CAD/CAE技术在模具设计中的应用

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-23 原文发表时间:2007-06-24 人气:1

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关键词：CAD CAE 模具设计

　　摘要：模具行业试国家工业发展的重要基础行业，各种先进技术应首先应用于模具行业，CAD/CAE技术作为一项重要的技术手段，正越来越广泛地在模具行业得以应用。本文阐述了CAD/CAE技术的发展历程，以及在模具结构设计和分析过程中的一般应用形式，阐述了CAD/CAE技术的应用中的发展趋势。

　　随着科学技术的不断进步和社会的高速发展，产品更新换代越来越快。无论是工业产品还是家电产品，大多数应用模具成型。因此，产品对模具的精度要求越来越高、越来越普及。由于模具是典型的技术密集型产品，为了表达清楚设计意图，设计人员必须花费大量的时间来绘制模架、顶杆、滑块等结构相对固定的零部件。目前，CAD/CAE的发展，为广大模具设计人员提供了方便。特别是近几年来，模具CAD/CAE技术发展很快，应用范围日益扩大，并取得了可观的经济效益。
　　1 模具CAD/CAE的基本概念
　　CAD：（Computer Aided Design）是利用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行总体设计、绘图、工程分析与技术文档等设计活动的总称，是一项综合性技术。
　　CAE：(Computer Aided Engineering)即计算机辅助工程技术，是以现代计算力学为基础，以计算机仿真为手段的工程分析技术，是实现模具优化的主要支持模块。对于模具CAE来讲，目前局限于数值模拟方法，对未来模具的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷。
　　2 CAD/CAE技术的发展过程
　　2.1 CAD技术的发展过程
　　（1）20世纪50年代后期至70年代初期，此阶段为初级阶段——线框造型技术。
　　（2）20世纪70年代初期至80年代初，此阶段是第一次CAD技术革命——曲面（表面）造型技术。
　　（3）20世纪80年代初期至80年代中期，此阶段是第二次CAD技术革命——实体造型阶段。
　　（4）20世纪80年代中期至90年代初期，此阶段是第三次CAD技术革命——参数化技术。
　　参数化设计是用几何约束、工程方程与关系来定义产品模型的形状特征，也就是对零件上的各种特征施加各种约束形式，从而达到设计一组在形状或功能上具有相似性的设计方案。目前能处理的几何约束类型基本上是组成产品形体的几何实体公称尺寸关系和尺寸之间的工程关系，故参数化技术又称为尺寸驱动几何技术。
　　（5）20世纪90年代初期至今，此阶段是第四次CAD技术革命——变量化技术。
　　变量化设计（Variational Design）是通过求解一组约束方程组，来确定产品的尺寸和形状。约束方程组可以是几何关系，也可以是工程计算条件。约束结果的修改受到约束方程驱动。变量化技术既保持了参数化原有的优点（如基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改等），同时又克服了它的许多不利之处（如解决实体曲面问题等）。应用变量化技术具有代表性的软件是SDRC/I-DEAS。
　　2.2 CAE技术的发展过程
　　（1）在20世纪60～70年代处于探索阶段，有限元技术主要针对结构分析问题进行发展，以解决航空航天技术发展过程中遇到的结构强度、刚度以及模拟实验和分析。
　　（2）20世纪70～80年代是CAE技术蓬勃发展时期，出现了大量的机械软件，软机的开发主要集中在计算精度、硬件及速度平台的匹配、计算机内存的有效利用以及磁盘空间利用上，而且有限元分析技术在结构和场分析领域获得了很大的成功。
　　（3）20世纪90年代CAE技术逐渐成熟壮大，软件的发展向各CAD软件的专用接口和增强软件的前后置处理能力方向发展。
目前，CAE软件系统的一个特点是与通用CAD软件的集成使用，即在用CAD软件完成零件或装配部件的造型设计后，自动生成有限元网格并进行计算或进行结构动力学、运动学等方面的计算，如果分析计算的结果不符合设计要求则重新修改造型和计算，直到满足要求为止，极大地提高了设计水平和效率。