模具CAD实践报告

模具CAD/CAM软件实践

报 告

班 级： 姓 名： 班级序号： 0 4 指导教师： 时 间： 2010.12.19-2010.12.25

摘 要：随着中国经济的快速发展，“中国制造”开始行销全球。2006年，中国制造业的GDP增加值达到10956亿美元，首次在总量上超过日本，成为世界排名第二的制造大国；2007年，中国制造业的GDP增加值达到13000亿美元。陕西渭河工模具总厂是机械电子行业工模具专业生产企业。从最初的研发试制到现在CAD/CAM的应用，设计和制造了许多典型的冷冲模具，在国内赢得了良好的声誉。近年来，随着CAD/CAM的不断应用，我厂生产了大批的精密冲压模具，特别是多工位级进模和多工位传递模具，不论从设计上还是制造方面均可与进口模具相媲美。 我厂应用CAD/CAM技术起步较早，不但是在设计和加工上应用了CAD技术，同时在工艺参数上，特别是复杂零件的几何参数上也应用了CAD技术，被陕西省科技厅、国家科技部授予“CAD示范企业\"称号。近10年来，在模具设计上已经全部采用了CAD技术，部分加工上也应用了CAM技术。我厂模具设计应用平台硬件是美国SGI工作站，软件是美国EDS公司的UG软件，近年来又购进了\"电子图板\"设计软件。同时，针对本厂所设计的范围我们做了许多标准件的图库，此项工作大大地提高了设计速度。CAD/CAM技术在该厂应用面比较广，但存在的不足主要有三点：一是由于软件引进较早，且一直没有升级，与现在的UG版本差11个版本。

关键词: CAD;CAE;CAM; 前 言

随着计算机技术的发展，计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）技术在工程设计、制造等领域中具有重要影响的高新技术。CAD/CAM技术自动加工的实现对社会产生了巨大的经济效益。

在20世纪60年代初，麻省理工学院研究生发表了《人机对话图形通信》，推出了二维SKETCHPAD系统，系统允许设计者在图形显示器前操作光笔和键盘，同时可以在显示器上显示图形，由此为CAD/CAM技术提供了理论基础。20世纪60年代到20世纪70年代中期是CAD/CAM技术走向成熟的阶段，随着计算机硬件的发展，三维几何软件也相应发展起来。到了20世界90年代，CAD/CAM技术从单一的模式、单一的功能走向集成化和智能

化。使用CAD/CAM各子系统之间进行数据交换，从而出现了面向对象的技术、并行工程的思想、人工智能技术等。我国CAD/CAM技术从20世纪70年代开始以来，经过不断的发展和推广使用，取得了良好的经济效益和社会效益，以Pro/Engineer、Unigraphics、Solidworks为代表的CAD/CAM软件技术是目前最完善的CAD/CAM技术。

计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。 在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。

CAE(Computer Aided Engineering)是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。CAE从60年代初在工程上开始应用到今天，已经历了50多年的发展历史，其理论和算法都经历了从蓬勃发展到日趋成熟的过程，现已成为工程和产品结构分析中(如航空、航天、机械、土木结构等领域)必不可少的数值计算工具，同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。随着计算机技术的普及和不断提高，CAE系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于产品数字建模的CAE系统应运而生，并已成为结构分析和结构优化的重要工具，同时也是计算机辅助4C系统(CAD/CAE/CAPP/CAM)的重要环节。CAE系统的核心思想是结构的离散化，即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。其基本过程是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体；通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量(应力、位移、压力和温度等)问题简化为求解有限

的单元节点上的场变量值。此时得到的基本方程是一个代数方程组，而不是原来描述真实连续体场变量的微分方程组。求解后得到近似的数值解，其近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数。根据经验，CAE各阶段所用的时间为：40%～45%用于模型的建立和数据输入，50%～55%用于分析结果的判读和评定，而真正的分析计算时间只占5%左右。针对这种情况，采用CAD技术来建立CAE的几何模型和物理模型，完成分析数据的输入，通常称此过程为CAE的前处理。同样，CAE的结果也需要用CAD技术生成形象的图形输出，如生成位移图、应力、温度、压力分布的等值线图，表示应力、温度、压力分布的彩色明暗图，以及随机械载荷和温度载荷变化生成位移、应力、温度、压力等分布的动态显示图。我们称这一过程为CAE的后处理。针对不同的应用，也可用CAE仿真模拟零件、部件、装置(整机)乃至生产线、工厂的运动和运行状态。

计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）技术的提出就是要把工程（生产）的各个环节有机地组织起来，其关键就是将有关的信息集成，使其产生并存在于工程（产品）的整个生命周期。因此，CAE系统是一个包括了相关人员、技术、经营管理及信息流和物流的有机集成且优化运行的复杂的系统

CAM(computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)：利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程。它输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹(刀位文件)和数控程序。CAM (computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)的核心是计算机数值控制(简称数控)，是将计算机应用于制造生产过程的过程或系统。1952年美国麻省理工学院首先研制成数控铣床。数控的特征是由编码在穿孔纸带上的程序指令来控制机床。此后发展了一系列的数控机床，包括称为“加工中心”的多功能机床，能从刀库中自动换刀和自动转换工作位置，能连续完成锐、钻、饺、攻丝等多道工序，这些都是通过程序指令控制运作的，只要改变程序指令就可改变加工过程，数控的这种加工灵活性称之为“柔性”。加工程序的编制不但需要相当多的人工，而且容易出错，最早的CAM便是计算机辅助加工零件编程工作。麻省理工学院于1950年研究开发数控机床的加工零件编程语言APT，它是类似FORTRAN的高级语言。增强了几何

定义、刀具运动等语句，应用APT使编写程序变得简单。这种计算机辅助编程是批处理的。

CAM系统一般具有数据转换和过程自动化两方面的功能。CAM所涉及的范围，包括计算机数控，计算机辅助过程设计。。

一 、模具CAD（PROE模具设计）

（一）凹凸模尺寸计算;

1.零件尺寸：杯子杯口直径80mm，杯底直径60mm，杯子高度200mm，杯底与杯壁成92°，杯子壁厚１ｍｍ，底部厚１ｍｍ。材料选择聚丙烯。

２.凹模工作尺寸计算:

径向尺寸;L=[L塑（k+1）-3/4}Δ]+ δ

杯口；L=【82（1+2%）-（3/4）*0.88】+0.88/4

=82.98+0.22

杯底：L=【62（1+2%）-（3/4）*0.52】+0.22

深度尺寸：H=【H(1+k)-(2/3)Δ】+ δ]

=[201（1+2%）-(2/3)*1.6]+0.4

=203.95+0.4 3.凸模工作尺寸：

径向尺寸;L=[L塑（k+1）+(3/4)Δ]- δ 杯口：L=[80（2%+1）+(3/4)0.76]- 0.19 =82.17-0.19

杯底：L=[60（2%+1）+(3/4)0.64]- 0.16 =61.68-0.16

深度尺寸计算：H=【H(1+k)+(2/3)Δ】- δ =[200（1+2%）+(2/3)*1.5]-0.375 =204.01-0.375

1、零件图

图表 1零件图（水杯

2、凹模

图表 2凹模

3、凸模

图表 3凸模

二 .模具CAE（ANSYS模具结构分析）

步骤： 1.1进入ANSYS 1.2设置计算类型

ANSYS Main Menu: Preferences„ →select Structural → OK 1.3选择单元类型

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad brouw 8node 45 →OK (back to Element Types window) → Options„ →select K3: Axisymmetric →OK→Close (the Element Type window)

1.4定义材料参数

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.1e11, PRXY:0.3 → OK

1.5生成几何模型

用ANSYS导入功能，直接导入已存的*igs格式文件，导入后如图显示

1.6网格划分

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size

Controls)Areas set:拾取面→OK→ back to the mesh tool window)Mesh: Areas, Shape: Quad, Mapped →Mesh →Pick All (in Picking Menu) → Close( the Mesh Tool window)划分后如图

1.7 模型施加约束 * 施加约束

ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement→On Areas→拾取约束面Lab2: 各个方向 → OK

* 施加分布载荷

ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Areas →拾取小圆弧面；OK →input VALUE:3000 →OK 效果图如下

1.8 分析计算

ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK(to close the solve Current Load Step window) →OK

1.9 结果显示

ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape„ → select Def + Undeformed →OK (back to Plot Results window) →Contour Plot →Nodal Solu„ →select: DOF solution, UX,UY, Def + Undeformed , Stress ,SX,SY,SZ,Def + Undeformed→OK

显示的综合变形云图与等效应力均布图如下

1.10 退出系统

ANSYS Utility Menu: File→ Exit„→ Save Everything→OK

分析:综合上图次凸模最宜变形的地方是与板料接触的接触面及与凹模接触的接触面，其最大应力解为11305，易损坏，建议将应力集中处（如图两圆柱接触的圆的边缘）改为圆弧过渡或者加缓冲垫片。

三．模具CAM（mastercam） 1.导入零件图

2.设置机床类型 铣床-系统默认 3选择刀具路径

刀具路径-C外线铣削刀具路径-定义刀具-外形铣削参数

4刀路模拟

5材料设置

6实体验证

四．小结

经过了一个星期的CAD\\CAM实习，虽然说时间不长，可是对于我来说收获却是很多的。首先对CAD\\CAM知识较以前来说有所提高，比以前全面了，以前生疏的操作命令在这一个星期的实习磨练下能够熟练的运用了。当然在画图及编程的时候还是遇到了不少的困难，通过老师的讲解与自己的理解画了出来，有些问题还是要通过自己的思考，自我思考的能力是不可缺少的，能够让自己独立的解决难题，独立的思考才能把不会的知识转变为自己的，在以后遇到难题的时候就能够很好的解决，这也是一种能力，在CAD、CAM的实习中我学会了这一点，这是我的一大收获。

画图的时候心要静下来，才能画好每一幅图。在画图中有时候遇到麻烦就感觉很烦，周一的时候图画好了，由于电脑的死机图没有保存下来，付出的努力白费了。特别的是在最后的一幅装配图上的错误，心里不能平静下来。过了一段时间感觉图还是要画出来啊！现在烦什么用，只要之后面的时候抓紧时间做就好了，于是就静下心来画图，心静下来后画图的速度快了很多。

这次的实习作业不算轻松，这就需要有足够的耐心，能够坐下来画好每一幅图，不要像小猫钓鱼一样三心二意，那样只会一事无成，什么都做不好。有些人没能做出来就拷呗，那是对自己的不负责任，耐心的去做一件事，凭借自己的能力完成它，自己就会很有成就感，就会有收获。

总而言之，在这次的CAD\\CAM的实习我的专业知识在提高，同时还磨练了我的耐心，能够专注的去做好每一件事，体会到了合作的快乐，认识到了理论知识的重要性。在这次的CAD\\CAM的实习中我体会到了快乐，自己有种满足感和成就感!