中山市帝光汽配实业有限公司
摘要：随着经济的不断发展，工业的规模也不断地扩大，机械、模具等行业的产品都出现了多元化的发展，同时很多机械产品的功能也随着技术的进步不断增加。很多厂商开始利用CAD/CAE进行机械设计与模具设计。本文主要分析了CAD/CAE技术在机械设计与模具设计中的应用，希望能够给机械模具设计行业一些借鉴。
关键词：CAD/CAE技术；计算机；模具设计；机械设计
引言
在机械和模具设计中开始运用计算机软件CAD进行产品设计。CAD软件的功能非常强大，它能够展示产品的结构、色彩、外形等等，不但在机械行业广泛应用，在汽车行业、航天等领域都有广泛的应用。CAE是一种分析求解的方法，它配合CAD一起使用能够帮助机械产品的设计质量更加完美，包括产品的动力响应、刚度等等。利用CAD/CAE技术进行研发，产品研发的周期能够有效地缩短，产品与工艺也能够实现最优配置，企业成本能够得到有效控制。
1CAD/CAE技术概述
CAD是以计算机技术为基础的对实物进行模拟设计的一种技术手段，能展示物体的结构、色彩、质感、外形等要素，在印刷、设计、电子工业、汽车制造、航空航天等领域应用广泛。从产品设计角度看，CAD技术具备设计模拟、设计修改、版本控制、标准组件、文档输出等多种功能。CAE技术是分析求解的一种方法，包括钢动力响应、刚度、弹塑等求解对象。目前，常用的CAD/CAE应用软件有Pro/Engineer、UG、Moldflow等。其中，Pro/Engineer软件的特点优势主要体现在参数化设计上，有强大的建模功能，因而常被用来进行机械设计和模具设计。特别是该软件具备自动修模能力，为模型设计修改提供了强大的平台和技术支撑，工作人员可以在平台上完成设计和相关的修改工作；UG软件是一种三维造型软件，该软件虽然参数化设计功能不突出，操作系统却非常简单，能够在PC上快速的应用操作；Moldflow软件是一种仿真软件，经常用于模具设计，方便工作人员进行零件优化和注塑定型。通过模拟设计和仿真结果，全方位展示材料、位置、形变等要素，为工作人员设计决策提供有力支持，利于敲定最终的设计方案。
2CAD/CAE技术在机械设计和模具设计中的应用
2.1在机械设计中的应用
在机械设计中，CAD技术的作用体现在零件设计与装配上。后期的零件尺寸、强度、刚度等要求，主要通过传统的计算方法确定。由于传统的计算方法工作量大、效率低，且设计修改的难度相当大，不利于保证计算结果的准确性，所以可以采用CAE技术。利用CAE技术强大的求解与计算功能，对强度、刚度、弹塑性、热传导等复杂指标进行求解和计算，能明显降低计算难度和工作量。此外，CAE技术带有静力和动力学分析能力，可指导零件强度设计。机械设计采用CAD技术后，利用该技术强大的装配功能展示不同零部件间的组件、拆卸过程，工作人员可以很直观的看到整个过程。特别在组件和拆卸过程中，利用CAD装配功能的序列生成对组件、拆卸操作进行观察，并进行即时控制，强化了对机械零部件组件、拆卸的控制，提高设计的准度和精度。同时，通过装配功能可以生成不同的装配序列，对比、观察不同的装配方案，从中优选出最佳的装配方案。
2.2在模具设计中的应用
开模是模具设计工作中的一项重要工作，CAD/CAE技术在其中的应用，极大提高了开模工作的技术含量，使开模可靠性有了可靠保障。模具产品结构设计包括尺寸、形状、厚度、精度等多个方面，内容十分繁杂。制口设计是开模的一个环节，先利用三维造型软件建立模具模型，并调整相关的模型元素，然后借助计算机平台完成计算、设计工作。进行设计时，既要考虑设计合理性问题，也要考虑力学性能。简而言之，利用CAD/CAE软件进行开模，其设计工作的基本流程主要如下：（1）调取设计模型。一般情况下，产品设计部门负责产品的结构、功能、外形、尺寸等方面的设计工作，并建立相关的模型。之后，将完成的设计模型送至模具设计部门，该部门负责接下来的一切工作；（2）布置模腔个数。通常采用一腔多模的布置方式；（3）扣模和工件调取。远点坐标确定后，调入相应的工件，借助已有的模型对工件进行扣模，再设置分型面；（4）设计哈佛块和侧抽设计。在这一环节中，主要根据产品形态进行具体设计；（5）模架调取。利用设计软件建立浇注系统、顶出系统和冷却系统；（6）检查。结束以上工作后，先检查开模质量，确认无误后利用CAD/CAE技术的装配功能生成装配图；（7）制作零件图。基于以上各环节的具体操作制作零件图，注重检查零件设计的精度情况，确认精度符合要求。
3CAD/CAE技术在机械设计和模具设计中具体应用实践
CAD/CAE技术在机械设计与模具设计中的应用，让复杂的设计工作工业化、流程化、标准化，提升设计质量和成效。下面以模具设计为例，分析了CAD/CAE技术在设计工作中的应用实践。模具一般工作在高压、高温环境下，如冷挤压模具就是在高压状态下工作，使得强度、稳态等方面的校核工作尤为重要。为此，冷挤压模具时，必须认真核算、校准强度、刚性等属性参数，确保模具质量安全，保证最终形成的产品符合使用标准。为了保证模具本身的强度，此时可以利用UG软件进行强度核算。强度核算分为以下几种情况：
（1）对于凸模，首先借助UG软件赋予凸模材料属性、边界、负载等条件，再有限元方法进行网格划分，最后结合具体的给定条件去求解计算，得出模具不同部位的应力值。
（2）对于凹模，其强度核算前先要确定预应力值，而预应力值的确定以过盈量数值为依据。过盈量数值通过CAE软件分析获得。首先，设定一个的预应力值；然后，利用CAE软件分析得出变形量，将其与之前设定的过盈量进行核对，查看是否吻合。
（3）对于组合凹模，因为零部件过多，其整体强度核算不同于单个零部件的强度核算。组合凹模强度核算时，除了对每一个零部件进行有限元网格划分外，还要对外圈与中圈、内圈与外圈进行曲面接触网格划分，然后再赋予预应力。
总之，模具设计主要包括凹模、凸模和组合模具等几种情况，无论任何模具设计都要求模具本身有很强的强度。为了满足模具产品的强度要求，设计时必须严格核准预应力值。其中的凸模部分设计要求有很高的强度，对此可以利用UG软件进行强度计算。首先，借助UG软件赋予凸模材料属性、边界、负载等条件，再用有限元方法进行网格划分，结合具体的给定条件去求解。凹模设计时，先根据过盈量确定预应力值，再接CAE进行求解。组合凹模时，则要分别对每一个零部件进行有限元网格划分，再进行中圈、外圈、内圈部位的预应力核算。
结论
综上所述，CAD/CAE技术具有强大的设计功能和计算功能，在产品设计中能够大大的提高产品的设计效率和产品的设计质量，由于CAE是一种强大的计算软件，能够对产品内部的力学问题进行解析，实现了一些复杂产品的设计和分析，能够把一些复杂的产品简单化。鉴于CAD/CAE功能的强大性，必须要不断的把这种技术运用到其他领域，帮助其他领域也能获得更大的成就。
参考文献
[1]李萌崛，焦钰，张万明.CAD/CAE技术在模具设计中的运用[J].科技传播，2012（23）.
[2]杨勇辉，崔一.CAE/CAD技术在塑料模具设计中的应用[J].工程塑料应用，2017（02）.