【文章內(nèi)容簡介】 助設計技術（CAD）已得到了廣泛的應用，并且得到了快速的發(fā)展，在模具設計、制造中也顯示了巨大的優(yōu)越性。 CAD設計的優(yōu)勢在于：能夠直觀反映設計的真實狀態(tài)，通過運動模擬、干涉檢查等數(shù)字化分析手段，在設計階段就能避免以往在生產(chǎn)制造中才能發(fā)現(xiàn)的問題。標準件庫可為模具結構設計提供可以直接裝配的參數(shù)化、系列化的零件；沖壓設備庫、典型結構庫為結構設計提供了可參考的模型；而基礎結構庫使模具設計更加靈活、智能。資源庫與知識工程的有機結合，形成了模具結構設計的知識庫，成為三維實體設計的基礎。與3DDL圖技術、實體泡沫加工技術的結合，達到真正意義上的三維實體設計。并以此為契機，帶動整個模具生命周期的技術提升。實現(xiàn)模具制造的CAE/CAD/CAM一體化，使模具生產(chǎn)越來越依賴于高科技手段，最大限度地降低人工勞動的強度，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Autodesk公司首次于1982年生產(chǎn)的自動計算機輔助設計軟件，用于二維繪圖、詳細繪制、設計文檔和基本三維設計?，F(xiàn)已經(jīng)成為國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標準格式。Pro/Engineer 是美國PTC公司的產(chǎn)品，于1988年問世。10多年來，經(jīng)歷20余次的改版，已成為全世界及中國地區(qū)最普及的3D CAD/CAM系統(tǒng)的標準軟件，廣泛應用于電子、機械、模具、工業(yè)設計、汽車、航天、家電、玩具等行業(yè)。 Pro/E是全方位的3D產(chǎn)品開發(fā)軟件包，和相關軟件Pro/DESINGER（造型設計）、Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件設計、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、加工制造、鈑金件設計、鑄造件設計、工業(yè)設計、逆向工程、自動測量、機構分析、有限元分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理等功能，從而使用戶縮短了產(chǎn)品開發(fā)的時間并簡化了開發(fā)的流程；國際上有27000多企業(yè)采用了PRO/ENGINEER軟件系統(tǒng)，作為企業(yè)的標準軟件進行產(chǎn)品設計。Pro/E獨樹一幟的軟件功能直接影響了我們工作中的設計、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：（1）基于特征的（FeatureBased）Pro/ENGINEER是一個基于特征的（FeatureBased）實體模型建模工具，利用每次個別建構區(qū)塊的方式構建模型。設計者根據(jù)每個加工過程，在模型上構建一個單獨特征。特征是最小的建構區(qū)塊，若以簡單的特征建構模型，在修改模型時，更有彈性。（2）關聯(lián)的（Associative）通過創(chuàng)建零件、裝配、繪圖等方式，可利用Proe/ENGINEER驗證模型。由于各功能模塊之間是相互關聯(lián)的，如果改變裝配中的某一零件，系統(tǒng)將會自動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系，使得某一特征的修改會同時牽動其他特征的變更，以滿足設計者的要求。如果 某一特征參考到其他特征時，特征之間即產(chǎn)生父/子（parent/child）關系。（4）構造曲面（surface）復雜曲面的生成主要有三種方法：1）由外部的點集，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（造型設計）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量儀產(chǎn)生的曲面（5）在裝配圖中構建實體根據(jù)已建好的實體模型，在裝配（ponent）中，利用其特征（平面，曲面或軸線）為基準，直接構建（Create）新的實體模型。這樣建立的模型便于裝配，在系統(tǒng)默認（default）狀態(tài)下，完成裝配。 CAD在本設計中的應用基于CAD軟件的優(yōu)勢，本設計采用Auto CAD繪制二維圖。 凹模平面圖 壓邊圈平面圖三維實體圖的繪制采用Pro/Engineer。另外沖壓分析時應用了 Catia V5，在實體圖的演示方面采用了Product View。 凸模立體圖 CAE應用 CAE分析介紹成型CAE在模具設計中的應用，實際上是對模具設計方案進行評估優(yōu)化的過程。在板料設計中合理應用CAE技術，可以避免和減少傳統(tǒng)模具設計方法產(chǎn)生的浪費、失誤甚至報廢，有效提高模具開發(fā)的效率，降低開發(fā)成本。CAE在汽車鈑金零件設計中的應用由于汽車覆蓋件形狀及其成形過程的多樣性和復雜性，多數(shù)情況下成形工序與工藝參數(shù)要通過多次試驗才能確定。加工過程的控制、模具的設計和制造都直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和價格。加工過程不當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代周期越來越短，傳統(tǒng)的設計方法已經(jīng)明顯不適應現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求。汽車企業(yè)為了縮短開發(fā)周期，提高新產(chǎn)品開發(fā)的綜合效益，大量采用計算機輔助技術來設計和模擬分析車身覆蓋件，從而大大縮短了車身覆蓋件的開發(fā)周期。 CAE軟件介紹本文運用的AutoForm是一款由瑞士開發(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、液壓脹形等過程的模擬，配合不同的功能模塊，還可以進行沖壓件單步法成形模擬以及拉深工序工藝補充面的設計。 CAE應用介紹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，對一些復雜沖壓件沖壓方向的確定顯得束手無策(傳統(tǒng)工藝確定沖壓方向可操作性不強)，往往有些形狀復雜的沖壓件因為沖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入凹模。(2)使凸模接觸毛坯的面積大。(3)壓料面各部分進料阻力要均勻可靠。而運用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、有無沖壓負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：最小負角 Screen axes：目視方向圖 沖壓方向分析確定對于一些復雜沖壓件的沖壓方向確定亦可以根據(jù)經(jīng)驗手動調(diào)整沖壓方向，便于材料流動．同時車身坐標系與沖壓坐標系的轉(zhuǎn)換亦能輕松實現(xiàn)。2 毛坯尺寸的估算 優(yōu)化以及排樣的優(yōu)化(1)毛坯尺寸的估算對于一些沖壓件可根據(jù)成形方式(拉深、壓彎等)來反求毛坯尺寸，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，反復求解得出最接近結果的真值(迭代的次數(shù)越多，其結果越接近真值，但所需計算時間越長)。(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CAE軟件優(yōu)化過的排樣．利用率有所高。 優(yōu)化排樣(4)CAE分析結果對模具設計的優(yōu)化 拉延筋的布置及寬度使用優(yōu)化模塊可以對拉延筋的布置、寬度進行優(yōu)化．選擇合理的拉延筋形狀對材料流動的約束，達到材料充分拉伸的目的。（排版） 優(yōu)化前后的拉延結果，更改拉延筋后(增大拉延筋的約束力)的拉深情況遠好于更改前的。這樣，模具調(diào)試周期被大大縮短，調(diào)試成本也相應減少。CAE分析結果可以為工藝準備前期提供有力的保證傳統(tǒng)工藝方法對壓床的選用局限于簡單壓彎件(可計算壓彎力、沖裁力)，對于復雜沖壓件的壓床的選用只能根據(jù)經(jīng)驗采取類比的方法，而根據(jù)CAE軟件可迅速反求的凸凹模及壓料圈在成型過程中所需要的力．然后根據(jù)所需壓力選用合適的壓力機，避免出現(xiàn)設備浪費或者壓力不足的情況。3 總結(1)要以現(xiàn)實沖壓條件為基礎，掌握實際沖壓條件的數(shù)學描述方法。否則，CAE分析只能成為理論分析，不能應用于實際生產(chǎn)。要準確描述實際沖壓條件，需要進行大量的調(diào)查分析。(2)CAE分析與經(jīng)驗學習積累同等重要。如在歐美多數(shù)采用仿真設計，但在日本．模具設計師通常更多依靠經(jīng)驗來設計模具。經(jīng)驗的重要性體現(xiàn)在：在板料成形CAE分析的預處理過程中，好的工藝輔助面及拉延筋可以快速達到預期的目的；在后處理分析發(fā)現(xiàn)成形缺陷時．無論通過什么方法來改善，都需要有豐富的經(jīng)驗。(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計和工藝參數(shù)優(yōu)化等服務的，不能將CAE分析孤立，而應該更多地滲入零件及模具的設計、工藝設計，及早地改善模具設計，優(yōu)化工藝參數(shù)，甚至改進零件設計，才能縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。 Auto form 分析結果顯示說明 應用CAE分析制件的成形問題及提出解決方法 FLC曲線外側(cè)應變失效點主要為產(chǎn)品尖角撕裂區(qū) 成形限制極限圖 產(chǎn)品成形性評估分析結果該區(qū)域產(chǎn)品形狀有過渡變薄及撕裂趨勢可以通過調(diào)整模具R圓角和板材大小壓邊力大小來改變 該區(qū)域產(chǎn)品延伸不足可以通過調(diào)整模具圓角和壓邊力大小改變 產(chǎn)品最終分析結果局部詳細示圖 分析報告該產(chǎn)品在沖壓工藝分析過程中，考慮到工藝補充部分圓角小，在調(diào)試中更改此區(qū)圓角；另外板料尺寸需按實際情況調(diào)整。其中，上圖圖示紅色區(qū)域為過渡變薄區(qū)