排序機遠距設計(CAD)/排序機遠距工程建設(CAE)技術在塑膠制品的設計制造中充分發揮著重要作用。借助CAD設計產品結構，形成二維數字模型，再選用CAE排序分析機械結構，評價CAE排序結果。CAE是將工程建設問題模型化并運用數值排序對模型展開模擬分析的軟件控制系統。常用的鑄件CAD/CAE軟件有Pro/E，UG，Moldflow，Solidworks，CATIA，ANSYS等。Pro/E軟件是美國模塊技術公司于1988年開發的，主要機能和特點是模塊化設計和如前所述特征建模的具有單一資料庫機能的實體模型化控制系統，可用作鑄件設計和機械制造。UG軟件是西門子產品生命周期管理軟件公司的產品工程建設解決方案，可用作工藝設計和產品設計的模擬確認和強化，應用領域作航空器、電動汽車制造及鑄件設計等應用領域領域。MoldFlow軟件是澳大利亞Moldflow公司的產品，能驗證和強化塑膠鑄件和壓鑄成形流程。Solidworks軟件是如前所述Windows開發的二維CAD控制系統，用作工業設計與機械設計等應用領域領域。CATIA軟件是法國達索公司開發的，CATIA系列產品可為電動汽車、航空中國航天、船舶制造、鋼構廠房設計、建筑、電子電力、通用型機械制造等應用領域領域提供二維設計和演示解決方案。ANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用型有限元分析軟件，能與多數CAD軟件接口，同時實現數據的共享和交換，在眾多應用領域領域有著廣泛應用領域。

借助CAD/CAE技術對壓鑄鑄件設計，具體來說要創建產品二維模型，在此基礎上展開塑件分析，透過對鑄件的設計分析和可行性分析，先期設計出鑄件的結構，透過對鑄件展開充填分析、殼狀分析、加熱分析和Vertaizon分析，對鑄件結構的先期設計展開完善和強化，從而完成鑄件結構抽象化，之后進入詳盡設計階段。在抽象化鑄件結構的基礎上，展開型芯混煉的設計和成形零組件的設計，對澆鑄控制系統、加熱控制系統、側向抽芯和勾出機構的設計。透過充填分析、殼狀分析、加熱分析、Vertaizon分析強化壓鑄鑄件的詳盡設計，最后可調用模架和鑄件標準件資料庫展開換裝設計。本文主要綜述了CAD/CAE技術在一般塑膠制品制造、電動汽車高性能和中國航天航空等應用領域領域的應用領域。

　　1 CAD/CAE技術在一般塑膠制品制造應用領域領域的應用領域

CAD/CAE技術廣泛用作一般塑膠制品的設計制造。周天元挑選出聚碳酸酯（PC）與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）合金作為筆記本電腦插口的原料，選用Pro/E軟件對產品的平均寬度、拔模角度和表觀面等展開二維結構分析，并對塑膠鑄件的模仁部分展開二維分模，獲得鑄件的混煉體積。選用Moldflow軟件的MPI機能模塊和模流分析對壓鑄操作過程展開演示，選用控制系統推薦的成形模塊演示充填、保壓、加熱等操作過程，找出最差壓鑄成形管則，得出最差模塊：壓鑄天數為1.8s、保壓天數為8.0s、加熱天數為19.0s、熔體環境溫度為256℃、鑄件環境溫度為80℃，制品的總Vertaizon形變量為0.8644mm，確定了影響Vertaizon形變的工藝模塊從大到小依次為壓鑄天數、熔體環境溫度、加熱天數、保壓天數、鑄件環境溫度。研究表明，借助CAD/CAE技術對塑膠鑄件展開設計，并演示成形工藝能提升實際成形產品的質量和壓鑄成形工作效率，降低后續壓鑄成形操作過程中鑄件試模、修模的次數。王健選用PC與ABS合金制作手機外殼。具體來說選用Pro/E軟件中的零件模塊，經過拉伸、鏡像、AX50、復制、倒圓角等特征命令創建手機外殼實體模型。借助ANSYS軟件展開靜力學分析，勁敵機外殼模型展開改進，透過增設加益、增加寬度和選用圓角過渡，以避免在表面區域出現明顯應力集中現象。再借助Pro/E?Plastics軟件，挑選出管則位置、充模天數和壓鑄壓力展開塑件模流模擬分析，得到管則位置挑選出在側面點，充模天數0.56s，最大進口壓力57.47MPa。再選用Pro/E軟件勁敵機殼展開鑄件設計分析。如前所述Pro/E軟件對“裙邊曲面”機能的鑄件展開表觀面優先選擇，澆鑄操作過程選用M102z兩腔平衡粘毛。在成形零件設計、強化操作過程中，結合優先選擇的表觀面，自動生成凹模和凸模，對其展開虛擬換裝。優先選擇模架及零組件并將手機殼鑄件和模架換裝展開開模模擬操作實驗，最終設計出符合標準要求的手機外殼模架。

　　2 CAD/CAE技術在電動汽車高性能應用領域領域的應用領域

電動汽車高性能技術能降低電動汽車油耗、減少電動汽車尾氣排放。電動汽車高性能的主要目標是同時實現底盤高性能和零件高性能，能透過選用高性能金屬材料和底盤結構強化設計來同時實現。選用高性能金屬材料（如工程建設塑膠和碳纖維復合金屬材料）代替傳統金屬金屬材料廣泛應用領域作電動汽車蓋板、前端支架、底盤構架、傳動軸和輪轂等組件的制造。電動汽車高性能工程建設塑膠主要有聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯等，通常選用壓鑄工藝。在塑膠制品量產前，能選用CAD/CAE技術創建塑件模型，針對壓鑄制品存在的缺陷（如充填不滿、收縮、燒焦、毛刺、流痕、Vertaizon形變等），需要用CAE演示強化，能方便快捷地強化壓鑄金屬材料、成形鑄件和工藝模塊，提高制品質量、生產工作效率，和降低生產成本。

CAD/CAE技術應用領域作電動汽車高性能組件設計，具體來說依據眾所周知的電動汽車零件。通常先量測實物得到眾所周知零件具體體積，選用Pro/E，UG，CATIA等軟件根據量測數據創建二維模型，借助有限元分析軟件ANSYS和Pro/E之間的數據交換接口，直接將模型導入ANSYS，Ansys?Workbench，Abaqus等軟件，根據零件的實際工況設置約束和載荷展開有限元分析，根據分析結果可選用Ansys?Workbench軟件進一步強化設計。楊咸啟等選用UG?NX軟件新建繪圖界面，根據量測數據繪制UG?NX草圖。執行拉伸、孔、倒斜角、邊倒圓等命令完成產品二維模型，然后展開零件鑄件設計。選用注射鑄件生產電動汽車高性能零件，需要對凹模和凸模的結構展開設計。在對凹模的結構設計中，需要根據鑄件混煉的強度、剛度、耐磨性及抗疲勞性挑選出凹模材質，確定凹模形式和混煉壁厚。對于凸模的結構設計，要確定模芯結構，并確定凹模與凸模的固定方式。零件模擬設計完成后，排序鑄件模塊，包括壓鑄量排序、鎖模力排序和注射壓力及成形結構體積排序等。對于壓鑄量的排序，先點擊UG二維模型中的排序體能得到零件的體積，根據澆鑄控制系統凝料的總體積排序方法，挑選出適當估值，排序壓鑄成形機最大注射量。對于鎖模力，根據UG軟件排序的塑件在表觀面上的投影面積，挑選出投影面積系數，依據鎖模力的排序公式求取鎖模力。注射壓力和成形結構體積的排序能選用常規公式求得。最后，優先選擇壓鑄機和壓鑄金屬材料，借助鑄件加工遠距控制系統提出合理的加工工藝展開零件的加工成形。透過對眾所周知電動汽車零件的模擬設計能縮短產品設計周期并提高設計工作效率。陸玲梅等在對電動汽車天窗滑軌塑件設計中，具體來說選用UG軟件展開鑄件設計，然后運用Moldflow模流分析軟件對電動汽車天窗滑軌展開預成形演示。先將CAD模型導入Moldflow軟件展開網格劃分，即展開中層面網格、表面網格和實體網格的劃分，再對網格展開診斷并修復。之后展開模塊分析，包括充填分析、保壓分析、加熱分析、Vertaizon分析等，以挑選出適宜的塑件金屬材料，創建澆鑄控制系統和加熱控制系統，設置工藝模塊，最后展開排序并分析可視化結果。根據分析結果展開原料更換、方案修改和工藝調整，以得到最差的壓鑄成形制品。Moldflow軟件演示最差工藝組合模塊：保壓壓力為注射壓力的99.53%，保壓天數為13s，鑄件環境溫度為64℃，熔體環境溫度為265℃。

3 CAD/CAE技術在航空中國航天應用領域領域的應用領域

　　在航空中國航天應用領域領域，燃油成本約占航空總成本的26%。飛行器高性能能有效降低燃料消耗，減少飛行器動力消耗。因此，能選用工程建設塑膠替代金屬金屬材料，還能選用碳纖維增強塑膠進一步減輕飛行器質量。但由于航空構件高性能對于航空器高速飛行和空中姿態等安全性能有影響，在展開高性能設計制造時需要展開嚴格模擬分析。

賈鶴在對航空機箱成形鑄件的研究中，選用UG軟件完成航空機箱、電子模塊、蓋板等的二維建模，航空機箱長320mm，寬194mm，高120mm，厚2mm。按照零件相互關系創建航空機箱體成形鑄件的二維換裝模型。以Parasolid的格式將換裝模型導入到Ansys?Workbench軟件創建有限元模型。選用相同的網格劃分、施加負載、分析天數和邊界條件對分別以碳纖維增強塑膠和鋁合金金屬材料為原料制造的航空機箱展開力學分析，并對應力云圖和總形變云圖展開對比。結果表明，以鋁合金為原料，箱體質量為820.6g，應力集中區域在箱體底部一端，應力最大值為1.117MPa，主要形變位置發生在箱體底部中心，最大形變量為0.001160?mm；以碳纖維增強塑膠為原料，箱體質量為468.9g，較鋁合金材質箱體質量減輕了42.86%，應力集中區域在箱體底部一端，應力最大值為1.092MPa，主要形變位置在箱體底部中心，最大形變量為0.000990mm。以碳纖維增強塑膠為原料制造航空機箱，成形方式為鋪疊擠壓成形，即由多層碳纖維織布浸漬樹脂，之后展開逐層鋪疊，最終透過擠壓成形。成形操作過程中要求機箱內部不能有氣泡和空穴，不能有塌陷、凸起和角落堆疊。借助CAD自頂向下創建內模、外模及驅動裝置，并用Ansys?Workbench軟件對成形鑄件展開應力應變分析，得出成形鑄件最大應力發生在外模上部，為40.693MPa，最大形變量為0.004148mm。最后選用UG軟件對成形鑄件展開運動模擬，明確各零組件之間沒有干涉情況。結果表明，選用碳纖維增強塑膠替代鋁合金制造航空機箱，各項性能沒有明顯改變，并且航空機箱質量減輕了42.86%。裴允嘉選用有限元分析方法對選用碳纖維制備的重載四旋翼無人機的傳動控制系統展開了力學分析和裝配體結構分析。該無人機選用燃油驅動，透過傳動控制系統，帶動4個變距涵道螺旋槳控制系統高效工作。選用二維制圖軟件（如CATIA，UG）對傳動軸結構（包括傳動軸中間軸結構、支臂外軸試驗臺、支臂內軸聯軸器）展開設計建模，應用領域ANSYS軟件對傳動控制系統結構展開了有限元強度分析。具體來說在Ansys?Workbench軟件中，分別以-45°，45°，0°，90°纖維逐層鋪設角度創建模擬模型并排序出受力情況最好的鋪層方式。應用領域有限元軟件ANSYS求解碳纖維傳動軸承受扭矩載荷時的應力與扭轉角度，并對碳纖維管扭轉強度展開模擬分析，得出銷孔位置所受應力最大為787.11MPa，傳動軸受轉矩載荷后，扭轉角度為1.67°。在對碳纖維中間軸結構有限元分析中，選用碳纖維T700作為中間軸金屬材料。選用CATIA二維建模軟件展開軸結構設計及網格劃分，并用Ansys?Workbench軟件中的MeshMetric工具展開網格質量檢查。結果顯示，中間傳動軸換裝結構受載情況下，最大應力點在中間傳動軸上的銷釘孔位置，為219.43MPa；大帶輪受力后位移最大，形變量最大為2.35mm。對碳纖維支臂外殼組件的力學特性展開有限元分析，導入有限元模型并展開網格劃分，選用Jacobian?Ratio方法檢查網格劃分的質量。結果顯示，支臂受拉載荷下，碳纖維外軸最大應力為138.44MPa，最大應力部位在接觸邊緣；快拆結構軸頭最大應力為292.99MPa，最大應力部位在鉚釘孔，齒輪箱軸頭最大應力為186.88MPa。對內軸聯軸器分析，金屬聯軸器選用鋁合金材質，彈性模量7.1×104MPa，泊松比0.33；銷釘選用鋼材質，彈性模量2.0×105MPa，泊松比0.30；墊塊選用聚乙烯材質，彈性模量1100MPa，泊松比0.42。有限元分析結果表明，聯軸器所受最大應力為63.92MPa，最大形變量為0.12mm。聯軸器墊塊最大應力為13.35MPa，最大形變量為0.11mm。設計分析和強化結果表明，選用碳纖維金屬材料制造無人機傳動控制系統傳動軸能在滿足強度基礎上降低傳動結構的質量，并可延長選用壽命。

　　4 結語

CAD/CAE技術廣泛應用領域作塑件加工鑄件的設計和制造，能保證塑件鑄件結構設計的可靠性和高效性，降低了生產成本，提高了產品的設計質量。

　　（互聯網 ：付饒 王炳樂 ）

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