隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和社會的高速發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快赴精。無論是工業(yè)產(chǎn)品還是家電產(chǎn)品，大多數(shù)應(yīng)用模具成型绞幌。因此蕾哟，產(chǎn)品對模具的精度要求越來越高、越來越普及莲蜘。由于模具是典型的技術(shù)密集型產(chǎn)品谭确，為了表達清楚設(shè)計意圖，設(shè)計人員必須花費大量的時間來繪制模架票渠、頂桿逐哈、滑塊等結(jié)構(gòu)相對固定的零部件。目前裙闪，CAD/CAE的發(fā)展翎噩，為廣大模具設(shè)計人員提供了方便。特別是近幾年來哆念，模具CAD/CAE技術(shù)發(fā)展很快治弯，應(yīng)用范圍日益擴大，并取得了可觀的經(jīng)濟效益。

　　1 模具CAD/CAE的基本概念

　　CAD：（Computer Aided Design）是利用計算機硬凡盔、軟件系統(tǒng)輔助人們對產(chǎn)品或工程進行總體設(shè)計孙悦、繪圖、工程分析與技術(shù)文檔等設(shè)計活動的總稱幅瑞，是一項綜合性技術(shù)疤巩。

　　CAE：(Computer Aided Engineering)即計算機輔助工程技術(shù)，是以現(xiàn)代計算力學(xué)為基礎(chǔ)蒙便，以計算機仿真為手段的工程分析技術(shù)狮屏，是實現(xiàn)模具優(yōu)化的主要支持模塊。對于模具CAE來講仓陆，目前局限于數(shù)值模擬方法瞎嬉，對未來模具的工作狀態(tài)和運行行為進行模擬，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷厚柳。

　　2 CAD/CAE技術(shù)的發(fā)展過程

　　2.1 CAD技術(shù)的發(fā)展過程

　⊙踉妗（1）20世紀(jì)50年代后期至70年代初期，此階段為初級階段——線框造型技術(shù)别垮。

　”慵唷（2）20世紀(jì)70年代初期至80年代初，此階段是第一次CAD技術(shù)革命——曲面（表面）造型技術(shù)碳想。

　∩斩（3）20世紀(jì)80年代初期至80年代中期，此階段是第二次CAD技術(shù)革命——實體造型階段胧奔。

　〗庠濉（4）20世紀(jì)80年代中期至90年代初期，此階段是第三次CAD技術(shù)革命——參數(shù)化技術(shù)葡盗。

　　參數(shù)化設(shè)計是用幾何約束、工程方程與關(guān)系來定義產(chǎn)品模型的形狀特征啡浊，也就是對零件上的各種特征施加各種約束形式觅够，從而達到設(shè)計一組在形狀或功能上具有相似性的設(shè)計方案。目前能處理的幾何約束類型基本上是組成產(chǎn)品形體的幾何實體公稱尺寸關(guān)系和尺寸之間的工程關(guān)系扳辆，故參數(shù)化技術(shù)又稱為尺寸驅(qū)動幾何技術(shù)尽由。

　　（5）20世紀(jì)90年代初期至今雷镀，此階段是第四次CAD技術(shù)革命——變量化技術(shù)野戏。
　　變量化設(shè)計（Variational Design）是通過求解一組約束方程組，來確定產(chǎn)品的尺寸和形狀兆剃。約束方程組可以是幾何關(guān)系哺挺，也可以是工程計算條件。約束結(jié)果的修改受到約束方程驅(qū)動。變量化技術(shù)既保持了參數(shù)化原有的優(yōu)點（如基于特征暴姓、全尺寸約束娇紊、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動設(shè)計修改等）湿儡，同時又克服了它的許多不利之處（如解決實體曲面問題等）触茎。應(yīng)用變量化技術(shù)具有代表性的軟件是SDRC/I-DEAS。

　　2.2 CAE技術(shù)的發(fā)展過程

　〈啤（1）在20世紀(jì)60～70年代處于探索階段希俩，有限元技術(shù)主要針對結(jié)構(gòu)分析問題進行發(fā)展，以解決航空航天技術(shù)發(fā)展過程中遇到的結(jié)構(gòu)強度纲辽、剛度以及模擬實驗和分析颜武。

　　（2）20世紀(jì)70～80年代是CAE技術(shù)蓬勃發(fā)展時期文兑，出現(xiàn)了大量的機械軟件盒刚，軟機的開發(fā)主要集中在計算精度、硬件及速度平臺的匹配绿贞、計算機內(nèi)存的有效利用以及磁盤空間利用上因块，而且有限元分析技術(shù)在結(jié)構(gòu)和場分析領(lǐng)域獲得了很大的成功。

　〖（3）20世紀(jì)90年代CAE技術(shù)逐漸成熟壯大涡上，軟件的發(fā)展向各CAD軟件的專用接口和增強軟件的前后置處理能力方向發(fā)展。

　　目前拒名，CAE軟件系統(tǒng)的一個特點是與通用CAD軟件的集成使用吩愧，即在用CAD軟件完成零件或裝配部件的造型設(shè)計后，自動生成有限元網(wǎng)格并進行計算或進行結(jié)構(gòu)動力學(xué)增显、運動學(xué)等方面的計算慎瓮，如果分析計算的結(jié)果不符合設(shè)計要求則重新修改造型和計算，直到滿足要求為止伊丘，極大地提高了設(shè)計水平和效率捧法。

　　3 CAD/CAE技術(shù)在模具設(shè)計中的應(yīng)用

　　傳統(tǒng)的模具設(shè)計是經(jīng)過概念設(shè)計—分析—樣品生產(chǎn)—分析—設(shè)計—分析—生產(chǎn)——這樣繁雜的過程后才最終確定那些復(fù)雜的模具原形。隨著計算機的發(fā)展异瞭，CAD/CAE技術(shù)逐漸取代了傳統(tǒng)的模具設(shè)計理念和設(shè)計方法裹五，這種技術(shù)使得模具在進行真是的生產(chǎn)（包括樣品生產(chǎn)）之前就已經(jīng)通過了計算機應(yīng)用軟件進行了精確的結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析以及成形仿真過程睛宝。

　　3.1 CAD/CAE技術(shù)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　模具機構(gòu)設(shè)計應(yīng)用相應(yīng)的CAD軟件捅县，根據(jù)要實現(xiàn)的功能、外觀和結(jié)構(gòu)要求酬楚，先設(shè)計草圖猪晰，然后生成相應(yīng)的實體粒颂，接著子裝配和總體裝配，仿真模具開模過程质法，檢查干涉情況风捌，并進行真實渲染。整個過程也可以從上到下進行修改妄迁，每個過程的參數(shù)都可以改變寝蹈，并可以設(shè)定參數(shù)間的關(guān)聯(lián)性。

　〉翘浴（1）草圖重建技術(shù)

　　草圖設(shè)計是整個模具設(shè)計的基礎(chǔ)◇锢希現(xiàn)在的草圖重建技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的非常成熟，這種技術(shù)是模具設(shè)計人員用二維和三維設(shè)計草圖進行三維建模的關(guān)鍵技術(shù)黔州。這種技術(shù)能夠?qū)Σ輬D的各個尺寸和相關(guān)的約束進行修改和重建耍鬓。目前草圖重建技術(shù)已經(jīng)比較成熟，一些大型的CAD/CAE軟件系統(tǒng)如Pro/Engineer流妻、UG等都提供草圖設(shè)計模塊牲蜀。

　　（2）曲面特征設(shè)計

　　隨著人們對產(chǎn)品質(zhì)量和美觀性要求的不斷提高绅这，又由于曲面特征具有的諸多有點涣达，在產(chǎn)品外形設(shè)計重，曲面特征設(shè)計成為模具設(shè)計的一個重要部分证薇。目前CAD業(yè)界涌現(xiàn)出一批像EDS的UG度苔、PTC的Pro/Engineer等等一系列的優(yōu)秀的CAD軟件，它們的三維實體建模猬肖、參數(shù)建模及復(fù)合建模技術(shù)余窖，實體與曲面相結(jié)合的造型方法，以及自由形式特征技術(shù)為模具設(shè)計提供了強有力的工具函以。

　∩（3）變量裝配設(shè)計技術(shù)

　　裝配設(shè)計建模的方法主要有自底向上、概念設(shè)計轨畏、自頂向下等三種方法毯炊。自底向上方法是先設(shè)計出詳細零件，再拼裝產(chǎn)品易仍。而自頂向下是先有產(chǎn)品的整個外形和功能設(shè)想，再在整個外形里一級一級的劃分出產(chǎn)品的部件捷嘁、子部件绵盔，一直到底層粗糙的零件。在模具中鳍彪，由于有些模具的結(jié)構(gòu)非常的復(fù)雜璃璧，在模具設(shè)計時只有采用自頂向下的設(shè)計方法荔鸵，變量裝配設(shè)計才支持自頂向下的設(shè)計。

　　變量裝配設(shè)計把概念設(shè)計產(chǎn)生的設(shè)計變量和設(shè)計變量約束進行記錄踊跟、表達踩验、傳播和解決沖突，以滿足設(shè)計要求商玫，使各階段設(shè)計（主要是零件設(shè)計）在產(chǎn)品功能和設(shè)計意圖的基礎(chǔ)上進行箕憾，所有的工作都是在產(chǎn)品功能約束下進行和完成。變量裝配技術(shù)也是實現(xiàn)動態(tài)裝配設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)拳昌，所謂動態(tài)裝配設(shè)計是指在設(shè)計變量袭异、設(shè)計變量約束、裝配約束驅(qū)動下的一種可變的裝配設(shè)計炬藤。

　∮濉（4）真實感技術(shù)

　　真實感技術(shù)是應(yīng)用CAD軟件本身具有的渲染技術(shù)，賦予已經(jīng)設(shè)計出來的模型諸如顏色和材質(zhì)屬性沈矿，在不同外部條件（如光線）下觀察模型的外觀是否達到原先所設(shè)想的美觀性要求上真。如AUTOCAD的“渲染”模塊和UG重的“VISUALIZATICN”子命令等

　　3.2 CAD/CAE技術(shù)和模具結(jié)構(gòu)分析

　　模具設(shè)計已經(jīng)不僅僅停留在對外觀和結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，它已經(jīng)擴展到對模具結(jié)構(gòu)分析的領(lǐng)域羹膳。對已經(jīng)設(shè)計出的模具睡互，運用CAE軟件（尤其是有限元軟件）對其進行強度、剛度簿馍、抗沖擊試驗?zāi)M脯黎、跌落試驗?zāi)M、散熱能力忆帐、疲勞和蠕變等分析兵正。通過分析檢驗前面的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，分析出結(jié)構(gòu)不合理的原因和位置梢纫，然后在CAD軟件中進行相應(yīng)的修改窖硝，接著再在CAE軟件中進行各種性能檢測，最終確定滿足要求的模具結(jié)構(gòu)汤浊。

　　基于有限元分析軟件的應(yīng)用邓晃，關(guān)鍵是網(wǎng)格的劃分、模擬計算方法和成形接觸處理等砚皆。此外纤票，提供給軟件進行CAE分析的數(shù)據(jù)也尤為重要，生產(chǎn)條件旦良、設(shè)備性能猪攀、產(chǎn)品要求、材料特性等都將給模具的CAE分析的準(zhǔn)確性帶來影響侵俗。

　∠怯谩（1）強度和剛度分析

　　強度和剛度是模具設(shè)計中最重要的一項性能要求丰刊。運用CAE技術(shù)，通過對模具施加約束和載荷等外部條件來模擬模具的真實應(yīng)用情況增拥，分析模具的強度和剛度是否達到規(guī)定要求啄巧。模具CAE技術(shù)經(jīng)過短暫的時間已經(jīng)用在注塑模、壓鑄模掌栅、鍛模秩仆、擠壓模、沖壓模等模具的優(yōu)化渣玲，并在實際中指導(dǎo)生產(chǎn)逗概。在工程實際中，一般應(yīng)用ANSYS忘衍、ALGOR逾苫、DEFORM等進行分析計算。

　∶兜觥（2）抗沖擊試驗?zāi)M

　　CAE技術(shù)能夠用于分析隨時間變化的載荷如交變載荷馅块、爆炸與沖擊載荷、隨機載荷和其它瞬態(tài)力等對結(jié)構(gòu)的影響喳卫。如CAE技術(shù)對瞬態(tài)分析吨争、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析硫红、響應(yīng)譜分析和隨機振動進行分析绊蚯，為分析產(chǎn)品在特殊與惡劣的環(huán)境和工作條件下的物理響應(yīng)、可靠性與耐用性等提供了完整的評估與解決方案综姜。

　〖选（3）跌落試驗?zāi)M

　　CAE技術(shù)也可以用于分析結(jié)構(gòu)由于碰撞或跌落產(chǎn)生的力、變形挽钧、應(yīng)力猿异、位移、振動響應(yīng)熊朵、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強度兢涡、聯(lián)接設(shè)計，剛度性質(zhì)殖熟、抗沖擊性能局待、防爆性能及整個系統(tǒng)工作穩(wěn)定性和完整性做出定量評估。

　　4）散熱能力分析

　　現(xiàn)在的CAE技術(shù)可以模擬模具中的溫度分布菱属，通過模擬大功率電子元件產(chǎn)生的能量以及通過傳導(dǎo)钳榨、對流和輻射散發(fā)出的熱量來確定模具的熱分布，然后再對各種材質(zhì)模具的散熱能力進行初步分析照皆。

　≈乇痢（5）疲勞和蠕變分析

　　在模具設(shè)計中，對于那些可能在集中載荷膜毁、循環(huán)載荷和常值位移作用下的模具昭卓，或處于低溫或者高溫條件工作的模具產(chǎn)品，進行初步的疲勞分析和蠕變分析是非常必要的瘟滨，這種分析不需要考慮外部的每一個條件候醒，但是這種分析的結(jié)果具有很大的參考價值，如果出現(xiàn)不合理的情況杂瘸，就可以重新進行設(shè)計倒淫，避免后面不必要的設(shè)計和分析。例如：ANSYS專用的疲勞分析軟件模塊FE-SAFE就可以實現(xiàn)各種材料模式下進行高低溫環(huán)境和長期載荷作用下的變形和失效問題的研究败玉。

　　3.3 CAD/CAE技術(shù)和模具成形仿真

　　模具成形是一個非常復(fù)雜的過程祭静，有非常多的影響因素，因此對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模具就需要進行成形仿真爵路，檢驗前面所設(shè)計的模具在成形時的強度和剛度是否達到要求姻粱，只有滿足了成形要求，初步設(shè)計工作才最終完成你浸。

　⊙卸啤（1）冷沖壓成形

　　冷沖壓模具主要用于金屬和非金屬材料的冷態(tài)成形。通過仿真节暇，CAE技術(shù)可以檢測成形過程中模具材料的強度水平是否達到要求焙檀，熱處理是否發(fā)揮了模具的強韌性等。

　》弈巍（2）熱作成形

　　熱作模具用于高溫條件下的金屬或非金屬成形辟瞄，模具是在高溫下承受交變應(yīng)力和沖擊力，工作成形溫度往往較高辱甫，對于金屬模具還要經(jīng)受高溫氧化及燒損遍送，在強烈的水冷條件下經(jīng)受冷熱變化引起的熱沖擊作用。熱作模具作為熱加工的成形工具店诗，被廣泛的應(yīng)用于各類壓鑄模裹刮、擠壓模、注塑模庞瘸、熱壓模和鍛模中捧弃。

　　4 CAD/CAE技術(shù)在模具設(shè)計中的發(fā)展方向

　　模具CAD/CAE技術(shù)在傳統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)上還要不斷的適應(yīng)新的環(huán)境和新的挑戰(zhàn)，尋求新的發(fā)展擦囊。

　∥ハ肌（1）逐步提高CAD/CAE系統(tǒng)的智能化程度。人工智能是計算機的幾大功能之一瞬场，將人工智能引入CAD/CAE系統(tǒng)买鸽，使其具有專家的經(jīng)驗和知識涧郊，具有學(xué)習(xí)、推理眼五、聯(lián)想和判斷的能力妆艘，從而達到設(shè)計自動化的目的。目前提高智能化程度的路徑有兩條：一是繼續(xù)研究專家系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用看幼；二是開展KBE（基于知識工程）技術(shù)的研究批旺，主要是開發(fā)基于KBE的專用工具，如UGII中的KF（Knowledge Fusion）缠染。

　≈砺辍（2）研究模具的運動仿真技術(shù)，即沖模的沖壓過程與注射模的運動仿真骡梨。因為沖模與注射模的結(jié)構(gòu)復(fù)雜衩斋，在沖壓與注射過程中，一些模具零件的運動難免產(chǎn)生干涉現(xiàn)象日胖，特別是級進模還可能存在條料運動與模具運動的干涉薇榨，而在設(shè)計中這些現(xiàn)象難以發(fā)現(xiàn)，故只有采用仿真技術(shù)在計算機上顯示其運動狀態(tài)绪封，即時改正錯誤的設(shè)計魏颠，以避免生產(chǎn)中出現(xiàn)問題。

　±ぁ（3）協(xié)同創(chuàng)新設(shè)計將成為模具設(shè)計的主要方向软苗，制造業(yè)垂直整合的模式使得世界范圍內(nèi)的產(chǎn)品銷售、產(chǎn)品設(shè)計棺氢、產(chǎn)品生產(chǎn)和模具制造分工更明確心爷。模具企業(yè)間通過Internet網(wǎng)絡(luò)進行異地協(xié)同設(shè)計和制造。根據(jù)企業(yè)自身的信息化程度和企業(yè)間合作的層次不同肃续，采用的技術(shù)手段和方案有很大不同黍檩。

　　（4）模具CAD技術(shù)應(yīng)用的ASP模式始锚，將成為發(fā)展方向刽酱。由于當(dāng)今模具行業(yè)已經(jīng)成為高新技術(shù)最密集的行業(yè)，任何企業(yè)都不可能擁有全部最新出現(xiàn)的技術(shù)瞧捌，因此將出現(xiàn)CAD技術(shù)應(yīng)用的ASP模式棵里，即產(chǎn)生各種專門技術(shù)的應(yīng)用服務(wù)單位，為模具行業(yè)的各個企業(yè)提供技術(shù)服務(wù)姐呐，應(yīng)用服務(wù)包括逆向設(shè)計殿怜、快速原型制造、數(shù)控加工外包、模具設(shè)計头谜、模具成型過程分析等諸多方面骏掀。

　　（5）基于網(wǎng)絡(luò)的模具CAD/CAE集成化系統(tǒng)將深入發(fā)展≈妫現(xiàn)代CAD/CAE系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了從單機到局域網(wǎng)的轉(zhuǎn)變猴宾，目前正在與企業(yè)的Intranet整合。在企業(yè)行為國際化的大潮下醇疮，在Intranet的大環(huán)境下建立CAD/CAE系統(tǒng)不久將成為現(xiàn)實。

　　模具CAD/CAE系統(tǒng)的高智能化程度也會大大提高卤撬。在智能化軟件的支持下巴移，而今的模具CAD/CAE技術(shù)不再是對傳統(tǒng)設(shè)計與計算方法的模仿，而是再先進設(shè)計理論的指導(dǎo)下柄楼，充分運用本領(lǐng)域?qū)＜业呢S富只是和成功經(jīng)驗瞭驴，其設(shè)計結(jié)果必然具有合理性和先進性。

　　5 結(jié)論

　　隨著科技的不斷進步翅陪，制造業(yè)正向數(shù)字化退钱、全球化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展钠台，產(chǎn)品的生命周期越來越短欠诊，新產(chǎn)品的上市速度越來越快。模具是制造業(yè)的基本工藝設(shè)備辟劲，模具設(shè)計的臣疑、制造的效率對產(chǎn)品的開發(fā)效率有決定性影響。因此在模具設(shè)計的過程中徙菠，利用先進的CAD/CAE技術(shù)進行模具設(shè)計省事讯沈、省力，而且最為重要的是保證了成型后制品的準(zhǔn)確性婿奔，減少了試模的次數(shù)缺狠，縮短了模具的設(shè)計及生產(chǎn)的周期。

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