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摘要:随着CAD/CAE/CAM技术的发展，注塑模具设计与制造的数字化、智能化，已成为世界模具制造业的客观趋势。模具数字化设计与制造技术的发展，不仅符合我国模具制造业发展的内在要求，也是完成模具制造业向数字化智能化转型的必然选择。利用CAD/CAE/CAM软件实现复杂塑料零件的设计与虚拟制造，可以提高模具设计的精度，缩短模具设计制造周期，降低模具生产成本。
关键词：CAD/CAE/CAM；模具数字化设计；仿真加工
1CAD/CAE在注塑模具设计中的应用
将设计零件的三维数模导入CAE软件中，检查工艺可行性同时对异常位置进行修补与优化，之后开始划分网格，根据工艺性检查分析及网格划分结果，确定模具设计的初始方案。在三维模具CAD软件中完成模具的基本设计，其中包括型腔布局、分型面位置、浇注系统、冷却系统及其他模具零部件，接着使用注塑模CAE软件对浇注及冷却系统设计方案合理性进行分析，根据分析结果对初始设计方案进行评价，然后对初始方案进行优化，最后根据优化的设计方案改良并细化模具设计，完成零件模具的数字化设计，以上是注塑模具设计的一般流程，以下将据此展开详细说明。
1.1零件模型网格划分与修复
首先在三维建模CAD软件中必须以.STL格式导出零件模型，才可将该模型文件导入华塑网格管理器HsMeshMgr，划分网格前注意单位要选择毫米。接着选择合适的网格边长进行网格划分并做网格评价，检查网格中孤立元素、零面积单元、自由边界、相交错误、零厚度、长高比、单元配对等项目是否符合要求，不符合要求的网格需要进行网格修复与优化。
1.2模具分型设计
首先在模具设计CAD三维软件中加载产品模型，并定义模具坐标系、成型模仁，接着插入开腔体。然后需要检查区域、曲面补片、定义区域、设计分型面、定义型腔和型芯等操作，对模具进行分型。根据实践经验，为了脱模方便，通常将型芯安装在Movehalf部分，将型腔安装在模具的Fixhalf部分。
1.3加入标准件
1.3.1加载标准模架
模具完成分型后，根据零件成型工艺选择加入合适的标准模架并设置模架A、B板的厚度，加载模架成功后完成模架A、B板的开腔。
1.3.2加入定位环及浇口套
在CAD三维建模软件注塑模的标准件库里选择合适的定位环及浇口套，并采用“修边模具组件”工具对浇口套的长度进行修剪。接着以浇口套、定位环为工具对与其相连模具零部件进行开腔。
1.4创建内外抽芯组件
首先加入侧滑块组件并创建斜顶组件，然后采用“WAVE几何链接器”将侧抽芯滑块与加入的侧滑块组件合为一体，将斜顶体与斜顶型芯合为一体，最后以侧滑块组件和斜顶组件为工具进行开腔。
1.5顶出机构设计
注塑模具的顶出机构又叫脱模机构，在注塑成型每一个零件时，注塑零件必须从模具型腔中取出，依靠的就是顶出机构。顶出机构的主要作用是在开模时，保证塑件和浇注系统凝料不变形地从模具中顺利脱出；取出零件和凝料后再次合模时，确保顶出机构正确地复位。有的模具设有抽芯机构，这时顶出机构可作为抽芯机构的动力源。在模具中适当位置加入顶出组件及中心顶杆，然后根据需要对中心顶杆进行修剪，接着加入固定螺钉，最后以固定螺钉及顶杆为工具对模具相关零部件进行开腔。
1.6浇注系统设计
首先添加浇口，接着采用“流道”命令完成流道的设计。然后以添加的所有浇注系统为工具对型芯型腔等相关部件进行开腔，最后将浇注系统抑制掉。浇注系统的设计是模具设计的关键点之一，良好的浇注系统能够形成良好的充模、减少或避免气体卷入、减少动能及热量损失、生产出的注塑件质量较好。
1.7添加紧固螺钉
分别添加型腔与A板、型芯与B板、斜顶与模架、滑块与模架之间的紧固螺钉。
1.8冷却系统设计
建立定模与动模的水道、水道管接头、水道堵头，按需要加入密封圈。使用开腔命令，以冷却系统为工具对型芯、型腔、模架A、B板开腔，开腔后将冷却水管道抑制掉。在注塑模具设计中，冷却系统的设计是至关重要的，因为对于塑料制品只有温度降下来在脱模时才不至于受外力而发生变形。据统计，在整个注塑成型周期内，冷却时间占了整个时间周期的70%左右，因此良好的冷却系统可以缩短注塑周期，提高生产效率，降低注塑成本。
1.9分析与优化
1.9.1浇注系统
在华塑分析软件HSCAE3D中，新建零件并添加分析方案，导入零件模型并进行充模设计。首先选择合适的分模面设计脱模方向，需要多型腔的还需要完成多型腔设计；然后定义进料口并设计流道；接着设置注塑工艺条件，包括塑料材料、注塑机、成型条件及注塑方式等参数的设定；最后进行保压分析、流动分析等数值分析，查看分析报告，对不合理的地方进行优化。
1.9.2冷却系统
在华塑分析软件HSCAE3D中，首先按模具设计方案添加冷却回路，然后设置冷却工艺参数，包括模具材料、塑料材料、冷却条件等参数的设置，接着即可进行模具的冷却分析，在分析结果中查看分析报告，并对模具的冷却系统进行优化再设计。至此，借助于CAD、CAE软件完成了模具的数字化设计。
2CAM在注塑模具制造中的应用
分别导出型芯、型腔、斜顶、滑块等进入加工环境进行数控加工自动化编程及仿真加工，加工刀路经优化后便可应用于实际加工。
2.1自动化编程
首先对型芯、型腔等零部件进行数控加工工艺分析，创建用于数控铣削加工的粗加工、二次开粗、半精加工及精加工工序，结合CAM软件在模具零件加工方面的强大功能，通过选择合理的加工方法，对加工工艺参数及走刀路线进行优化。
2.2虚拟仿真加工
CAM技术提供虚拟仿真加工功能，例如UG的加工模块；也有专门用于虚拟仿真加工的软件，例如Vericut等。通常模具的结构比较复杂，直接加工再反过来优化模具结构无形中会延长模具的开发时间，也会因此增加模具开发的成本。CAM技术可根据所加工模具零部件的实际特征及所要使用的机床设备，建立与其对应的机床设备、刀具库等，在完成程序编制生成刀路后，调用相应的机床数据库，进行虚拟仿真加工，对所编制程序进行验证，优化不合理的刀路程序，确保模具零部件在实际加工中的安全性与正确性。
结束语
目前模具的发展呈现出数字化、集成化、智能化的趋势，数字化技术已成为实现模具快速发展的核心技术。通过对模具开发过程中各种参数信息的定量表达、处理和优化，实现了对模具性能的预测和模具结构的虚拟仿真。
随着制造业的发展，对模具的要求也越来越高。为了不断提高数字化模具的设计制造质量，提高注塑产品的外观质量和尺寸精度，降低生产成本，缩短生产周期，提高效率，CAD/CAE/CAM必将发挥不可替代的作用。近年来，随着CAD/CAE/CAM技术和智能制造技术的飞速发展，对模具的数字化设计和智能制造也将产生至关重要的影响。
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