CAD/CAE/CAM技术对压铸模具设计影响的探讨

韩灵全

【摘 要】随着工业技术和科学技术的发展，产品对模具的要求越来越高。而CAD/CAE/CAM技术的发展极大地改变了人们的设计手段和方法，更重要的是CAD/CAE/CAM技术可以显著提高设计的效率和质量。本文将立足于压铸模具设计的实际，就CAD/CAE/CAM技术应用对压铸模具设计的影响进行简要分析。

【关键词】CAD/CAE/CAM技术 压铸模具 设计影响

与传统压铸模具设计方法相比，CAD/CAE/CAM技术在设计与制造环节上都有较大的差别，改变了压铸模具设计的实现形式。新型CAD/CAE/CAM集成技术的产生与应用大大缩短了模具的设计与制造周期，借助CAE模型分析使得压铸模具设计在效率提升的同时实现了质量的同步提升，是现代社会经济条件下实现压铸件模具设计发展和完善的关键技术。因此对CAD/CAE/CAM技术对压铸模具设计影响的探讨具有鲜明的现实意义。

1 CAD/CAE/CAM集成系统在压铸模具中的建立

CAD/CAE/CAM集成系统主要包括CAD/CAM软件、CAE仿真软件和一个压铸专业软件系统包。其中CAD/CAM软件是系统的主要设计结构，当前应用CAD/CAE/CAM集成系统进行压铸的模具其压铸件的结构和形状都较为复杂，所以系统对CAD/CAM软件三维实体造型和制造能力的要求较高。压铸件CAE模拟技术是压铸模具加工活动中的关键环节，具体的技术解决方案主要有限差分法的流体动力学和传热方程，或者有限元法[1]。在模具的模型分析活动中金属液体在模具内的流动和凝固过程都可以借助计算机技术实现模拟。

2 CAD/CAE/CAM集成系统在压铸模具中的应用

2.1模具的CAD建模和设计的技术方案

CAD建模和模型设计是CAD/CAE/CAM集成系统在压铸模具中应用的重要环节，这一活动以三维实体造型开始，根据新型零部件的实际结构情况进行三维实体造型，形成的造型结构借助CAD/CAM软件进行三维建模，建模的内容主要涉及到加工活动的工作余量、收缩率和锥度等具体加工中量化要求的细节。

借助集成系统中的专业软件系统包，设计主体可以实现对压铸工艺技术方案的设计，包括注射压力、注射冲头速度、注射速度和填充时间在内的压铸工艺技术方案内容都可以根据压铸件的强度和质量要求进行自主设计。在使用CAD/CAE/CAM集成系统进行压铸模具的设计活动中，设计方案往往还能够囊括浇注系统，包括浇注活动中溢出和冷却通道的设计、型腔内表面积和模具整体的热平衡等浇注过程中的技术，都在CAD/CAM软件系统的设计范畴之内，能够为压铸模具设计工作提供全方位的设计和制造支持[2]。

2.2 CAE模型分析

油泵是压铸件生产活动中经常面对的复杂压铸体，这种压铸体本身的结构为复杂、壁厚不均匀，且对密封性能的要求极高，使用传统的浇注方法容易产生气孔和缩孔的现象。借助CAE模型分析技术能够清楚地发现传统浇注工艺和浇注系统进行油泵制造中产生气孔和缩孔的原因。使用传统的浇注系统进行浇注，浇注过程中压射冲头的压力不均衡会导致浇注金属液体的飞溅及空气不能及时排出等问题，这种浇注问题现象是导致油泵出现气孔和缩孔问题的主要原因。以CAE模型分析为基础对浇注系统和浇注工艺进行改进，主要的改进内容是提升了浇注系统对浇注压力和浇注速度的控制精度，在浇注活动开展的初期尽量选择较低的浇注压力和较高的浇注速度进行浇注。同时在保证填充时间的前提下，注意控制压射冲头的加速度以调节合适的注射速度，这样一来填充后形成的增压就能够对因为热节而出现的缩孔进行补缩，保证压铸件的质量[3]。

2.3 CAM的应用

CAM的应用是在压铸模具型腔三维实体造型的数据基础上实现的，设计人员在三维实体造型数据的基础上新建一个加工空白页，并附加一个包括加工余量、刀具、刀具路径在内的加工工艺表。在一些加工细节问题的分析上还可以对刀具的工作路径进行模型检测和瞬时加工工艺的观察，在其基础上再对加工数据进行修正。在数控切割过程中的铣刀数据文件是可以进行修改的，设计人员可以结合加工的实际情况反复试验来对铣刀数据进行实时的修正，直到最终达到一个满意的结果。在所有数据加载和调制工作完成以后，CAM软件会将这些数据进行简单的应用处理并将其上传到数控机床的代码库中[4]。

3集成系统的应用总结

与传统的压铸模具设计相比，CAD/CAE/CAM集成系统在压铸模具设计活动中应用的突出特点是集成性，所有的设计和加工过程都是基于同一个三维模型完成的。所以一些加工步骤可以同步进行，以多个工作面同时加工的方式进一步提升了模具设计和制造的效率，极大缩短了设计制造周期。同时CAE模拟软件在加工活动中的应用，最大限度的提升了设计和制造主体对模具内部、模具浇注活动的认知程度，指导设计和制造主体对压铸工艺的技术方案和工艺参数进行改进和完善，能够实现压铸件加工质量短时间内的大幅度提升。以上文中提到的油泵加工为例，在使用CAE进行模拟分析以后，压铸件油泵的产品合格率在短时间内由60%提升到90%[5]。

4结语

CAD/CAE/CAM技术是压铸模具设计领域的一种新兴技术，是基于现代虚拟现实技术和数控机床技术形成的，完美的将压铸模具的模型设计和制造结合在一起，为压铸模具设计、制造和加工过程提供了一个规范的、科学的指导系统，对现代压铸模具设计产生了变革性的影响，因此对CAD/CAE/CAM技术对压铸模具设计影响的探讨具有鲜明的现实意义。

参考文献：

[1]张平.基于Web技术的压铸模具协同设计原理与应用系统研究[D].四川大学，2005.

[2]董晓兰.压铸模应力场数值模拟及BP神经网络在控制模具变形的优化设计中的应用[D].西华大学，2007.

[3]段慧珍.铝合金压铸工艺及虚拟工艺优化研究与应用[D].集美大学，2013.

[4]李仁峰.压铸模具浇注排溢系统优化设计技术研究[D].大连理工大学，2008.

[5]张瑞峰.镁合金超薄Notebook外壳压铸成型质量控制技术研究[D].上海交通大学，2009.