CAD/CAE技術在機械設計與模具設計中的應用

宜萬春

【摘 ?要】在國內工業高速發展的今天，我們的機械以及模具等產品的設計也朝向多元化而且多功能的方向進行發展，機械設備以及模具的制作難度持續提升，而且整體成本不斷提高。基于滿足市場整體需求的考量，進一步降低設計以及后期制作加工的整體難度。當前背景之下，如何更好的應用CAD/CAE技術來進行機械以及模具的設計當前已經成為機械以及模具制造廠商的最佳選擇。文章以CAD/CAE技術在機械以及模具設計之中的以你夠用展開必要的分析，以供相關人員參考。

【關鍵詞】CAD/CAE 技術;計算機;模具設計;機械設計

1.CAD/CAE技術

所謂的CAD技術是指立足于計算機技術的應用來開展實物模擬的技術手段之一，其能夠很好的進行外形、質感、結構以及色彩等相關要素的，目前其在航天工業、工業設計、汽車制造以及印刷等行業都獲得了尤為廣泛的應用。單純從產品上面來看，CAD技術具備模擬設計、設計修改、標準組件以及版本控制等等一系列功能。而CAE則是一種分析以及求解的方式，主要包括：彈塑模量、剛度以及動力響應等 相關的對象。當前，我們在設計領域最為常見的CAD/CAE軟件主要包括solidworks以及Pro/Engineer等等。而這其中Pro/Engineer所具備的最大優勢就是其能夠開展高質量的參數優化工作，而且本身的建模功能也較為強大，在模具以及機械設計當中的應用尤為廣泛。

2.機械以及模具設計之中CAD/CAE技術的主要應用方式分析

2.1機械設計中CAD/CAE技術的應用

CAD技術在機械設計當中最主要的作用體現在零件的裝配以及設計上面。而后期在零件剛度、強度以及整體尺寸上面的相關要求則一人是依照傳統的計算方式來進行確定。傳統的計算方式的計算量相對較大而且整體效率較低、設計的整體修改難度相對較大，整體效率明顯較低，對于保證計算整體結果而言較為不利，基于此引入了CAE技術。通過基于CAE技術本身所具備的強大計算以及求解的整體能力，針對熱傳導、剛度、強度以及彈塑模量等相應指標必須要開展科學性計算，通過其應用能夠在很大程度上降低工作的整體數量以及保證計算結果的準確定，除此之外，通過CAE技術自帶的動力以及靜力的分析功能，能夠為零件的強度設計提供必要的指導。通過在機械設計之中引入CAD技術能夠通過其本身強大的裝配功能來更好的展示出不同零件的拆卸以及組裝的全過程，在此過程之中，此種設計人員能夠很直觀的展示出其中的所有過程。尤其是在機械的組裝以及拆解的全過程之中，作為設計人員必須要全方位的了解整個過程。尤其是在組裝移機拆卸的全過程之中，通過應用CAD技術能夠觀察整個過程，并且能夠進行即時的控制。與此同時，通過裝配功能的應用最終能夠生成完全不同的裝配順序，并且利用不同的裝配方案來從中選出最適合的裝配方案。

2.2CAD/CAE在模具設計之中的應用分析

在整個模具設計工作之中，開模是其中尤為重要的工作之一，通過CAD/CAE 技術的應用能夠在很大程度上提升開模工作整體的技術含量，并且保證整個開模工作的整體有效性。整個模具產品設計主要包含：形狀、尺寸、精度以及厚度等相關方面，其中的內容相對較為復雜。在整個開模設計過程之中，制口設計其中有位重要的環節指揮，通過三維造型軟件來進行模型以及模具的制作，之后通過進行模型元素的調整，并且通過計算機平臺的應用來完成整個的設計以及計算兩大工作。在開展具體設計過程之中，不僅需要充分考量設計的整體合理性，同時還應該考量到其本身的力學性能，從而保證順利的完成開模工作。

2.3具體應用實踐

通過在機械設計以及模具設計之中應用CAD/CAE技術，能夠使得原本更加復雜的工業設計流程變的標準化以及流程化，并且能夠進一步提升設計的整體效率與質量。下面筆者以模具設計作為具體的實例，針對CAD/CAE技術的應用實踐展開把要的研究以及分析。通常情況下模具是在高溫以及高壓的環境之下來進行工作，例如冷擠壓模具本身是在高壓的工作狀態之下進行工作，由此模具本身的強度以及剛度對于其本身而言尤為關鍵。基于此，在進行冷擠壓模具設計的過程之中，我們必須要針對剛度以及整體強度等相關參數進行仔細的核算，從而更好的保證其整體質量與安全，確保最終所設計出來的產品能夠達到設計的整體要求。例如，在開展某一道冷擠壓工序的過程之中，我們通常會選擇15#鋼，而其外形則通常為圓筒結構，而其內部為鍵花槽孔，確保整個冷擠壓的過程能夠一次性成型。通過科學的進行計算，此工序的加工制作胚料尺寸為45×231mm。基于保證模具本身強度的考量，我們在完成設計之后可以應用UG軟件來進行整體強度的核算工作。而具體強度的核算工作主要包括以下幾種類型：

（1）凸模設計。第一通過UG軟件本身所賦予的凹模材料本身的負載、屬性以及邊界等相應的條件，以此為基礎來采用有限元方法來開展網格化的劃分。之后，通過具體條件來展開必要的計算以及分析，之后得出不同模具位置的整體應力值。而其中最大的應力值為364MPa。

（2）凹模設計。在開展前度的整體核算之前，必須要確定具體的應力值，而相關應力值的確定則是以過盈量來作為主要的依據。關于過盈量的數值確定主要通過應用CAE軟件來進行變形量的分析工作。通過將所得的過盈量與之前的開展必要的分析核對，確定其吻合性。之后通過針對此過程開展反復的操作，最終得出正確的預應力結果數值。通過應用此種方法最終得出筒型工序間本身的中圈變形量結果為0.24mm，內圈的整體變形量則為0.07mm，而之前相對應的整體應力值則分別為600以及665MPa。

3 結束語

眾所周知，CAD/CAE 在機械設計以及模具的設計之中存在相對較大的優勢，并且具備相對較為廣泛的應用，通過此類軟件的應用能夠很好的求解出機械以及模具設計當中與熱力學以及結構力學兩個方面的相關問題，最終針對具備較高復雜性的零件進行必要的分析以及模擬工作，并且將原本復雜的形狀以及結構設計工作進行進一步的簡化，與此同時，還能夠達到提升整體設計質量與產品整體優化的關鍵作用。由于CAD/CAE在機械以及模具的水之中存在巨大的優勢，以及良好的作用。在此前提之下，我們必須要將CAD/CAE充分的融入到設計之中，以求能夠進一步提升設計工作本身的高精度、復雜性以及多樣性設計的整體要求。

參考文獻：

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（作者單位：無錫微研股份有限公司）