排序机远距设计(CAD)/排序机远距工程建设(CAE)技术在塑胶制品的设计制造中充分发挥着重要作用。借助CAD设计产品结构，形成二维数字模型，再选用CAE排序分析机械结构，评价CAE排序结果。CAE是将工程建设问题模型化并运用数值排序对模型展开模拟分析的软件控制系统。常用的铸件CAD/CAE软件有Pro/E，UG，Moldflow，Solidworks，CATIA，ANSYS等。Pro/E软件是美国模块技术公司于1988年开发的，主要机能和特点是模块化设计和如前所述特征建模的具有单一资料库机能的实体模型化控制系统，可用作铸件设计和机械制造。UG软件是西门子产品生命周期管理软件公司的产品工程建设解决方案，可用作工艺设计和产品设计的模拟确认和强化，应用领域作航空器、电动汽车制造及铸件设计等应用领域领域。MoldFlow软件是澳大利亚Moldflow公司的产品，能验证和强化塑胶铸件和压铸成形流程。Solidworks软件是如前所述Windows开发的二维CAD控制系统，用作工业设计与机械设计等应用领域领域。CATIA软件是法国达索公司开发的，CATIA系列产品可为电动汽车、航空中国航天、船舶制造、钢构厂房设计、建筑、电子电力、通用型机械制造等应用领域领域提供二维设计和演示解决方案。ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用型有限元分析软件，能与多数CAD软件接口，同时实现数据的共享和交换，在众多应用领域领域有着广泛应用领域。

借助CAD/CAE技术对压铸铸件设计，具体来说要创建产品二维模型，在此基础上展开塑件分析，透过对铸件的设计分析和可行性分析，先期设计出铸件的结构，透过对铸件展开充填分析、壳状分析、加热分析和Vertaizon分析，对铸件结构的先期设计展开完善和强化，从而完成铸件结构抽象化，之后进入详尽设计阶段。在抽象化铸件结构的基础上，展开型芯混炼的设计和成形零组件的设计，对浇铸控制系统、加热控制系统、侧向抽芯和勾出机构的设计。透过充填分析、壳状分析、加热分析、Vertaizon分析强化压铸铸件的详尽设计，最后可调用模架和铸件标准件资料库展开换装设计。本文主要综述了CAD/CAE技术在一般塑胶制品制造、电动汽车高性能和中国航天航空等应用领域领域的应用领域。

　　1 CAD/CAE技术在一般塑胶制品制造应用领域领域的应用领域

CAD/CAE技术广泛用作一般塑胶制品的设计制造。周天元挑选出聚碳酸酯（PC）与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）合金作为笔记本电脑插口的原料，选用Pro/E软件对产品的平均宽度、拔模角度和表观面等展开二维结构分析，并对塑胶铸件的模仁部分展开二维分模，获得铸件的混炼体积。选用Moldflow软件的MPI机能模块和模流分析对压铸操作过程展开演示，选用控制系统推荐的成形模块演示充填、保压、加热等操作过程，找出最差压铸成形管则，得出最差模块：压铸天数为1.8s、保压天数为8.0s、加热天数为19.0s、熔体环境温度为256℃、铸件环境温度为80℃，制品的总Vertaizon形变量为0.8644mm，确定了影响Vertaizon形变的工艺模块从大到小依次为压铸天数、熔体环境温度、加热天数、保压天数、铸件环境温度。研究表明，借助CAD/CAE技术对塑胶铸件展开设计，并演示成形工艺能提升实际成形产品的质量和压铸成形工作效率，降低后续压铸成形操作过程中铸件试模、修模的次数。王健选用PC与ABS合金制作手机外壳。具体来说选用Pro/E软件中的零件模块，经过拉伸、镜像、AX50、复制、倒圆角等特征命令创建手机外壳实体模型。借助ANSYS软件展开静力学分析，劲敌机外壳模型展开改进，透过增设加益、增加宽度和选用圆角过渡，以避免在表面区域出现明显应力集中现象。再借助Pro/E?Plastics软件，挑选出管则位置、充模天数和压铸压力展开塑件模流模拟分析，得到管则位置挑选出在侧面点，充模天数0.56s，最大进口压力57.47MPa。再选用Pro/E软件劲敌机壳展开铸件设计分析。如前所述Pro/E软件对“裙边曲面”机能的铸件展开表观面优先选择，浇铸操作过程选用M102z两腔平衡粘毛。在成形零件设计、强化操作过程中，结合优先选择的表观面，自动生成凹模和凸模，对其展开虚拟换装。优先选择模架及零组件并将手机壳铸件和模架换装展开开模模拟操作实验，最终设计出符合标准要求的手机外壳模架。

　　2 CAD/CAE技术在电动汽车高性能应用领域领域的应用领域

电动汽车高性能技术能降低电动汽车油耗、减少电动汽车尾气排放。电动汽车高性能的主要目标是同时实现底盘高性能和零件高性能，能透过选用高性能金属材料和底盘结构强化设计来同时实现。选用高性能金属材料（如工程建设塑胶和碳纤维复合金属材料）代替传统金属金属材料广泛应用领域作电动汽车盖板、前端支架、底盘构架、传动轴和轮毂等组件的制造。电动汽车高性能工程建设塑胶主要有聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯等，通常选用压铸工艺。在塑胶制品量产前，能选用CAD/CAE技术创建塑件模型，针对压铸制品存在的缺陷（如充填不满、收缩、烧焦、毛刺、流痕、Vertaizon形变等），需要用CAE演示强化，能方便快捷地强化压铸金属材料、成形铸件和工艺模块，提高制品质量、生产工作效率，和降低生产成本。

CAD/CAE技术应用领域作电动汽车高性能组件设计，具体来说依据众所周知的电动汽车零件。通常先量测实物得到众所周知零件具体体积，选用Pro/E，UG，CATIA等软件根据量测数据创建二维模型，借助有限元分析软件ANSYS和Pro/E之间的数据交换接口，直接将模型导入ANSYS，Ansys?Workbench，Abaqus等软件，根据零件的实际工况设置约束和载荷展开有限元分析，根据分析结果可选用Ansys?Workbench软件进一步强化设计。杨咸启等选用UG?NX软件新建绘图界面，根据量测数据绘制UG?NX草图。执行拉伸、孔、倒斜角、边倒圆等命令完成产品二维模型，然后展开零件铸件设计。选用注射铸件生产电动汽车高性能零件，需要对凹模和凸模的结构展开设计。在对凹模的结构设计中，需要根据铸件混炼的强度、刚度、耐磨性及抗疲劳性挑选出凹模材质，确定凹模形式和混炼壁厚。对于凸模的结构设计，要确定模芯结构，并确定凹模与凸模的固定方式。零件模拟设计完成后，排序铸件模块，包括压铸量排序、锁模力排序和注射压力及成形结构体积排序等。对于压铸量的排序，先点击UG二维模型中的排序体能得到零件的体积，根据浇铸控制系统凝料的总体积排序方法，挑选出适当估值，排序压铸成形机最大注射量。对于锁模力，根据UG软件排序的塑件在表观面上的投影面积，挑选出投影面积系数，依据锁模力的排序公式求取锁模力。注射压力和成形结构体积的排序能选用常规公式求得。最后，优先选择压铸机和压铸金属材料，借助铸件加工远距控制系统提出合理的加工工艺展开零件的加工成形。透过对众所周知电动汽车零件的模拟设计能缩短产品设计周期并提高设计工作效率。陆玲梅等在对电动汽车天窗滑轨塑件设计中，具体来说选用UG软件展开铸件设计，然后运用Moldflow模流分析软件对电动汽车天窗滑轨展开预成形演示。先将CAD模型导入Moldflow软件展开网格划分，即展开中层面网格、表面网格和实体网格的划分，再对网格展开诊断并修复。之后展开模块分析，包括充填分析、保压分析、加热分析、Vertaizon分析等，以挑选出适宜的塑件金属材料，创建浇铸控制系统和加热控制系统，设置工艺模块，最后展开排序并分析可视化结果。根据分析结果展开原料更换、方案修改和工艺调整，以得到最差的压铸成形制品。Moldflow软件演示最差工艺组合模块：保压压力为注射压力的99.53%，保压天数为13s，铸件环境温度为64℃，熔体环境温度为265℃。

3 CAD/CAE技术在航空中国航天应用领域领域的应用领域

　　在航空中国航天应用领域领域，燃油成本约占航空总成本的26%。飞行器高性能能有效降低燃料消耗，减少飞行器动力消耗。因此，能选用工程建设塑胶替代金属金属材料，还能选用碳纤维增强塑胶进一步减轻飞行器质量。但由于航空构件高性能对于航空器高速飞行和空中姿态等安全性能有影响，在展开高性能设计制造时需要展开严格模拟分析。

贾鹤在对航空机箱成形铸件的研究中，选用UG软件完成航空机箱、电子模块、盖板等的二维建模，航空机箱长320mm，宽194mm，高120mm，厚2mm。按照零件相互关系创建航空机箱体成形铸件的二维换装模型。以Parasolid的格式将换装模型导入到Ansys?Workbench软件创建有限元模型。选用相同的网格划分、施加负载、分析天数和边界条件对分别以碳纤维增强塑胶和铝合金金属材料为原料制造的航空机箱展开力学分析，并对应力云图和总形变云图展开对比。结果表明，以铝合金为原料，箱体质量为820.6g，应力集中区域在箱体底部一端，应力最大值为1.117MPa，主要形变位置发生在箱体底部中心，最大形变量为0.001160?mm；以碳纤维增强塑胶为原料，箱体质量为468.9g，较铝合金材质箱体质量减轻了42.86%，应力集中区域在箱体底部一端，应力最大值为1.092MPa，主要形变位置在箱体底部中心，最大形变量为0.000990mm。以碳纤维增强塑胶为原料制造航空机箱，成形方式为铺叠挤压成形，即由多层碳纤维织布浸渍树脂，之后展开逐层铺叠，最终透过挤压成形。成形操作过程中要求机箱内部不能有气泡和空穴，不能有塌陷、凸起和角落堆叠。借助CAD自顶向下创建内模、外模及驱动装置，并用Ansys?Workbench软件对成形铸件展开应力应变分析，得出成形铸件最大应力发生在外模上部，为40.693MPa，最大形变量为0.004148mm。最后选用UG软件对成形铸件展开运动模拟，明确各零组件之间没有干涉情况。结果表明，选用碳纤维增强塑胶替代铝合金制造航空机箱，各项性能没有明显改变，并且航空机箱质量减轻了42.86%。裴允嘉选用有限元分析方法对选用碳纤维制备的重载四旋翼无人机的传动控制系统展开了力学分析和装配体结构分析。该无人机选用燃油驱动，透过传动控制系统，带动4个变距涵道螺旋桨控制系统高效工作。选用二维制图软件（如CATIA，UG）对传动轴结构（包括传动轴中间轴结构、支臂外轴试验台、支臂内轴联轴器）展开设计建模，应用领域ANSYS软件对传动控制系统结构展开了有限元强度分析。具体来说在Ansys?Workbench软件中，分别以-45°，45°，0°，90°纤维逐层铺设角度创建模拟模型并排序出受力情况最好的铺层方式。应用领域有限元软件ANSYS求解碳纤维传动轴承受扭矩载荷时的应力与扭转角度，并对碳纤维管扭转强度展开模拟分析，得出销孔位置所受应力最大为787.11MPa，传动轴受转矩载荷后，扭转角度为1.67°。在对碳纤维中间轴结构有限元分析中，选用碳纤维T700作为中间轴金属材料。选用CATIA二维建模软件展开轴结构设计及网格划分，并用Ansys?Workbench软件中的MeshMetric工具展开网格质量检查。结果显示，中间传动轴换装结构受载情况下，最大应力点在中间传动轴上的销钉孔位置，为219.43MPa；大带轮受力后位移最大，形变量最大为2.35mm。对碳纤维支臂外壳组件的力学特性展开有限元分析，导入有限元模型并展开网格划分，选用Jacobian?Ratio方法检查网格划分的质量。结果显示，支臂受拉载荷下，碳纤维外轴最大应力为138.44MPa，最大应力部位在接触边缘；快拆结构轴头最大应力为292.99MPa，最大应力部位在铆钉孔，齿轮箱轴头最大应力为186.88MPa。对内轴联轴器分析，金属联轴器选用铝合金材质，弹性模量7.1×104MPa，泊松比0.33；销钉选用钢材质，弹性模量2.0×105MPa，泊松比0.30；垫块选用聚乙烯材质，弹性模量1100MPa，泊松比0.42。有限元分析结果表明，联轴器所受最大应力为63.92MPa，最大形变量为0.12mm。联轴器垫块最大应力为13.35MPa，最大形变量为0.11mm。设计分析和强化结果表明，选用碳纤维金属材料制造无人机传动控制系统传动轴能在满足强度基础上降低传动结构的质量，并可延长选用寿命。

　　4 结语

CAD/CAE技术广泛应用领域作塑件加工铸件的设计和制造，能保证塑件铸件结构设计的可靠性和高效性，降低了生产成本，提高了产品的设计质量。

　　（互联网 ：付饶 王炳乐 ）

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