毛兴宽

摘要：工业经济蓬勃发展，基础工业产品呈现多元发展的特点，对加工设计制作也提出了新要求。设计人员应该积极响应市场的号召，明确客户的需求，综合利用CAD/CAE技术进行机械模具设计，满足多元化市场要求。基于此，本文将主要论述机械设计与模具设计中CAD/CAE技术的应用。

关键词：机械设计;模具设计;CAD/CAE;技术应用

0  引言

CAD/CAE的软件功能强大，能够展示出产品的结构、色彩、外形等必要特点，具有强大的数据修复功能。设计人员在设计过程中可以随时修改产品存在的参数，快速修补模具缺陷，综合利用计算机的数据功能，形成自动化管理，能够满足多样化的市场需求。

1  CAD/CAE技术的概述

CAD技术，是英文computer aided design的简称，中文翻译为计算机辅助设计。CAD技术以计算机技术为基础，操作相对比较简单，功能强大，通过对实物进行模拟建设，能够立体画地展示事物的结构、色彩、外形等基础要素。在电子工业、机械制造，航空航天领域中都有着广泛的应用。CAD具备着设计模拟、修改整合、版本控制、文档保存等一系列功能。CAE是computer aided engineer的简称，中文翻译文计算机辅助工程，技术技术以数据为支持，进行分析求解的一种软件，主要分析材料弹性系数、刚度等重要性能。目前常用的应用软件有pro、engineer，UJ等。CAE软件有强大的参数计算功能，在数据建模的基础上依靠强大的平台和技术支撑，设计人员能够完成前期的设计与修改工作，全方位展示材料位置形变的内部要素，为后续实际生产提供有力的数据支持。

2  机械设计与模具设计中存在的问题

2.1 机械设计与模具制造资源损耗较大

在机械设计模具制造过程中，由于涉及行业众多，造成大量的资源浪费现象，我国现在已经面临着一定程度上的资源紧缺。违反了可持续发展的基本理论，同时增强了企业的资金成本，不利于企业长久稳定发展。

2.2 CAD/CAE系统集成化不高

CAD/CAE是模具制造与机械设计的必然要求，但由于不同企业的模具制造自动化水平不同，在CAD信息交流过程中信息存在不兼容问题，不能实现真正的资源信息共享，导致数据集成化较低。CAD/CAE系统不够全面，系统无法科学地整合在一起，一旦软件升级或交换数据时，相融时兼容程度不够，整体工作效率低下。

2.3 部分人员不能熟练应用CAD/CAE

模具制造的优劣与设计有密切关系，但由于模具制造在实际运行过程中意外因素较多，而相应的管理人员不熟悉CAD/CAE的基础操作管理意识，很容易出现参数单位错误、图纸与客户要求不匹配等问题。

3  机械设计与模具设计中CAD/CAE技术的应用

CAD/CAE技术有强大的计算功能与设计功能，能够快速计算出材料中一些重要參数，把复杂的步骤简单化，设计人员要综合利用CAD/CAE，实现对原材料的多样化管理，明确设计步骤，适当融入自动化管理，促进机械生产快速发展。

3.1 CAD/CAE在机械设计中的广泛应用

在机械设计中，CAD的技术主要体现在基础软件的装配上，它能够充分体现零件的尺寸、相对关系，CAE表现出零件的刚度，强度等重要参数，有效解决计算量大、效率低、设计修改复杂等一系列问题。CAD/CAE技术可以对前期的图形进行有效处理，对热传导性、刚性、塑性等复杂进行求解计算，更好展现材料的具体参数，完成工业生产的各项要求。同时在机械设计在采用CAD技术，能够展现不同部件之间层次关系，使决策人员更加直观的感受到模具软件拆除组装的过程，实现对内部系统的控制，快速提高了设计的准确度。设计人员可以断装配过程，持续优化各种组合，选出最优的设计方案，提高工作效率。

例如，CAD/CAE机械设计图纸的审核至关重要，直接影响着机械设计的整体水平，技术人员可以利用CAD/CAE，加强对图纸的审核，保证数据能够全面细致合理，一旦遇到疑难问题时要及时请教资深的人员，利用CAD/CAE计算机控制系统自查自纠。并和专业的工程师进行联合审查，在保证质量的情况下，进行下一步的模具制造铺设工作。引入大数据计算，不断优化线路，完成模具制造中的节能设计，有效降低能源损耗，综合利用CAD/CAE进行模拟计算，去除和优化非重点的环节，最大程度上提高企业的经济效益。

3.2 CAD/CAE在模具设计中的应用

模具设计作为整体机械设计的基础，利用CAD技术可以快速提高开模的技术含量，为后续的生产提供数据支撑以及技术保障。模具设计过程比较复杂，在设计过程中需要综合考虑内部的尺寸、形状、厚度之间的耦合关系，借助计算机平台完成动态的设计，综合考虑材料的性能与应力程度。利用CAD/CAE软件进行参数计算，简化工作流程，调取设计模型，建立以功能、外形、尺寸为首前期管理模式，合理控制模腔个数。合理的工件设置分型面，综合利用冷却系统与铸件系统，完成模具整体水平上的设计。

例如，设计人员要通过CAD/CAE技术制定规范的开模流程。第一步是设计模型，设计模型作为整体设计中的上游工程，在设计过程中要综合考量产品的外形、结构、用途，以模型的具体参数入手，做好前期的预处理。第二步是布置模腔个数。模型个数作为开模中的主要参数，但大体结构和基本功能为主，目前市面上采用一腔多模的方式。第三步是扣模与工件调取，同时也是整体工程中难度系数最大的一步，工作人员要将布置好的模腔进行扣模，明确具体参数与工件型号进行扣模，积极利用自动化设计，完成精细化管理。第四步是要设计哈佛块与侧轴设计，设计人员需要参考产品的使用功能，进行包装和管理，实现模具功能的再度优化。第五步是模具调取与检查。在结束好以上的工作之后，设计人员检查开模质量，确认无误后，利用CAD与CAD技术完成基础的装配图。

3.3 模具型号的综合CAD/CAE应用

大部分模具的工作状态恶劣，需要在高温高压的环境下持续工作，模具需要承受外界巨大的应力，因此设计人员在设计模具时应该认真核算模具的参数，校准其强度和刚性，确保模具在使用过程中的安全性。在进行冷压工序时，材料应该选择15#钢，保证外形为圆桶状，内壁为槽钢，最后由CAE进行强度核算，针對不同的模具，利用不同的设计手段，实现整体水平上的模具设计与管理。

3.3.1 凸模设计

由于凸模本身的结构特点，顶端所受压力较大，因此在进行核算前要首先确定高点的预应力值。通过反复的实验，比较理论值与真实值之间的差值，求解出正确的预应力值。在工业生产实际生产过程中，要保证外界压力小于标志值，保证凸模稳定工作。

3.3.2 凹模设计

凹模设计与凸模设计过程大体相似，也需要综合应力计算，以CAE软件分析强度，首先要设定一个基础的应力值，通过软件分析出基本的变形量，查看与之前的参数是否符合要求，解出正确的应力值。

3.3.3 组合模型

组合模型相对比较复杂，内部零部件过多，因此设计人员在利用CAD/CAE时，要综合内圈、外圈之间的相对关系，进行曲面的微元网格划分。根据计算，外模的承受最大应力为1684MPa，中圈承受最大的压力仅为502MPa。保证内圈、外圈所承受的压力值在规定范围内符合产品设计。设计人员可以要利用CAE技术进行参数调整，动态管理设计方案，以材料的边界属性、负载等多种性能入手，完成有效的预应力核算。明确材料成型与控制工程的概率计算，提高CAD/CAE工程的连续性和可模拟性，为后续的加工制造提供基础的理论支持和优质服务。持续降低工人的作业量与强度，促进机械设计与模具生产向高精度方向发展。

4  总结

CAD/CAE技术有着自己核心的优势，设计人员在进行机械设计与模具开发时，应该将产品结构、形状等具体参数直接录入到软件中，实现复杂问题简单化、流程化，加强CAD/CAE技术在材料领域之间的应用，实现智能化、数据化管理，持续优化产品的外观设计与内在性能，使模具和机械满足更复杂的生产条件，促进我国工业持续发展。

参考文献：

[1]赵亚飞.CAD/CAE技术在机械设计与模具设计中的应用[J].内燃机与配件，2017（11）：56-57.

[2]衡斌.CAD/CAE技术在机械设计与模具设计中的应用[J].内燃机与配件，2018（8）：116-117.

[3]李红伟，孙洪霞，刘昭.CAD/CAE技术在机械设计与模具设计中应用[J].工程技术研究，2018（1）：234-235.