【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）已得到了廣泛的應(yīng)用，并且得到了快速的發(fā)展，在模具設(shè)計(jì)、制造中也顯示了巨大的優(yōu)越性。 CAD設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于：能夠直觀反映設(shè)計(jì)的真實(shí)狀態(tài)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)模擬、干涉檢查等數(shù)字化分析手段，在設(shè)計(jì)階段就能避免以往在生產(chǎn)制造中才能發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)可為模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供可以直接裝配的參數(shù)化、系列化的零件；沖壓設(shè)備庫(kù)、典型結(jié)構(gòu)庫(kù)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了可參考的模型；而基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫(kù)使模具設(shè)計(jì)更加靈活、智能。資源庫(kù)與知識(shí)工程的有機(jī)結(jié)合，形成了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的知識(shí)庫(kù)，成為三維實(shí)體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。與3DDL圖技術(shù)、實(shí)體泡沫加工技術(shù)的結(jié)合，達(dá)到真正意義上的三維實(shí)體設(shè)計(jì)。并以此為契機(jī)，帶動(dòng)整個(gè)模具生命周期的技術(shù)提升。實(shí)現(xiàn)模具制造的CAE/CAD/CAM一體化，使模具生產(chǎn)越來(lái)越依賴于高科技手段，最大限度地降低人工勞動(dòng)的強(qiáng)度，提高模具的制造精度，縮短模具生產(chǎn)周期。 CAD軟件介紹AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美國(guó)Autodesk公司首次于1982年生產(chǎn)的自動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計(jì)文檔和基本三維設(shè)計(jì)?，F(xiàn)已經(jīng)成為國(guó)際上廣為流行的繪圖工具。.dwg文件格式成為二維繪圖的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)格式。Pro/Engineer 是美國(guó)PTC公司的產(chǎn)品，于1988年問(wèn)世。10多年來(lái)，經(jīng)歷20余次的改版，已成為全世界及中國(guó)地區(qū)最普及的3D CAD/CAM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件，廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車、航天、家電、玩具等行業(yè)。 Pro/E是全方位的3D產(chǎn)品開(kāi)發(fā)軟件包，和相關(guān)軟件Pro/DESINGER（造型設(shè)計(jì)）、Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、模具開(kāi)發(fā)、加工制造、鈑金件設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、逆向工程、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能，從而使用戶縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間并簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)的流程；國(guó)際上有27000多企業(yè)采用了PRO/ENGINEER軟件系統(tǒng)，作為企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。Pro/E獨(dú)樹(shù)一幟的軟件功能直接影響了我們工作中的設(shè)計(jì)、制造方法。與其他同類三維軟件（MDT、UG、CATIA等）相比，Proe/ENGINEER的不同之處在于以下幾點(diǎn)：（1）基于特征的（FeatureBased）Pro/ENGINEER是一個(gè)基于特征的（FeatureBased）實(shí)體模型建模工具，利用每次個(gè)別建構(gòu)區(qū)塊的方式構(gòu)建模型。設(shè)計(jì)者根據(jù)每個(gè)加工過(guò)程，在模型上構(gòu)建一個(gè)單獨(dú)特征。特征是最小的建構(gòu)區(qū)塊，若以簡(jiǎn)單的特征建構(gòu)模型，在修改模型時(shí)，更有彈性。（2）關(guān)聯(lián)的（Associative）通過(guò)創(chuàng)建零件、裝配、繪圖等方式，可利用Proe/ENGINEER驗(yàn)證模型。由于各功能模塊之間是相互關(guān)聯(lián)的，如果改變裝配中的某一零件，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)地在該裝配中的其他零件與繪圖上反映該變化。（3）參數(shù)化（Parametric）Pro/ENGINEER為一參數(shù)化系統(tǒng)，即特征之間存在相互關(guān)系，使得某一特征的修改會(huì)同時(shí)牽動(dòng)其他特征的變更，以滿足設(shè)計(jì)者的要求。如果 某一特征參考到其他特征時(shí)，特征之間即產(chǎn)生父/子（parent/child）關(guān)系。（4）構(gòu)造曲面（surface）復(fù)雜曲面的生成主要有三種方法：1）由外部的點(diǎn)集，生成三維曲線，再利用Pro/E下surface的功能生成曲面。2）直接輸入由Pro/desinger（造型設(shè)計(jì)）產(chǎn)生的曲面。3）利用import（輸入）功能，以IGES、 SET、VDA、Neutral等格式，輸入由其他軟件或三維測(cè)量?jī)x產(chǎn)生的曲面（5）在裝配圖中構(gòu)建實(shí)體根據(jù)已建好的實(shí)體模型，在裝配（ponent）中，利用其特征（平面，曲面或軸線）為基準(zhǔn)，直接構(gòu)建（Create）新的實(shí)體模型。這樣建立的模型便于裝配，在系統(tǒng)默認(rèn)（default）狀態(tài)下，完成裝配。 CAD在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用基于CAD軟件的優(yōu)勢(shì)，本設(shè)計(jì)采用Auto CAD繪制二維圖。 凹模平面圖 壓邊圈平面圖三維實(shí)體圖的繪制采用Pro/Engineer。另外沖壓分析時(shí)應(yīng)用了 Catia V5，在實(shí)體圖的演示方面采用了Product View。 凸模立體圖 CAE應(yīng)用 CAE分析介紹成型CAE在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，實(shí)際上是對(duì)模具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估優(yōu)化的過(guò)程。在板料設(shè)計(jì)中合理應(yīng)用CAE技術(shù)，可以避免和減少傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生的浪費(fèi)、失誤甚至報(bào)廢，有效提高模具開(kāi)發(fā)的效率，降低開(kāi)發(fā)成本。CAE在汽車鈑金零件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用由于汽車覆蓋件形狀及其成形過(guò)程的多樣性和復(fù)雜性，多數(shù)情況下成形工序與工藝參數(shù)要通過(guò)多次試驗(yàn)才能確定。加工過(guò)程的控制、模具的設(shè)計(jì)和制造都直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和價(jià)格。加工過(guò)程不當(dāng)或模具形狀不合適很容易出現(xiàn)成形件破裂、起皺或其他成形缺陷。為了避免這類情況的發(fā)生，通常需要修改成形工序和工藝參數(shù)或修改模具形狀。隨著工業(yè)化的日益發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代周期越來(lái)越短，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)明顯不適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求。汽車企業(yè)為了縮短開(kāi)發(fā)周期，提高新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的綜合效益，大量采用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)和模擬分析車身覆蓋件，從而大大縮短了車身覆蓋件的開(kāi)發(fā)周期。 CAE軟件介紹本文運(yùn)用的AutoForm是一款由瑞士開(kāi)發(fā)的專業(yè)薄板成形快速模擬軟件，可以用于薄板、拼焊板的沖壓成形、液壓脹形等過(guò)程的模擬，配合不同的功能模塊，還可以進(jìn)行沖壓件單步法成形模擬以及拉深工序工藝補(bǔ)充面的設(shè)計(jì)。 CAE應(yīng)用介紹1沖壓方向的確定傳統(tǒng)沖壓方向的確定有很大的局限性，對(duì)一些復(fù)雜沖壓件沖壓方向的確定顯得束手無(wú)策(傳統(tǒng)工藝確定沖壓方向可操作性不強(qiáng))，往往有些形狀復(fù)雜的沖壓件因?yàn)闆_壓方向確定的不合理出現(xiàn)調(diào)試不出合格件的情況。傳統(tǒng)工藝確定；中壓方向的方法如下。(1)保證凸模能夠順利進(jìn)入凹模。(2)使凸模接觸毛坯的面積大。(3)壓料面各部分進(jìn)料阻力要均勻可靠。而運(yùn)用CAE分析可以根據(jù)沖壓件的幾何形狀快速確定最佳沖壓方向、有無(wú)沖壓負(fù)角以及最淺拉深深度。，可以根據(jù)沖壓件的工藝編排情況來(lái)確定最佳的沖壓方向。Average normal：平均法向 Min draw depth：最小拉深深度Min backdraft：最小負(fù)角 Screen axes：目視方向圖 沖壓方向分析確定對(duì)于一些復(fù)雜沖壓件的沖壓方向確定亦可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)整沖壓方向，便于材料流動(dòng)．同時(shí)車身坐標(biāo)系與沖壓坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換亦能輕松實(shí)現(xiàn)。2 毛坯尺寸的估算 優(yōu)化以及排樣的優(yōu)化(1)毛坯尺寸的估算對(duì)于一些沖壓件可根據(jù)成形方式(拉深、壓彎等)來(lái)反求毛坯尺寸，使用不同的約束條件將得到不同的毛坯尺寸(Onestep)。(2)迭代法優(yōu)化坯料尺寸反求出的毛坯尺寸可能不夠精確使用A u t o fo r m優(yōu)化(Optimization)模塊，反復(fù)求解得出最接近結(jié)果的真值(迭代的次數(shù)越多，其結(jié)果越接近真值，但所需計(jì)算時(shí)間越長(zhǎng))。(3)優(yōu)化排樣提高材料利用率，傳統(tǒng)排樣方式，材料利用率為80％ ，而優(yōu)化排樣()為經(jīng)過(guò)CAE軟件優(yōu)化過(guò)的排樣．利用率有所高。 優(yōu)化排樣(4)CAE分析結(jié)果對(duì)模具設(shè)計(jì)的優(yōu)化 拉延筋的布置及寬度使用優(yōu)化模塊可以對(duì)拉延筋的布置、寬度進(jìn)行優(yōu)化．選擇合理的拉延筋形狀對(duì)材料流動(dòng)的約束，達(dá)到材料充分拉伸的目的。（排版） 優(yōu)化前后的拉延結(jié)果，更改拉延筋后(增大拉延筋的約束力)的拉深情況遠(yuǎn)好于更改前的。這樣，模具調(diào)試周期被大大縮短，調(diào)試成本也相應(yīng)減少。CAE分析結(jié)果可以為工藝準(zhǔn)備前期提供有力的保證傳統(tǒng)工藝方法對(duì)壓床的選用局限于簡(jiǎn)單壓彎件(可計(jì)算壓彎力、沖裁力)，對(duì)于復(fù)雜沖壓件的壓床的選用只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采取類比的方法，而根據(jù)CAE軟件可迅速反求的凸凹模及壓料圈在成型過(guò)程中所需要的力．然后根據(jù)所需壓力選用合適的壓力機(jī)，避免出現(xiàn)設(shè)備浪費(fèi)或者壓力不足的情況。3 總結(jié)(1)要以現(xiàn)實(shí)沖壓條件為基礎(chǔ)，掌握實(shí)際沖壓條件的數(shù)學(xué)描述方法。否則，CAE分析只能成為理論分析，不能應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。要準(zhǔn)確描述實(shí)際沖壓條件，需要進(jìn)行大量的調(diào)查分析。(2)CAE分析與經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)積累同等重要。如在歐美多數(shù)采用仿真設(shè)計(jì)，但在日本．模具設(shè)計(jì)師通常更多依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)模具。經(jīng)驗(yàn)的重要性體現(xiàn)在：在板料成形CAE分析的預(yù)處理過(guò)程中，好的工藝輔助面及拉延筋可以快速達(dá)到預(yù)期的目的；在后處理分析發(fā)現(xiàn)成形缺陷時(shí)．無(wú)論通過(guò)什么方法來(lái)改善，都需要有豐富的經(jīng)驗(yàn)。(3)CAE分析必須與零件及模具的CAD，CAM并行交互。CAE分析是為零件及模具的設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)優(yōu)化等服務(wù)的，不能將CAE分析孤立，而應(yīng)該更多地滲入零件及模具的設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)，及早地改善模具設(shè)計(jì)，優(yōu)化工藝參數(shù)，甚至改進(jìn)零件設(shè)計(jì)，才能縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。 Auto form 分析結(jié)果顯示說(shuō)明 應(yīng)用CAE分析制件的成形問(wèn)題及提出解決方法 FLC曲線外側(cè)應(yīng)變失效點(diǎn)主要為產(chǎn)品尖角撕裂區(qū) 成形限制極限圖 產(chǎn)品成形性評(píng)估分析結(jié)果該區(qū)域產(chǎn)品形狀有過(guò)渡變薄及撕裂趨勢(shì)可以通過(guò)調(diào)整模具R圓角和板材大小壓邊力大小來(lái)改變 該區(qū)域產(chǎn)品延伸不足可以通過(guò)調(diào)整模具圓角和壓邊力大小改變 產(chǎn)品最終分析結(jié)果局部詳細(xì)示圖 分析報(bào)告該產(chǎn)品在沖壓工藝分析過(guò)程中，考慮到工藝補(bǔ)充部分圓角小，在調(diào)試中更改此區(qū)圓角；另外板料尺寸需按實(shí)際情況調(diào)整。其中，上圖圖示紅色區(qū)域?yàn)檫^(guò)渡變薄區(qū)