塑料模具CAD CAE CAM技术的应用及发展趋势

樊夏漪

摘 要：该文介绍了CAD/CAE/CAM技术在现代塑料模设计以及制造中的应用，采用CAD/CAE/CAM技术可提高模具产品的设计质量、缩短模具设计与制造周期、降低制造成本，该文还对CAD/CAE/CAM技术的发展趋势进行了展望。

关键词：塑料模具；CAD/CAE/CAM技术；模具设计

中图分类号：TG241 文献标志码：A

0 引言

塑料的成型加工是将塑料原料转化成具有使用价值的商品的工程技术。近些年来，其发展速度惊人，就体积来说，在很早以前塑料的年产量就超过了钢铁和有色金属的总和。用模具生产制造出来的制件，表现出了高精度、高生产效率和低消耗，是其他加工制造技术不能比拟的，所以模具又被称为“效益放大器”。而在整个模具行业中，塑料模具比重非常大，占有十分重要的地位。近几年，多样化成型方式及塑料模具的设计得到快速地发展，这得益于计算机技术的迅猛发展，同时这也彻底地改变了传统的模具设计、制造方式。

CAD/CAE/CAM技术在现代塑料模具的设计与制造中发挥着重要作用，现代塑料模具的设计思路是设计人员直接建立起产品的三维模型，然后利用CAD/CAE软件进行模具的结构设计，再针对模具的结构进行分析及优化处理，最后利用CAM软件对模具进行加工刀具轨迹的生成与仿真，产生数控加工代码，进一步完成NC编程。这种方法改变了传统的产品开发和模具生产方式，不仅能实现数据共享，还大大提高了产品的质量，缩短了开发周期，同时降低了生产成本，有力地推动了塑料模具行业的发展。

1 塑料模具CAD/CAE/CAM的技术应用

1.1 CAD技术与塑料模具设计

UG、Pro/E、CATIA等三维软件都属于CAD软件，它们为设计师提供了方便的设计平台，可以使设计人员快速设计出塑料产品全套模具图，同时也能将设计师从烦琐、冗长的人工计算和手工绘图中解放出来，将精力更好地用在模具的结构优化和方案构思等工作上。CAD软件之所以强大，就是因为它不仅有编辑修改功能，而且它的显示效果也非常逼真，这些功能能让设计师做到所想即所得，把自己的设计思路淋漓尽致地表现出来，并且CAD软件还可以计算保存制品的各种参数，为以后的模具设计、分析提供良好的依据。另外，设计师还可以从软件中选择标准模架或者也可以灵活方便地建立自己所需的标准模架库，而且还提供了模具分型面工具、典型结构和标准零件库，调用方便快捷，大大缩短了模具设计时间。

1.2 CAE技术与塑料模具的设计

传统模具设计，对设计人员的依赖性比较大，往往会由于设计人员经验不足出现错误，而在后期还要对模具进行反复调试和修正，如果在调试过程中发现问题，不仅要重新调整工艺参数，甚至还要重新制作模具，整个过程耗费大量的精力和时间，严重影响了新产品的开发效率。现今，CAE技术的出现，完美地改变了这一现状。Moldflow软件的主要功能包括流动保压模拟、冷却模拟、结构应力分析、翘曲预测、最佳浇注口分析等。在设计阶段，通过CAE分析就能预测出产品可能出现的问题，提前做出修正和优化，从而提高效率、缩短研发周期、降低成本。另外，还应考虑到在充模过程中，模具本身由于受到注射压力的影响，也会产生变形，从而对制品形状、质量产生很大影响，所以分析在注射过程中模具本身的变化也很有必要。这就需要将其他优秀的结构分析软件引入CAE软件中，这样才能使注射模设计的CAE具有更高的真实性和有效性，才能发挥其更大价值。

在传统的模具制造工业中，仅是对模具的结构和外观进行设计，而今，随着社会的需要和技术的进步，已经发展到能对模具结构进行分析。通过CAE 技术对已经设计出来的模具进行抗冲击试验模拟、散热能力、跌落试验模拟、强度、刚度、疲劳和蠕变等分析，检验模具结构设计的合理性，并分析出结构不合理的位置和原因，然后把这些数据反馈给CAD软件，并作出相应修改，再用CAE软件重复上述的性能检测，最终选用合理方案，确定最优化的模具制品。

1.3 CAM技术与塑料模具设计

通过CAD/CAE软件对模具结构进行优化设计和分析，在设计阶段，就可以消除模具设计时出现的错误，确定好最优方案，再利用CAM软件自动生成数控加工的NC代码，从而控制数控机床加工模具。这种方法更好地体现了CAM软件的特征造型技术、参数化设计等优点，并能实现共享3D数据，不仅提高了设计效率，还能保证质量，降低成本。另外，也可以使用更加专业的CAM软件，如Mstercam。Mstercam是数控加工自动编程常用的软件，它具有多轴加工功能，提供多种刀具选择和400种以上后置处理文件，设计人员只要完成相关编程，Mstercam就可以自动生成加工程序并导入数控机床，最终完成模具的加工，从而给人们带来了极大的方便。

将CAD/CAE/CAM技术应用在模具上，能够使模具制品设计质量和塑料产品质量都得到大幅提高，模具生产周期大大缩短，同时还降低成本，因此CAD/CAE/CAM是塑料模具设计和制造发展的必然方向。

2 塑料模具的发展趋势

随着科学技术的快速发展，互联网技术的不断普及，计算机技术与模具行业的联系必然更加紧密，CAD/CAE/CAM技术在功能上将得到进一步完善，性能上也会进一步提高，因此将来会呈现以下发展趋势。

2.1 人工智能、知识工程的运用

人工智能的时代已经到来，各大软件的界面也将更加直观，设计者将以很少的工程知识背景，利用语音提示或语音“向导”，就能进行简单的操作。计算机处理图形的能力大幅度提高，塑料模具CAD/CAE/CAM技术涉及大量的设计方案、大量的专业知识、人工智能和知识工程可根据需要自动选择合理、适当的方案，并判断计算结果是否合理。

2.2 CAD/CAE/CAM技术网络化和集成化发展

随着信息全球化的发展，5G时代的到来，计算机技术和网络正渗透到社会的各个方面，并且改变了人们的学习和生活习惯，象并行工程等。并行工程的主要特點有设计过程十分复杂、设计因素众多、信息含量大、分工细致、计算及分析过程烦琐。另外，现代模具设计制造技术依赖于快速发展的计算机技术，CAD、CAE、CAM和PDM的高度集成，使模具设计制造向数字化方向发展。

为了适应电商环境的发展需要，CAD/CAE/CAM技术将着眼于全社会的公开网络环境，开放更加专业化的虚拟网络服务环境，并建立起相关的产业链，实行网络经销与服务，造福人类社会。

2.3 与先进制造技术的结合日益紧密

为了很好地解决模具开发上的关键问题，CAD/CAE/CAM技术在不断完善的同时，也在与日益先进的制造技术紧密结合中不断发展，其内涵越加丰富，外延日益扩大，象逆向工程等。逆向工程是在只有产品的情况下，通过分析推导出实现方法，对产品设计技术进行再现的过程，可以分为2步，第一步是通过各种手段采集实物模型的相关数据。第二步就是模型的重建，常用造型软件大致可分为2类：一是专用的逆向软件。二是提供逆向处理模块的正向CAD/CAM/CAE软件。

参考文献

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[2]陈志新，黄凡.基于Moldflow和Ansys的注塑模具变形模拟分析[J].机械设计与制造，2009（3）：246-248.

[3]刘方辉，钱心远，张杰.CAD/CAE/CAM技术在现代塑料模设计制造中的应用[J].模具工业，2010，36（1）：1-6.