模具CAE分析

CAE軟件在優(yōu)化設(shè)計方案方面更顯優(yōu)勢，使用CAE分析可以對不同的成型方案進(jìn)行反復(fù)的評測對比，尋求最優(yōu)設(shè)計。同時，CAE軟件又是一種教學(xué)工具，通過對注射成型過程各階段的定性與定量描述，CAE能夠幫助設(shè)計者熟悉熔體在型腔內(nèi)的流動行為，把握熔體流動、保壓、凝固的基本原則，幫助設(shè)計新手克服經(jīng)驗不足導(dǎo)致的偏頗，幫助有經(jīng)驗的工程師注意那些也許會被忽視的細(xì)節(jié)。

CAE分析可以輸出重要的設(shè)計數(shù)據(jù)，如壓力分布、溫度、剪切速率、剪切應(yīng)力、速度等，設(shè)計者可由CAE獲取諸如充填模式、熔合紋與氣穴的位置、注射壓力和鎖模力大小、纖維取向、冷卻時問、最終成型情況等信息。作為一種設(shè)計工具，CAE能夠輔助模具設(shè)計師優(yōu)化流道系統(tǒng)與模具結(jié)構(gòu)，協(xié)助產(chǎn)品設(shè)計師從工藝的角度改進(jìn)產(chǎn)品形狀、選擇最佳成型性能的塑料，幫助模具制造者選擇合適的注射機，指導(dǎo)模塑工程師設(shè)置合理的工藝條件。

《模具CAD/CAE/CAM》主要介紹模具的數(shù)字化設(shè)計制造及相關(guān)知識，包括模具CAD/CAE/CAM基礎(chǔ)知識、模具CAD、模具CAE、模具CAM及模具CAD/CAE/CAM一體化。對于模具CAD/CAE/CAM，選擇典型的工藝和模具，通過豐富的實例和詳盡的步驟說明對其進(jìn)行深入淺出的講解，具有很強的實用性和可操作性。《模具CAD/CAE/CAM》為模具CAD/CAE/CAM的工程人員提供了一個學(xué)習(xí)途徑，也可以作為大專院?！澳＞逤AD/CAE/CAM”專業(yè)的培訓(xùn)教材。

第1章 模具CAD/CAM/CAE概述1

1.1 CAD/CAM/CAE基本概念1

1.2 CAD/CAM/CAE技術(shù)的基本特點1

1.3 CAD/CAM/CAE技術(shù)在模具行業(yè)中的應(yīng)用2

1.3.1 CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域2

1.3.2 模具CAD/CAM/CAE技術(shù)的優(yōu)越性3

1.3.3 模具CAD/CAM/CAE技術(shù)的特點4

1.4 模具CAD/CAM/CAE系統(tǒng)組成4

1.4.1 模具CAD/CAM/CAE系統(tǒng)的硬件構(gòu)成4

1.4.2 模具CAD/CAM/CAE系統(tǒng)的軟件組成5

1.5 模具CAD/CAM/CAE技術(shù)的發(fā)展趨勢7

1.6 模具CAD/CAM/CAE常用軟件簡介7

1.6.1 小型CAD/CAM軟件8

1.6.2 大型CAD/CAM/CAE集成軟件10

1.6.3 有限元分析專用軟件12

第2章 模具CAD/CAM/CAE基礎(chǔ)技術(shù)15

2.1 圖形處理技術(shù)15

2.1.1 常見交互技術(shù)15

2.1.2 參數(shù)化技術(shù)16

2.2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)21

2.2.1 IGES標(biāo)準(zhǔn)21

2.2.2 STEP標(biāo)準(zhǔn)23

2.3 產(chǎn)品零件造型25

2.3.1 線框造型26

2.3.2 表面造型27

2.3.3 實體造型27

2.3.4 特征造型28

第3章 注射模CAD技術(shù)33

3.1 注射模CAD概述33

3.1.1 注射模設(shè)計技術(shù)的發(fā)展階段33

3.1.2 CAD技術(shù)在注射模中的應(yīng)用34

3.1.3 注射模CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢35

3.2 注射模CAD的主要內(nèi)容35

3.2.1 注射模工作原理和結(jié)構(gòu)組成35

3.2.2 注射模CAD系統(tǒng)的工作流程37

3.3 注射模成型零部件CAD39

3.4 注射模標(biāo)準(zhǔn)模架的建庫與選用42

3.4.1 裝配模型的定義42

3.4.2 標(biāo)準(zhǔn)模架裝配模型的建立42

3.4.3 標(biāo)準(zhǔn)模架裝配模型的管理與調(diào)用46

3.5 注射模典型結(jié)構(gòu)與零件設(shè)計CAD46

3.5.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計47

3.5.2 側(cè)向抽芯機構(gòu)設(shè)計48

3.5.3 脫模和頂出機構(gòu)設(shè)計50

3.5.4 冷卻系統(tǒng)設(shè)計51

3.6 UG軟件針對注射模具制造的功能51

3.6.1 MoldWizard模塊概述52

3.6.2 MoldWizard模塊應(yīng)用實例53

第4章 級進(jìn)模CAD技術(shù)61

4.1 級進(jìn)模CAD系統(tǒng)概述61

4.1.1 級進(jìn)模CAD系統(tǒng)發(fā)展概況61

4.1.2 級進(jìn)模CAD系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)62

4.1.3 級進(jìn)模CAD系統(tǒng)的發(fā)展趨勢62

4.2 級進(jìn)模CAD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能63

4.2.1 級進(jìn)模CAD系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)63

4.2.2 級進(jìn)模CAD系統(tǒng)的功能模塊63

4.2.3 級進(jìn)模CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流65

4.2.4 級進(jìn)模CAD系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)65

4.3 UG/PDW的應(yīng)用介紹及實例68

4.4 其他專用沖模CAD技術(shù)76

4.4.1 汽車覆蓋件模具CAD技術(shù)76

4.4.2 集成電路引線框架多位精密級進(jìn)模CAD技術(shù)77

第5章 模具CAM技術(shù)79

5.1 模具數(shù)控加工概述79

5.1.1 模具制造的要求79

5.1.2 模具數(shù)控加工的特點80

5.2 模具數(shù)控編程系統(tǒng)81

5.2.1 數(shù)控機床81

5.2.2 數(shù)控加工81

5.2.3 數(shù)控編程系統(tǒng)81

5.3 利用CAM系統(tǒng)進(jìn)行自動編程的基本步驟82

5.4 UG的CAM功能介紹83

5.4.1 UG加工模塊綜述83

5.4.2 刀具軌跡的管理85

5.4.3 UG銑削加工方法介紹85

5.5 CAM的后置處理95

5.5.1 UGNX后處理簡介95

5.5.2 后處理編輯器95

第6章 注塑模具CAE技術(shù)97

6.1 注塑成型基礎(chǔ)知識97

6.1.1 注塑成型定義97

6.1.2 注塑成型工藝過程98

6.1.3 注塑成型工藝條件99

6.2 常見注塑制品缺陷及產(chǎn)生原因100

6.2.1 短射100

6.2.2 氣穴101

6.2.3 熔接痕和熔接線102

6.2.4 滯流102

6.2.5 飛邊103

6.2.6 跑道效應(yīng)103

6.2.7 過保壓104

6.2.8 色差104

6.2.9 噴射105

6.2.10 不平衡流動105

6.3 注塑模CAE技術(shù)105

6.3.1 注塑模CAE的內(nèi)容105

6.3.2 注塑模CAE技術(shù)的原則106

6.3.3 注塑成型模擬技術(shù)106

6.4 MoldFlow軟件簡介107

6.4.1 MoldFlow軟件功能107

6.4.2 MoldFlow軟件的作用109

6.5 MoldFlow分析實例109

第7章 沖壓模具CAE技術(shù)121

7.1 概述121

7.1.1 CAE技術(shù)在沖壓模具設(shè)計中所能解決的問題121

7.1.2 計算機仿真技術(shù)在沖壓模具設(shè)計中的應(yīng)用122

7.2 沖壓成形過程模擬軟件簡介122

7.2.1 有限元法簡介122

7.2.2 有限單元法分析過程概述123

7.2.3 常用軟件介紹124

7.3 AutoForm沖壓成形模擬實例126

7.3.1 AutoForm窗口介紹126

7.3.2 模擬過程127

第8章 模具CAD/CAM領(lǐng)域的新技術(shù)143

8.1 高速加工技術(shù)143

8.1.1 高速加工概述143

8.1.2 高速加工的定義144

8.1.3 高速加工中心的類型144

8.1.4 高速加工的特點145

8.1.5 高速加工的關(guān)鍵技術(shù)145

8.1.6 高速加工技術(shù)在模具行業(yè)的應(yīng)用147

8.2 逆向工程技術(shù)148

8.2.1 逆向工程概述148

8.2.2 逆向技術(shù)的應(yīng)用149

8.2.3 實物逆向的研究內(nèi)容150

8.2.4 影像逆向技術(shù)153

8.2.5 逆向工程技術(shù)相關(guān)軟件153

8.2.6 逆向工程技術(shù)的發(fā)展趨勢153

8.3 快速成形技術(shù)154

8.3.1 RP技術(shù)的工作原理和特點154

8.3.2 RP技術(shù)在模具行業(yè)的應(yīng)用155

8.3.3 常見的快速成形技術(shù)155

8.3.4 RP技術(shù)的展望158

8.4 虛擬制造技術(shù)158

8.4.1 虛擬制造和虛擬制造系統(tǒng)的基本概念158

8.4.2 虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用159

8.4.3 虛擬制造技術(shù)的展望159

參考文獻(xiàn)1612100433B

下面就簡單舉例說明有限元在線公司CAE分析的具體內(nèi)容。

CAE工程咨詢網(wǎng)格分析

有限元在線的專業(yè)技術(shù)工程師可以為客戶提供高質(zhì)量的網(wǎng)格“設(shè)計”服務(wù)，可以熟練應(yīng)用ANSA和其他常用的網(wǎng)格劃分工具來進(jìn)行網(wǎng)格生成，在確保網(wǎng)格質(zhì)量的前提下，實現(xiàn)快速及時的網(wǎng)格劃分，從而為您節(jié)省大量的時間和精力，使得您可以集中精力于實際工程問題的分析與求解。

在進(jìn)行數(shù)值模擬計算（包括FEA、CFD等）中，網(wǎng)格的質(zhì)量對分析計算的結(jié)果有至關(guān)重要的影響。高質(zhì)量的網(wǎng)格是高精度分析結(jié)果的保證，而質(zhì)量不好或者差的網(wǎng)格，則可能會導(dǎo)致計算的無法完成或者得到無意義的結(jié)果。

在一個完整的分析計算過程中，與網(wǎng)格設(shè)計與修改相關(guān)的前處理工作占到了CAE工程師工作量的70%-80%，CAE工程師往往要花費大量的時間來進(jìn)行網(wǎng)格處理，真正用于分析計算的時間很少，所以主要的瓶頸在于如何快速準(zhǔn)備好高質(zhì)量的滿足分析計算要求的網(wǎng)格。

準(zhǔn)備高質(zhì)量的分析模型是一件很費時間和精力的事情，而且，要求完成該項工作的技術(shù)人員具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)經(jīng)驗和背景，才能完成高質(zhì)量的網(wǎng)格。具體地說，就是要求前處理工程師能夠根據(jù)CAE工程師提出的分析要求“設(shè)計”出能滿足CAE工程師分析要求的合適的網(wǎng)格，然后提交給CAE工程師進(jìn)行分析計算。

之所以是網(wǎng)格“設(shè)計”而不是網(wǎng)格劃分，說明了要設(shè)計出能夠滿足分析計算要求的高質(zhì)量的網(wǎng)格，并不是一件容易的事情，要完成這項工作需要很多方面的知識和技術(shù)要求。

針對一個具體的分析計算要求，要獲得一個滿足該分析技術(shù)的高質(zhì)量的網(wǎng)格，一個承擔(dān)該項目網(wǎng)格設(shè)計的前處理工程師需要從以下幾個方面進(jìn)行綜合考慮：

◇分析計算的目的。（定性還是定量）

◇分析計算的類型，如強度分析、剛度分析、耐久性分析、NVH分析、碰撞分析、CFD分析、 熱流分析、動力學(xué)響應(yīng)分析等。（分析類型對網(wǎng)格的質(zhì)量和形狀有不同的要求。）

◇分析計算的時間要求。（要求時間的緊迫與否也決定了采用何種網(wǎng)格形式）

◇分析據(jù)算所采用的求解器。（不同的求解器對不同的分析問題有特定的網(wǎng)格形式和要求）

◇盡可能采用最好的單元類型。（所應(yīng)用的求解器可以采用的單元類型，也會決定網(wǎng)格的質(zhì)量與形狀要求）

◇盡可能采用最好的網(wǎng)格類型。（最好的網(wǎng)格類型意味著對于面，盡可能采用四邊形網(wǎng)格；對于體，盡可能采用六面體單元）

由此可見，滿足計算分析要求的高質(zhì)量的網(wǎng)格是由前處理工程師精心“設(shè)計”出來的，而不是隨隨便便“劃分”出來的。

第一類是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的中面網(wǎng)格，主要針對薄壁件。

尤其是汽車，航天航空，電子這個行業(yè)里大量存在，像手機、汽車上的儀表板、汽車的車身，這樣的結(jié)構(gòu)件壁度單元很薄。很難用實體單元來描述，這樣的部件要用殼單元描述。用殼單元描述，首先要得到這個結(jié)構(gòu)的幾何中面。一般來說像塑料件，薄壁件有一個共同的特點就是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，有很多的筋圓孔等等。難度在于如何得到這個復(fù)雜結(jié)構(gòu)的中面網(wǎng)格，中面有圓角、加強筋、圓孔等等，抽完中面之后，怎樣把它們連接起來；得到幾何之后如何保證高質(zhì)量的面網(wǎng)格。對于中面網(wǎng)格來說，最好的單元形式就是四邊形網(wǎng)格。

第二類網(wǎng)格就是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的六面體。

像結(jié)構(gòu)體，譬如發(fā)動機的缸蓋、活塞、缸體、曲軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、變速箱的殼體，這樣的結(jié)構(gòu)最好的形式是用六面體，因為六面體精度比較高。六面體的生成完全依靠人工來完成，這就需要非常專業(yè)的工程師才能完成。

第三類比較復(fù)雜的網(wǎng)格，就是流體網(wǎng)格CFD網(wǎng)格。

流體網(wǎng)格幾何的外表面是封閉的，對于一個結(jié)構(gòu)來說，比如整車，導(dǎo)彈的外流場，飛機等的外流場，有大量的曲面間隙需要去縫合修補，要生成面網(wǎng)格，還要考慮附面層，流體網(wǎng)格的特點是幾何清理極其復(fù)雜，工作量特別大，對附面層的質(zhì)量要求非常苛刻。根據(jù)你選擇的不同的流體方程，附面層網(wǎng)格的質(zhì)量有不同的要求。

CAE工程咨詢有限元（FEA）

有限元法是適應(yīng)使用電子計算機而發(fā)展起來的數(shù)值方法。起源于上個世紀(jì)50年代航空工程中飛機結(jié)構(gòu)的矩陣分析。世界力學(xué)名著“有限元法”的作者監(jiān)凱維奇教授對有限元法曾做過如下定義：

（a）把連續(xù)體分成有限個部分，其性態(tài)由有限個參數(shù)所規(guī)定。

（b）求解離散成有限元的集合體時，其有限單元應(yīng)滿足連續(xù)體所遵循的規(guī)則，如力平衡規(guī)則等。

有限元方法所能解決實際工程問題：

靜態(tài)應(yīng)力/位移分析

包括線性，材料和幾何非線性，以及結(jié)構(gòu)斷裂分析等

動態(tài)分析

包括結(jié)構(gòu)固有頻率的提取，瞬態(tài)響應(yīng)分析，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)分析，以及隨機響應(yīng)分析等

粘彈性/粘塑性響應(yīng)分析

粘彈性/粘塑性材料結(jié)構(gòu)的響應(yīng)分析

熱傳導(dǎo)分析

傳導(dǎo)，輻射和對流的瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)分析

質(zhì)量擴散分析

靜水壓力造成的質(zhì)量擴散和滲流分析等

耦合分析

熱/力耦合，熱/電耦合，壓/電耦合，流/力耦合，聲/力耦合等

非線性動態(tài)應(yīng)力/位移分析

可以模擬各種隨時間變化的大位移、接觸分析等

瞬態(tài)溫度/位移耦合分析

解決力學(xué)和熱響應(yīng)及其耦合問題

準(zhǔn)靜態(tài)分析

應(yīng)用顯式積分方法求解靜態(tài)和沖壓等準(zhǔn)靜態(tài)問題

退火成型過程分析

可以對材料退火熱處理過程進(jìn)行模擬

海洋工程結(jié)構(gòu)分析

對海洋工程的特殊載荷如流載荷、浮力、慣性力等進(jìn)行模擬

對海洋工程的特殊結(jié)構(gòu)如錨鏈、管道、電纜等進(jìn)行模擬

對海洋工程的特殊的連接，如土壤/管柱連接、錨鏈/海床摩擦、管道/管道相對滑動等進(jìn)行模擬

水下沖擊分析

對沖擊載荷作用下的水下結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析

疲勞分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)和材料的受載情況統(tǒng)計進(jìn)行生存力分析和疲勞壽命預(yù)估

設(shè)計靈敏度分析

對結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析并據(jù)此進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

有限元在線最強的優(yōu)勢在非線性分析。所有的工程問題都是非線性的，在實際中并不存在完全線性的。有時候人們?yōu)榱饲蠼鈫栴}的方便性，考慮自身的條件和限制，可以用線性來代替，但是如果材料本身是非線性的話，那么就沒有辦法用線性來代替。我們在非線性分析方面有超過十年的經(jīng)驗，完成了大量的項目。尤其對材料非線性，幾何非線性和接觸非線性，具有非常豐富的經(jīng)驗。像汽車的碰撞，鐵路里面的碰撞，電視機手機的跌落，都是高度的非線性問題。

應(yīng)用有限元技術(shù)可以幫助：

1. 產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)：縮短產(chǎn)品開發(fā)周期；

降低開發(fā)成本；

提高產(chǎn)品質(zhì)量；

1. 對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行評估：分析產(chǎn)品破壞原因；

評估產(chǎn)品在設(shè)計中無法考慮因素作用下的安全性能

1. 進(jìn)行產(chǎn)品的失效分析：發(fā)展與建立材料模型等

CAE工程咨詢流體分析

有限元在線提供的流體分析服務(wù)包括：

■ 整車空氣動力學(xué)特性分析　 －外形設(shè)計優(yōu)化（經(jīng)濟性/操縱穩(wěn)定性等）

■ 車燈除霧，除冰除霜分析

■ 空調(diào)系統(tǒng)及內(nèi)流場特性分析 －流量分配/除霜/舒適性分析/風(fēng)機

■ 發(fā)動機進(jìn)排氣系統(tǒng)分析

■ 空氣噪聲分析

■ 發(fā)動機缸內(nèi)燃燒分析

■ 發(fā)動機機艙散熱分析　 －熱管理/風(fēng)扇

■ 制動散熱分析

CAE工程咨詢優(yōu)化分析

應(yīng)用CAE分析技術(shù)，可以幫助設(shè)計工程師在設(shè)計階段快速的進(jìn)行設(shè)計驗證，找到設(shè)計缺陷和不足，然而當(dāng)在CAE分析以后找到產(chǎn)品設(shè)計缺陷和不足時，如何對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，以期使得產(chǎn)品能夠在滿足給定設(shè)計要求的前提下具有最佳的性能（最輕、最強、最安全等），則是每一個設(shè)計工程師和CAE工程師希望達(dá)到的目標(biāo)。

CAE工程咨詢電機電磁分析

有限元在線能提供優(yōu)質(zhì)快速的電機設(shè)計與電磁分析服務(wù)，內(nèi)容包括：

（1）電機設(shè)計

◇同步發(fā)電機設(shè)計與優(yōu)化

◇無刷直流電機設(shè)計與優(yōu)化

◇傳統(tǒng)有刷整流電機設(shè)計與優(yōu)化

◇感應(yīng)電機設(shè)計與優(yōu)化

（2）電機電磁分析

◇電機結(jié)構(gòu)分析

◇電機基本性能分析

◇電機電場分析

◇電機冷卻分析

◇磁屏蔽分析

◇永磁電機的交直軸電感計算

（3）電機溫度場和流體場計算

◇電機內(nèi)溫度場計算

◇大型電機的水冷卻分析、空氣冷卻分析、油冷卻分析

◇電機風(fēng)扇冷卻分析

◇噪聲分析

電磁場分析：

穩(wěn)態(tài)磁場分析: 激勵不隨時間變化,如永磁體的磁場、穩(wěn)恒電流產(chǎn)生的磁場等

諧性磁場分析: 激勵按正余弦規(guī)律變化,如感應(yīng)式電機

瞬態(tài)磁場分析: 激勵隨時間無規(guī)律變化

溫度場分析：

通過溫度場計算,得到電機整機或部件的溫度分布、熱量的獲取和損失、熱梯度、熱流密度等。

穩(wěn)態(tài)溫度場分析:熱源不隨時間變化

瞬態(tài)溫度場分析:熱源隨時間變化

結(jié)構(gòu)分析：部件剛強度計算，接觸應(yīng)力計算，固有頻率計算，動態(tài)響應(yīng)計算，臨界轉(zhuǎn)速計算等