熊如意

摘 ? 要：工業(yè)軟件UG NX系統(tǒng)平臺(tái)有著功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，并且在工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、分析和制造領(lǐng)域中得到了深度且廣泛的應(yīng)用，它的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在模具設(shè)計(jì)以及制造行業(yè)里。本文對(duì)UG平臺(tái)下異型曲面注射模CAD/CAE集成中的后處理技術(shù)進(jìn)行了介紹和探討，重點(diǎn)分析了后處理技術(shù)的特點(diǎn)以及存在的問題，并對(duì)后處理模塊的設(shè)計(jì)以及在進(jìn)行處理時(shí)所用到的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：UG平臺(tái) ?注射模 ?CAD/CAE ?集成 ?后處理

中圖分類號(hào)：TP391.7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）10（b）-0054-02

三維CAD系統(tǒng)在很多行業(yè)中得到了應(yīng)用，特別是注射模設(shè)計(jì)中，其中在模具設(shè)計(jì)中最重要的部分是CAE分析。UG作為一款含金量高的科技軟件，廣泛運(yùn)用于制造行業(yè)，主要用于CAD/CAM/CAE/CAID模塊，包括概念模型建立、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模擬操作等，在模具制造過程中，特別在注射模具CAD/CAE領(lǐng)域也得到了很多的使用?，F(xiàn)在，CAD與CAE兩個(gè)系統(tǒng)相互獨(dú)立，CAD/CAE技術(shù)的集成，形成了一體化注射模的設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)現(xiàn)UG平臺(tái)上集成注射模CAD/CAE技術(shù)有著非常重要的意義。

CAE（Computer Aided Engineering）包括數(shù)字建模、數(shù)據(jù)建模、數(shù)值分析、數(shù)據(jù)報(bào)告等設(shè)計(jì)與制造過程中的全周期流程，其借助于有限元法、有限差分法、邊界元法等數(shù)值計(jì)算理論和方法對(duì)熔融的流體流動(dòng)過程進(jìn)行分析。CAE技術(shù)的本質(zhì)是工業(yè)領(lǐng)域的工程技術(shù)問題的數(shù)字化建模和模型求解。隨著理論技術(shù)的發(fā)展以及相關(guān)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，注射（包括注射壓縮）成型CAE技術(shù)迅猛發(fā)展，塑料注射（包括注射壓縮）成型軟件也得到了廣泛應(yīng)用。相應(yīng)地，CAE技術(shù)的迅猛發(fā)展又推動(dòng)了相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科和應(yīng)用科學(xué)的發(fā)展進(jìn)步。

1 ?系統(tǒng)設(shè)計(jì)

CAE系統(tǒng)在進(jìn)行處理時(shí)分三個(gè)步驟：第一步為前處理，之后對(duì)數(shù)值進(jìn)行分析，最后是后處理技術(shù)。而CAD/CAE的集成主要是對(duì)數(shù)值分析的對(duì)象不同，它分析的是經(jīng)處理之后的數(shù)值，用戶通過很直觀的方式看到，如圖像、動(dòng)畫等，在對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化的同時(shí)并提出一定的改進(jìn)建議，然后把結(jié)果反映在設(shè)計(jì)中，以場(chǎng)量顯示、優(yōu)化評(píng)測(cè)和報(bào)告導(dǎo)出的形式完成?，F(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)CAD和CAE的集成主要有CAD或CAE的兩種集成方式，主要用到了以下的幾種方案，數(shù)據(jù)的共享、對(duì)組件進(jìn)行封裝并訪問、制定開發(fā)軟件等方案。現(xiàn)在UG平臺(tái)在二次開發(fā)上已經(jīng)比較成熟，在進(jìn)行開發(fā)的過程中用的是以CAD為中心，UG為平臺(tái)，用C++語言進(jìn)行開發(fā)，這樣不但在開發(fā)過程中更為容易，同時(shí)也能夠讓系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到提高。CAE后處理中用到的API和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫的連接，又分為了幾個(gè)不同的模塊，主要有數(shù)據(jù)管理、顯示、生成報(bào)告和評(píng)價(jià)結(jié)果等。

2 ?CAD/CAE技術(shù)分析

2.1 數(shù)據(jù)模型

CAD和CAE的集成是模型數(shù)據(jù)異構(gòu)在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)首先需要解決的，這時(shí)，可以利用CAD系統(tǒng)外的非幾何信息如材料、產(chǎn)品特性、誤差等信息添加在UG幾何建模上，實(shí)現(xiàn)UG幾何模型與CA分析E模型的關(guān)聯(lián)。不同的模型其處理方式也不相同，大致分為兩種，一是混合建模，即針對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模;二是澆筑、冷卻系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候過于簡(jiǎn)單，可以用全特征的方法進(jìn)行建模。

CAE是在CAD模型上進(jìn)行建立，用的是有限元數(shù)值計(jì)算，比如把一些物體的幾何信息轉(zhuǎn)換成離散的網(wǎng)格，將非幾何信息變成CAE造型可以識(shí)別的參數(shù)。在進(jìn)行轉(zhuǎn)換過程中需要直接用CAD造型里面的參數(shù)，這樣就減少了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的次數(shù)，再根據(jù)特征實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)格的劃分，以降維、簡(jiǎn)化等操作來提高CAE的分析精度。例如：在產(chǎn)品制造過程中，網(wǎng)絡(luò)生成模塊可以根據(jù)CAD中產(chǎn)品倒角的半徑生成模型，這樣可以減少在CAE分析時(shí)精度所產(chǎn)生的影響，在保證網(wǎng)格質(zhì)量的同時(shí)盡量減少網(wǎng)格的數(shù)量。對(duì)于一些非幾何信息可以直接從模塊中進(jìn)行提取，并進(jìn)行傳遞，和CAE之間建立相應(yīng)的關(guān)聯(lián)。

2.2 分析結(jié)果評(píng)價(jià)

分析結(jié)果評(píng)價(jià)是方案在設(shè)計(jì)完成之后，對(duì)所設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行解釋評(píng)價(jià)并診斷出可能存在的缺陷，并通過一些方法最終實(shí)現(xiàn)，在這里面最重要的環(huán)節(jié)是評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立。評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)是在分析完結(jié)果場(chǎng)量數(shù)據(jù)分析時(shí)得到的，它又分為流動(dòng)性，過程，表面缺陷評(píng)價(jià)指標(biāo)幾部分。

分析報(bào)告是對(duì)分析結(jié)果和評(píng)價(jià)建議的最后表現(xiàn)，它更多的是以多媒體的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，并對(duì)后面的設(shè)計(jì)和分析結(jié)果信息進(jìn)行展示，這樣做可以讓用戶重復(fù)地查看并實(shí)現(xiàn)方案間的對(duì)比，在方案進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候可以有更好的依據(jù)。所得到的分析報(bào)告主要有幾種形式，分別為HTML、WORD和PPT幾種，分析報(bào)告是根據(jù)事先設(shè)好的條件自動(dòng)進(jìn)行生成。它的模板又有靜態(tài)域和動(dòng)態(tài)域兩部分，其中格式和固定的內(nèi)容是由靜態(tài)域決定的，動(dòng)態(tài)域主要的作用是用來定位，用OFFICE組件來實(shí)現(xiàn)編程接口，在對(duì)動(dòng)態(tài)域的位置進(jìn)行定位查找之后可以對(duì)指定內(nèi)容進(jìn)行替換，并自動(dòng)生成分析報(bào)告。

2.3 方案優(yōu)化

只有在CAD/CAE集成系統(tǒng)中進(jìn)行更合理的設(shè)計(jì)，后期的設(shè)計(jì)方案才能進(jìn)行更好的優(yōu)化。在建立模具的時(shí)候結(jié)構(gòu)本身就相對(duì)復(fù)雜，在參數(shù)上有著強(qiáng)耦合，調(diào)整方案和優(yōu)化的多少更多的是由設(shè)計(jì)者的思維決定，但智能優(yōu)化很難在建立實(shí)用性的知識(shí)與實(shí)例庫中進(jìn)行完成。如果在現(xiàn)有的階段就實(shí)現(xiàn)方案的完全自動(dòng)化也不是很現(xiàn)實(shí)，但如果能以自動(dòng)的方式對(duì)部分進(jìn)行改進(jìn)，并提出相應(yīng)的優(yōu)化措施也有一定的實(shí)踐意義。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，用模糊推理，可以讓計(jì)算機(jī)更好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的計(jì)算與調(diào)整，也為用戶后期的優(yōu)化提供更好的建議。在對(duì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化的過程中，用模糊推理出系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化并對(duì)所設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行相應(yīng)的修改，最終得到滿意的結(jié)果。

3 ?CAD/CAE的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

針對(duì)模具注射壓縮成型過程的熔融流體的流動(dòng)特點(diǎn)，在適當(dāng)簡(jiǎn)化與假設(shè)的基礎(chǔ)上，建立注射壓縮成型充填、壓縮以及保壓冷卻過程的數(shù)值模型，采用數(shù)值仿真模擬的方法確定各工藝參數(shù)對(duì)制件的影響，為了獲得的最佳成型工藝參數(shù)組合進(jìn)行注射壓縮模具設(shè)計(jì)及二次開發(fā)。建立能夠描述注射壓縮成型工藝過程的數(shù)值模型，并采用數(shù)值分析方法深入學(xué)習(xí)熔融流體的三維流動(dòng)過程、保壓過程、壓縮過程及三維冷卻狀態(tài)的不同特性。采用UN NX平臺(tái)的模流分析模塊進(jìn)行注射壓縮成型模塊進(jìn)行三維網(wǎng)格劃分，進(jìn)行三維流動(dòng)+保壓+翹曲系列的仿真分析，運(yùn)用軟件自帶的工藝優(yōu)化工具設(shè)計(jì)變量及響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，確定對(duì)厚壁制件收縮率、翹曲變形影響最大的三個(gè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并得到較為適宜的參數(shù)變量組合。

4 ?結(jié)語

本文主要對(duì)基于UG平臺(tái)的異型曲面注射模CAD/CAE集成中處理，進(jìn)行分析之后并進(jìn)行了探討，特別是CAD/CAE集成系統(tǒng)中的處理和模塊的統(tǒng)計(jì)，提出了在UG平臺(tái)上進(jìn)行方案評(píng)比、數(shù)據(jù)分析、模糊推理，對(duì)提出的方案進(jìn)行優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)在UG平臺(tái)上的CAE技術(shù)集成系統(tǒng)。

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