基于CAD/CAE的活塞塑件注射模具设计

蒋海波

摘 要：传统的企业产品设计信息是以2D图纸为标准载体向下游传输的，由于2D图纸的局限性，在信息传输过程中可能会出现诸如信息丢失、更改等问题，导致最终产品与最初的设计信息出现偏差，影响产品的精确性。同时，多个后续流程由于工作需要往往要各自重新进行3D建模，大量的重复工作造成工作量的无谓增加。

关键词：CAE/CAD；活塞塑件；模具设计

0.引言

模具工业的发展和完善促进了国内精细化加工和制造业的向好发展，借鉴当前国际上在模具设计与加工行业中较为流行的CAE/CAD技术，该技术可以借助计算机的相关计算程序对模具和成品进行全面分析，一次来提升产品数据方面的精准度和自身品质，对于模具行业本身的发展和整个制造行业的提升都十分有帮助。

1.模具行业发展现状及注塑模CAD/CAE发展

1.1模具行业发展现状分析

现如今，国民经济的支柱行业中，有很大一部分的发展离不开对模具行业的依赖，例如我们日常生活中家庭用到的电视机、洗衣机以及各类电子产品，还有日常出行的家用车的仪表、音响还有各类仪器等等的完善也都需要模具的参与。尤其是对于一些电子行业来说，由于其采用了模块化的生产方式，对模具产品的依赖程度高达80%左右[1]。在现代社会中，一个国家或地区自身制造业水平高低的很重要因素就体现在了模具行业的发展现状层面，尤其是一些涉及众多行业的大型制造业，如整车制造、航空航天技术、大型船舶等无不对模具行业有着高度的依赖性。也正因为如此，世界上的制造业大国和强国纷纷加强了对模具行业的投入和建设力度，以期能够在现如今的国际竞争中占得先机。

1.2注塑模CAD/CAE发展

CAD/CAE都是借助计算机开展的采用注塑技术进行模具的设计、生产的一门专业技术，其突出的特点在于，在实际的进展过程中不仅重视了对产品几何特征的重视，而且对于一些非集合的要素也进行了一定程度的设计，体现了该项技术的高度精确性。在具体到模具自身的结构设计层面，相关工作是由工作人员结合产品的自身特性来予以选取和决定的，而且在这一环节之后还有相应的分析和总结环节，然后再根据相应的反馈和总结结果来对其详细的内部设计予以宏观规划和具体细化，将所有的相关工作落到实处，诸如我们在之前经常提到的力学原理的基本分析等等包括在内[2]。在所有的这些环节完成之后，专业工程师再对所涉及的相关信息进行汇总、设计出相关的计算机编程，并生成模具零件制造加工过程的控制信息。

2.注塑模CAD/CAE技术优势和应用方法

2.1注塑模CAD/CAE技术优势

其一，模具质量得到大幅提升。这一项技术的实际的设计环节，摒弃了原有的主要评价个人经验和技术操作的标准，而是借助计算机内部所存储的各项数据来建立起一整套的分析系统，然后在这一整套分析系统中借助人际互动的基本原理使得计算机和操作人员本身各司其职，都从事自身更加专业的技术环节，这样的直接结构就是可以使得模具身，尤其是一些相对精细化的模具制作环节中的精确度得到大幅提升。

其二，制作时间大大减少。这一作用的可以分为两个层面来进行论述，对于CAD技术而言，其自身具备大容量的内存库，储存有海量的标准件的相关数据，我们在实际的模块化生产中就可以直接将这些“库存”的数据拿来为我所用；另一层面，对于CAE技术而言，其技术的优越性体现在了其最后对模具的的校核环节，不仅大大节省人力操作的劳动强度，而且还避免了因为认为标准的差异而造成的误差，整个的流程环节大大减少，也就最终造成了制作时间的缩短。

其三，成本降低。现在国外在很多行业普遍采用的模块化的生产方式，其直接的作用就是效率高、成本低。而对于CAD/CAE的采用来说，模具行业在成本方面也会大幅降低，我们借助计算机软件来完成的这项工作可以使注塑模一次成型，这样的方式也就避免了传统的加工方式中在后期借助人工开展得各项校核、订正和修改的环节，不仅精准度高、节省时间，而且也大大降低了模具的生产成本。

其四，创造性和创新性得以加强。借助CAD/CAE技术在可以保证整体之狼的前提下，相关的操作人员无需再将精力放到之前的冗余劳动中，可以腾出时间和经历对整体的设计风格进行创新和改进。

其五，管理得有加强。CAD/CAE技术在采用之后，相关的生产企业为了获得最佳的生产效益，势必会据此建立起一整套万善、健全的设计、生产、校正方案，整体的生产和管理流程不仅在第一时间得以确立，更为重要的事一些专业化企业的管理水平会在这样的基础上有一个质的飞跃[3]。

2.2注塑模CAD/CAE技术应用方法

我们在设计注塑模具时，除了要对型腔自身所具备的配置、个数等有一个相对明晰的了解之外，更为重要的一点是要明确所选用材料自身的型号以及注射量等相对细化的各项具体指标，唯有这样将很多目标具体细化之后，在相关的后续工作中才能提高精准度。上述还是介绍得十分笼统和宏观，具体的流程我们详细介绍一番：

其一，三维CAD模型的构建。这一点是后面的各项步骤的前提（需要注意的是如果在之前有相关的工程图就可以直接将其导入，无须再重新构建），为下面的各个步骤打下基础。

其二，塑性分析模型。关于塑性分析而言，这项工作对于CAD模型的构建是至关重要的，一般来说相关的工作主要可以概括为塑性顾问分析、拔模检验以及厚度检验等几个相对独立的层面。相关的塑性分析工作流程也绝非“铁板一块”，而是可以根据相应的实际情形进行调整和具体分析。

其三，调入模具参考模型、设置收缩率及毛坯工件。根据塑件所采用的塑料材料设置塑件的收缩率，并依据设置了收缩的模型为依据，确定模具毛坯尺寸。

其四，设计分型面、分割體积块及抽取模具元件。在此部分是依据模型形状，对模具毛坯进行分型，完成模具型腔的建立。这是模具设计中十分重要的一部分，模具分型的位置、方式直接决定了模具的板块的多少、脱模方式及模具的可加工性等等。

其五，设计浇注系统。在这一项相对重要的环节流程中，其基本的部分可以概括为对各类组件的设计，大致包含了水线、浇口、分流道以及主流道等几个部分。具体到相关组件自身的实际尺寸和参数方面，可以对照之前采用的相对成熟的方式来予以确认，然后再次调整和修正自身的各项参数，直至其余之前的各项参数都相符为止。而且在这一环节需要借助Pro/E软件来就上述所介绍的包括水线在内的几个环节进行详细分析和设计。

3.结语

综上所述，由于本课题涉及到多种技术，且个人能力和精力有限，还有很多内容值得深入研究。希望能通过此次对注塑模CAD/CAE活塞塑件注射模具的设计研究分析，能有助于促进实践作业。

参考文献：

[1]模具行业设计制造技术现状与趋势[J]. 陈静媛. 机械设计与制造. 2015（02）

[2]我国模具CAD/CAM技术的现状及发展趋势研究[J]. 汪文虎，刘晓辉，张军. 模具技术. 2016（01）

[3]模具的CAE/CAD/CAM技术[J]. 李德群. 电加工与模具. 2016（S1）