具進行反復調試和修正，如果在調試過程中發現問題，不僅要重新調整工藝參數，甚至還要重新制作模具，整個過程耗費大量的精力和時間，嚴重影響了新產品的開發效率。現今，CAE技術的出現，完美地改變了這一現狀。Moldflow軟件的主要功能包括流動保壓模擬、冷卻模擬、結構應力分析、翹曲預測、最佳澆注口分析等。在設計階段，通過CAE分析就能預測出產品可能出現的問題，提前做出修正和優化，從而提高效率、縮短研發周期、降低成本。另外，還應考慮到在充模過程中，模具本身由于受到注射壓力的影響，也會產生變形，從而對制品形狀、質量產生很大影響，所以分析在注射過程中模具本身的變化也很有必要。這就需要將其他優秀的結構分析軟件引入CAE軟件中，這樣才能使注射模設計的CAE具有更高的真實性和有效性，才能發揮其更大價值。

在傳統的模具制造工業中，僅是對模具的結構和外觀進行設計，而今，隨著社會的需要和技術的進步，已經發展到能對模具結構進行分析。通過CAE 技術對已經設計出來的模具進行抗沖擊試驗模擬、散熱能力、跌落試驗模擬、強度、剛度、疲勞和蠕變等分析，檢驗模具結構設計的合理性，并分析出結構不合理的位置和原因，然后把這些數據反饋給CAD軟件，并作出相應修改，再用CAE軟件重復上述的性能檢測，最終選用合理方案，確定最優化的模具制品。

1.3 CAM技術與塑料模具設計

通過CAD/CAE軟件對模具結構進行優化設計和分析，在設計階段，就可以消除模具設計時出現的錯誤，確定好最優方案，再利用CAM軟件自動生成數控加工的NC代碼，從而控制數控機床加工模具。這種方法更好地體現了CAM軟件的特征造型技術、參數化設計等優點，并能實現共享3D數據，不僅提高了設計效率，還能保證質量，降低成本。另外，也可以使用更加專業的CAM軟件，如Mstercam。Mstercam是數控加工自動編程常用的軟件，它具有多軸加工功能，提供多種刀具選擇和400種以上后置處理文件，設計人員只要完成相關編程，Mstercam就可以自動生成加工程序并導入數控機床，最終完成模具的加工，從而給人們帶來了極大的方便。

將CAD/CAE/CAM技術應用在模具上，能夠使模具制品設計質量和塑料產品質量都得到大幅提高，模具生產周期大大縮短，同時還降低成本，因此CAD/CAE/CAM是塑料模具設計和制造發展的必然方向。

2 塑料模具的發展趨勢

隨著科學技術的快速發展，互聯網技術的不斷普及，計算機技術與模具行業的聯系必然更加緊密，CAD/CAE/CAM技術在功能上將得到進一步完善，性能上也會進一步提高，因此將來會呈現以下發展趨勢。

2.1 人工智能、知識工程的運用

人工智能的時代已經到來，各大軟件的界面也將更加直觀，設計者將以很少的工程知識背景，利用語音提示或語音“向導”，就能進行簡單的操作。計算機處理圖形的能力大幅度提高，塑料模具CAD/CAE/CAM技術涉及大量的設計方案、大量的專業知識、人工智能和知識工程可根據需要自動選擇合理、適當的方案，并判斷計算結果是否合理。

2.2 CAD/CAE/CAM技術網絡化和集成化發展

隨著信息全球化的發展，5G時代的到來，計算機技術和網絡正滲透到社會的各個方面，并且改變了人們的學習和生活習慣，象并行工程等。并行工程的主要特點有設計過程十分復雜、設計因素眾多、信息含量大、分工細致、計算及分析過程煩瑣。另外，現代模具設計制造技術依賴于快速發展的計算機技術，CAD、CAE、CAM和PDM的高度集成，使模具設計制造向數字化方向發展。

為了適應電商環境的發展需要，CAD/CAE/CAM技術將著眼于全社會的公開網絡環境，開放更加專業化的虛擬網絡服務環境，并建立起相關的產業鏈，實行網絡經銷與服務，造福人類社會。

2.3 與先進制造技術的結合日益緊密

為了很好地解決模具開發上的關鍵問題，CAD/CAE/CAM技術在不斷完善的同時，也在與日益先進的制造技術緊密結合中不斷發展，其內涵越加豐富，外延日益擴大，象逆向工程等。逆向工程是在只有產品的情況下，通過分析推導出實現方法，對產品設計技術進行再現的過程，可以分為2步，第一步是通過各種手段采集實物模型的相關數據。第二步就是模型的重建，常用造型軟件大致可分為2類：一是專用的逆向軟件。二是提供逆向處理模塊的正向CAD/CAM/CAE軟件。

參考文獻

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