韓靈全

（太原科技大學(xué)，山西太原　030024）

CAD/CAE/CAM技術(shù)對壓鑄模具設(shè)計(jì)影響的探討

韓靈全

（太原科技大學(xué)，山西太原030024）

隨著工業(yè)技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品對模具的要求越來越高。而CAD/CAE/CAM技術(shù)的發(fā)展極大地改變了人們的設(shè)計(jì)手段和方法，更重要的是CAD/CAE/CAM技術(shù)可以顯著提高設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。本文將立足于壓鑄模具設(shè)計(jì)的實(shí)際，就CAD/CAE/CAM技術(shù)應(yīng)用對壓鑄模具設(shè)計(jì)的影響進(jìn)行簡要分析。

CAD/CAE/CAM技術(shù)壓鑄模具設(shè)計(jì)影響

與傳統(tǒng)壓鑄模具設(shè)計(jì)方法相比，CAD/CAE/CAM技術(shù)在設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)上都有較大的差別，改變了壓鑄模具設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)形式。新型CAD/CAE/CAM集成技術(shù)的產(chǎn)生與應(yīng)用大大縮短了模具的設(shè)計(jì)與制造周期，借助CAE模型分析使得壓鑄模具設(shè)計(jì)在效率提升的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量的同步提升，是現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)條件下實(shí)現(xiàn)壓鑄件模具設(shè)計(jì)發(fā)展和完善的關(guān)鍵技術(shù)。因此對CAD/CAE/CAM技術(shù)對壓鑄模具設(shè)計(jì)影響的探討具有鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。

1　CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)在壓鑄模具中的建立

CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)主要包括CAD/CAM軟件、CAE仿真軟件和一個(gè)壓鑄專業(yè)軟件系統(tǒng)包。其中CAD/CAM軟件是系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，當(dāng)前應(yīng)用CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)進(jìn)行壓鑄的模具其壓鑄件的結(jié)構(gòu)和形狀都較為復(fù)雜，所以系統(tǒng)對CAD/CAM軟件三維實(shí)體造型和制造能力的要求較高。壓鑄件CAE模擬技術(shù)是壓鑄模具加工活動(dòng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具體的技術(shù)解決方案主要有限差分法的流體動(dòng)力學(xué)和傳熱方程，或者有限元法［1］。在模具的模型分析活動(dòng)中金屬液體在模具內(nèi)的流動(dòng)和凝固過程都可以借助計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)模擬。

2　CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)在壓鑄模具中的應(yīng)用

2.1模具的CAD建模和設(shè)計(jì)的技術(shù)方案

CAD建模和模型設(shè)計(jì)是CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)在壓鑄模具中應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，這一活動(dòng)以三維實(shí)體造型開始，根據(jù)新型零部件的實(shí)際結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行三維實(shí)體造型，形成的造型結(jié)構(gòu)借助CAD/CAM軟件進(jìn)行三維建模，建模的內(nèi)容主要涉及到加工活動(dòng)的工作余量、收縮率和錐度等具體加工中量化要求的細(xì)節(jié)。

借助集成系統(tǒng)中的專業(yè)軟件系統(tǒng)包，設(shè)計(jì)主體可以實(shí)現(xiàn)對壓鑄工藝技術(shù)方案的設(shè)計(jì)，包括注射壓力、注射沖頭速度、注射速度和填充時(shí)間在內(nèi)的壓鑄工藝技術(shù)方案內(nèi)容都可以根據(jù)壓鑄件的強(qiáng)度和質(zhì)量要求進(jìn)行自主設(shè)計(jì)。在使用CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)進(jìn)行壓鑄模具的設(shè)計(jì)活動(dòng)中，設(shè)計(jì)方案往往還能夠囊括澆注系統(tǒng)，包括澆注活動(dòng)中溢出和冷卻通道的設(shè)計(jì)、型腔內(nèi)表面積和模具整體的熱平衡等澆注過程中的技術(shù)，都在CAD/CAM軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)范疇之內(nèi)，能夠?yàn)閴鸿T模具設(shè)計(jì)工作提供全方位的設(shè)計(jì)和制造支持［2］。

2.2CAE模型分析

油泵是壓鑄件生產(chǎn)活動(dòng)中經(jīng)常面對的復(fù)雜壓鑄體，這種壓鑄體本身的結(jié)構(gòu)為復(fù)雜、壁厚不均勻，且對密封性能的要求極高，使用傳統(tǒng)的澆注方法容易產(chǎn)生氣孔和縮孔的現(xiàn)象。借助CAE模型分析技術(shù)能夠清楚地發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)澆注工藝和澆注系統(tǒng)進(jìn)行油泵制造中產(chǎn)生氣孔和縮孔的原因。使用傳統(tǒng)的澆注系統(tǒng)進(jìn)行澆注，澆注過程中壓射沖頭的壓力不均衡會導(dǎo)致澆注金屬液體的飛濺及空氣不能及時(shí)排出等問題，這種澆注問題現(xiàn)象是導(dǎo)致油泵出現(xiàn)氣孔和縮孔問題的主要原因。以CAE模型分析為基礎(chǔ)對澆注系統(tǒng)和澆注工藝進(jìn)行改進(jìn)，主要的改進(jìn)內(nèi)容是提升了澆注系統(tǒng)對澆注壓力和澆注速度的控制精度，在澆注活動(dòng)開展的初期盡量選擇較低的澆注壓力和較高的澆注速度進(jìn)行澆注。同時(shí)在保證填充時(shí)間的前提下，注意控制壓射沖頭的加速度以調(diào)節(jié)合適的注射速度，這樣一來填充后形成的增壓就能夠?qū)σ驗(yàn)闊峁?jié)而出現(xiàn)的縮孔進(jìn)行補(bǔ)縮，保證壓鑄件的質(zhì)量［3］。

2.3CAM的應(yīng)用

CAM的應(yīng)用是在壓鑄模具型腔三維實(shí)體造型的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)人員在三維實(shí)體造型數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上新建一個(gè)加工空白頁，并附加一個(gè)包括加工余量、刀具、刀具路徑在內(nèi)的加工工藝表。在一些加工細(xì)節(jié)問題的分析上還可以對刀具的工作路徑進(jìn)行模型檢測和瞬時(shí)加工工藝的觀察，在其基礎(chǔ)上再對加工數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。在數(shù)控切割過程中的銑刀數(shù)據(jù)文件是可以進(jìn)行修改的，設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合加工的實(shí)際情況反復(fù)試驗(yàn)來對銑刀數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的修正，直到最終達(dá)到一個(gè)滿意的結(jié)果。在所有數(shù)據(jù)加載和調(diào)制工作完成以后，CAM軟件會將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的應(yīng)用處理并將其上傳到數(shù)控機(jī)床的代碼庫中［4］。

3　集成系統(tǒng)的應(yīng)用總結(jié)

與傳統(tǒng)的壓鑄模具設(shè)計(jì)相比，CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)在壓鑄模具設(shè)計(jì)活動(dòng)中應(yīng)用的突出特點(diǎn)是集成性，所有的設(shè)計(jì)和加工過程都是基于同一個(gè)三維模型完成的。所以一些加工步驟可以同步進(jìn)行，以多個(gè)工作面同時(shí)加工的方式進(jìn)一步提升了模具設(shè)計(jì)和制造的效率，極大縮短了設(shè)計(jì)制造周期。同時(shí)CAE模擬軟件在加工活動(dòng)中的應(yīng)用，最大限度的提升了設(shè)計(jì)和制造主體對模具內(nèi)部、模具澆注活動(dòng)的認(rèn)知程度，指導(dǎo)設(shè)計(jì)和制造主體對壓鑄工藝的技術(shù)方案和工藝參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善，能夠?qū)崿F(xiàn)壓鑄件加工質(zhì)量短時(shí)間內(nèi)的大幅度提升。以上文中提到的油泵加工為例，在使用CAE進(jìn)行模擬分析以后，壓鑄件油泵的產(chǎn)品合格率在短時(shí)間內(nèi)由60%提升到90%［5］。

4　結(jié)語

CAD/CAE/CAM技術(shù)是壓鑄模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，是基于現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和數(shù)控機(jī)床技術(shù)形成的，完美的將壓鑄模具的模型設(shè)計(jì)和制造結(jié)合在一起，為壓鑄模具設(shè)計(jì)、制造和加工過程提供了一個(gè)規(guī)范的、科學(xué)的指導(dǎo)系統(tǒng)，對現(xiàn)代壓鑄模具設(shè)計(jì)產(chǎn)生了變革性的影響，因此對CAD/CAE/CAM技術(shù)對壓鑄模具設(shè)計(jì)影響的探討具有鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］張平.基于Web技術(shù)的壓鑄模具協(xié)同設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用系統(tǒng)研究［D］.四川大學(xué)，2005.

［2］董曉蘭.壓鑄模應(yīng)力場數(shù)值模擬及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在控制模具變形的優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［D］.西華大學(xué)，2007.

［3］段慧珍.鋁合金壓鑄工藝及虛擬工藝優(yōu)化研究與應(yīng)用［D］.集美大學(xué)，2013.

［4］李仁峰.壓鑄模具澆注排溢系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究［D］.大連理工大學(xué)，2008.

［5］張瑞峰.鎂合金超薄Notebook外殼壓鑄成型質(zhì)量控制技術(shù)研究［D］.上海交通大學(xué)，2009.