基于CAD/CAE技術(shù)的機(jī)械設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)

嚴(yán)冬青

（宿遷澤達(dá)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 宿遷 223800）

0 引言

最近幾年，在我國(guó)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的不斷發(fā)展下，各個(gè)行業(yè)逐漸將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研發(fā)中，而機(jī)械和模具在具體的設(shè)計(jì)中，也加大了對(duì)CAD/CAE軟件的使用，這些軟件具有3D功能、建模功能等各種功能，有利于設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)產(chǎn)品期間，全方位觀察產(chǎn)品的外形以及相關(guān)模型的構(gòu)建，為優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率和效果發(fā)揮出重要作用.。因此，如何利用CAD/CAE技術(shù)，科學(xué)設(shè)計(jì)機(jī)械和模具是設(shè)計(jì)人員必須思考和解決的問(wèn)題。

1 CAD/CAE技術(shù)相關(guān)概述

CAD技術(shù)作為一種新型、先進(jìn)的技術(shù)手段，主要是在計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用背景下，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)物的有效模擬，并形象、直觀地呈現(xiàn)實(shí)物的結(jié)構(gòu)、外形、顏色等因素，被廣泛地應(yīng)用于印刷設(shè)計(jì)、電子工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域中，并取得了良好的應(yīng)用效果。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)層面分析，CAD技術(shù)具有多種功能，如模擬設(shè)計(jì)功能、版本控制功能、文檔輸出功能等。CAE技術(shù)作為產(chǎn)品分析和求解的常用技術(shù)[1]，主要用于對(duì)產(chǎn)品響應(yīng)度、剛度等相關(guān)參數(shù)的精確計(jì)算。目前，與CAD/CAE技術(shù)對(duì)應(yīng)的軟件主要以UG軟件、Pro/Engineer軟件為主，其中，通過(guò)利用Pro/Engineer軟件，可以促進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)向參數(shù)化、智能化方向不斷發(fā)展，該軟件具有強(qiáng)大的建模功能，在機(jī)械設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)方面體現(xiàn)出非常重要的應(yīng)用價(jià)值。此外，該軟件還具有強(qiáng)大智能修模功能，為高效地修改和優(yōu)化模型提供重要的技術(shù)保障，極大地提高設(shè)計(jì)人員的修改工作效率和效果。UG軟件作為功能完善、實(shí)用性強(qiáng)的三維造型軟件，具有操作簡(jiǎn)單、安全可靠等特別，可以極大地提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率和效果。

2 CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中體現(xiàn)出非常重要的應(yīng)用價(jià)值。（1）降低機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)間成本。通過(guò)利用CAD技術(shù)可以盡可能縮小機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)間，從而極大地提高機(jī)械設(shè)計(jì)的效率和效果。這是由于在CAD技術(shù)的應(yīng)用背景下，設(shè)計(jì)人員可以針對(duì)部分零件進(jìn)行設(shè)計(jì)或者重新改造，而其他零件的設(shè)計(jì)流程仍然保持不變，這無(wú)疑增加了機(jī)械設(shè)計(jì)效率。同時(shí)，CAD技術(shù)具有強(qiáng)大的變形設(shè)計(jì)功能，設(shè)計(jì)人員通過(guò)利用該功能，可以采用高效重構(gòu)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)新型機(jī)械產(chǎn)品的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。（2）提高機(jī)械零件設(shè)計(jì)的高效性和便捷性。設(shè)計(jì)人員通過(guò)利用CAD技術(shù)，可以在裝配環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)對(duì)新零件的科學(xué)設(shè)計(jì)，同時(shí)，還要根據(jù)相鄰零件的擺放位置，外觀形狀等相關(guān)因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)新零件的高效設(shè)計(jì)，以確保新零件與其他相鄰零件能夠精確匹配。（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械零件的精準(zhǔn)化、高效化修改。CAD技術(shù)具有強(qiáng)大的查找功能，通過(guò)借助資源查找器可以查找和了解零件所設(shè)計(jì)的步驟，并將零件的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行真實(shí)化還原，為后期更好地修改和完善零件設(shè)計(jì)流程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為進(jìn)一步提高機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率和效果打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，CAD/CAE技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中體現(xiàn)出非常重要的應(yīng)用價(jià)值，設(shè)計(jì)人員要重視對(duì)這一技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，為提高自身的專(zhuān)業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)，保證機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的規(guī)范性和合理性創(chuàng)造良好的條件。

3 CADCAE技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

部分傳統(tǒng)CAD技術(shù)在具體的運(yùn)用中，需要設(shè)計(jì)人員以設(shè)計(jì)和裝配部分零件為主，但是，這種設(shè)計(jì)方式具有一定的局限性，需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行大量的相關(guān)計(jì)算，才能完成對(duì)零件的設(shè)計(jì)。這無(wú)疑增加了人力成本和時(shí)間成本，無(wú)法滿足新時(shí)代設(shè)計(jì)需求。而CAE技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用有效地簡(jiǎn)化了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程，這是由于CAE技術(shù)具有強(qiáng)大的計(jì)算功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的剛度、熱導(dǎo)率等相關(guān)指標(biāo)的精確計(jì)算[2]，從而將機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)難度降到最低。此外，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通常會(huì)遇到圖形處理和數(shù)據(jù)處理，而圖形處理流程異常復(fù)雜和繁瑣，這無(wú)疑增加了設(shè)計(jì)人員的處理壓力和難度，但是，通過(guò)利用CAD技術(shù)，可以借助繪圖軟件的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多維幾何圖形的繪制。CAD技術(shù)含有大量的功能，這些功能主要有圖形編輯功能、交互繪圖功能和圖形交換功能等。通過(guò)將CAD技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，可以提高多維幾何圖形的設(shè)計(jì)效率和效果，以滿足用戶的使用需求和審美需求。

3.2 在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

模具設(shè)計(jì)作為開(kāi)模重要內(nèi)容，需要設(shè)計(jì)人員盡可能提高模具設(shè)計(jì)的規(guī)范性和合理性看，避免因設(shè)計(jì)操作不規(guī)范而造成模具出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，從而為企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用背景下，設(shè)計(jì)人員要不斷提高開(kāi)模效率和效果，為后期開(kāi)模工作的有效開(kāi)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。此外，在設(shè)計(jì)模具的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員還要在綜合考慮產(chǎn)品尺寸、產(chǎn)品形狀以及產(chǎn)品厚度等相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)上，盡可能將設(shè)計(jì)流程精簡(jiǎn)化，同時(shí)，還要借助三維造型軟件，對(duì)模具產(chǎn)品細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行分析和解決，從而最大限度地地提高機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，由此可見(jiàn)，CAD/CAE技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用為保證模具的開(kāi)模效率和效果發(fā)揮出重要作用.。

3.3 利用CAD/CAE技術(shù)開(kāi)模過(guò)程

制品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包含以下要素，分別是產(chǎn)品尺寸、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品形狀、產(chǎn)品厚度等。CAD/CAE技術(shù)開(kāi)模流程如圖1所示。

圖1 CAD/CAE技術(shù)開(kāi)模流程

設(shè)計(jì)人員要在CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用背景下，嚴(yán)格按如圖1所示的開(kāi)模流程，完成開(kāi)模過(guò)程的設(shè)計(jì)。（1）取設(shè)計(jì)模型。模型設(shè)計(jì)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容[4]，需要設(shè)計(jì)人員在綜合考慮產(chǎn)品外形、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品功能等相關(guān)因素的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品模型的初步設(shè)計(jì)，為后期更好地優(yōu)化產(chǎn)品模型提供重要的依據(jù)和參考。（2）布置模腔個(gè)數(shù)。在布置模腔個(gè)數(shù)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)產(chǎn)品的相關(guān)結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)行針對(duì)性地布置，目前，常用的一種布置方式為一腔多模布置方式。（3）扣模和工件調(diào)取。當(dāng)模腔個(gè)數(shù)布置工作完成后，設(shè)計(jì)人員采用扣模的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)的科學(xué)確定，并將相關(guān)工件用坐標(biāo)點(diǎn)的形式表示出來(lái)[5]，在此基礎(chǔ)上，利用已制作好的模型開(kāi)展扣模工作。（4）設(shè)計(jì)哈佛塊和側(cè)抽設(shè)計(jì)。在這一環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)產(chǎn)品的外形，對(duì)哈佛塊和側(cè)抽進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。（5）模架調(diào)取。通過(guò)利用CAD/CAE軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)澆筑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的構(gòu)建和應(yīng)用。（6）檢查。對(duì)以上操作流程進(jìn)行檢查和核實(shí)，避免因操作不規(guī)范而影響產(chǎn)品的開(kāi)模質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)利用CAD/CAE技術(shù)，借助該技術(shù)的裝配功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)裝配圖的生成和應(yīng)用[6]。（7）制作零件圖。根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)零件圖的制作，以提高零件設(shè)計(jì)的合理性和精確性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，CAD/CAE技術(shù)具有強(qiáng)大的計(jì)算功能和設(shè)計(jì)功能，被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械和模具設(shè)計(jì)中，為進(jìn)一步提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率和效果發(fā)揮出重要作用.，因此，設(shè)計(jì)人員要重視對(duì)CAD/CAE軟件的應(yīng)用，通過(guò)利用這些軟件，有效地分析和解決產(chǎn)品內(nèi)部力學(xué)相關(guān)問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的有效設(shè)計(jì)，此外，設(shè)計(jì)人員還要與時(shí)俱進(jìn)，將人工智能技術(shù)與CAD/CAE技術(shù)進(jìn)行充分結(jié)合，為促進(jìn)機(jī)械和模具設(shè)計(jì)向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展提供重要的技術(shù)保障。