浅谈CATIA软件的产品收缩率带参设计的运用

钟雄辉

（广州导新模具注塑有限公司广东广州511430）

摘要：众所周知，在模具行业中，都会利用CAD强大的计算机辅助工具来设计模具，为了提高更改产品收缩率的工作效率，提出基于CATIAV5软件的产品收缩率带参设计的巧妙处理。此操作步骤简单、快速。实践证明：设计人员通过改变有关参数能达到设计要求，大大缩短设计周期，减少重复工作、提高设计效率，从而降低设计成本。以CATIAV5软件为设计平台，对模具设计技术上具有巨大的推广应用作用。

关键词：模具；CAD；CATIAV5；收缩率；效率

前言

模具是对金属、塑料、橡胶、玻璃等多种原材料进行成型加工的重要工艺装备，模具工业是国民经济的基础，是高新技术产业化的重要领域。由于用模具加工成型零件具有效率高、质量好、成本低、省材料等一系列优点，模具已经成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。据不完全统计，飞机、坦克、汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表等产品零件中的80%要用模具加工；电视机、录音机、计算机等电子产品零件中的80%要用模具加工；自行车、手表、洗衣机、电冰箱、空调机等轻工业产品零件中的85%需要用模具加工。

目前，在高档消费品生产中模具生产费用已占产品成本的20～30%，随着工业生产的增长和科学技术的进步，模具技术——特别是制造精密、复杂、大型、长寿命模具的技术水平的高低，已经成为衡量一个企业、一个国家制造水平的重要标志之一[1]。

随着模具工业的发展，模具型腔形状和模具结构越来越复杂，模具精度要求越来越高而生产周期要求越来越短。为了适应这种发展趋势，计算机辅助设计（CAD）、辅助工程（CAE）和辅助制造（CAM）技术应需而生[2]。模具CAD/CAE/CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术，能显著缩短模具设计周期与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，所起的作用已成为模具界的共识[3]。模具设计软件的功能集成化程度较高的软件主要有Pro-E、SolidWorks、Cimatron、PowerMill、UGNX和Catia等，集成化程度高可以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。

一、软件简述

CATIA是法国达索公司在开发的CAD/CA/CAE的一体化软件，是世界上一种主流的CAD/CAE/CAM一体化软件，特别是运用在汽车、航空、船舶工业上。

随着计算机辅助设计—CAE技术的飞速发展及普及，越来越多的工程设计人员开始利用计算机进行产品的设计及开发，CATIAV5作为一种当前流行的高端三维CAD设计[4]。CATIAV5主要借助计算机系统的强大的计算性能及对数据收集分析的能力等，对于模具设计有极大的促进作用。CATIAV5具备的设计模块较多。而机械设计模块里的线框和曲面设计、Core&Cavitydesign这两个模块的功能较为强大和灵活，在模具设计中具有重要的基础地位。

二、快速更改产品收缩率的必要性

众所周知，塑料因为热胀冷缩的物理现象，当高温的液态的塑料通过压力注射到模腔内，经过冷却系统冷却后产品的会比模腔小一点点，所以每种材料的收缩率是不一样的。在模具设计过程中，我们时常会碰到这样的情况，模具前期设计时产品的缩水率未知或产品材料都未完全确定，导致产品收缩率未定。尤其是车灯产品，很多都是同步开发，产品结构复杂，变更次数多，产品的缩水率也会变更好几次；在传统方法上更改3D产品收缩率几乎是要重新设计3D或者采用反缩水修改，这期间都需要花费大量的时间及精力，并且出错很高。在当今产品更新快、模具开发周期短的趋势下这种传统的设计方法是远远不能够满足的。所以在寻求更简单、更快捷的方法是非常有必要的。如何快速解决更换产品缩水率一直是我们模具设计过程当中的一个难题，特别是在一些结构复杂、工作量大的模具中这一问题显得尤为突出。通过工作当中的不断探索和总结，在应用CATIAV5软件进行3D模具设计时，可以利用这些3D软件中的参数化功能，也是通常说的父项、子项关系来解决这一难题。在设计时，变更父项特征可以影响到子项的所有特征，因此适当的建立父子关系的收缩率参数化设计是非常重要的。

三、模具设计更改产品收缩率的方法

当我们开始设计时，先建一个新的零件几何体来创建三个互相垂直的基准面（如图1绿色面显示），然后对创建好的基准面是放一个缩水率（如图1红色面显示），注意这里一定要保持关联关系。如图1的DATUM中的仿射2。在对于基准面放缩水和保持关联关系对于接下来的更换缩水率和参照起着至关重要的作用。需要注意的是这时候放缩水率有两种情况a：产品缩水率未定的情况下；b：产品缩水率已定的情况下。在收缩率未知的情况下这里的缩水率是根据设计人员预定的；而在已定收缩率的情况下直接按已定缩水率进行放缩水；这两种情况都是为后期更换收缩率和参照做好基础。

图3

最后再建两个新的几何体分别为cavity和core，即前模和后模。如图4：

图5

以此类推对于创建行位、顶针、运水、A板、B板之类的都是先创建个凸台，而凸台的草图创建必须与图1缩水后的三个基准面保持父子关系。这样就实现了参照基准的统一，若变更唯一的父特征时后面的子特征也随之变更。

前面做了那么多的工作其实都是为了后期的更改收缩率做好准备。在图1和图3中提到的仿射，这一步骤必须保留其操作参数，也就是保持关联关系。这也是此思路设计的重点之处，因为可以随时重定义收缩率参数：重定义对话框如图6中所示：

图6

只要在对话框中的比率选项中：X：Y：Z：分别输入收缩率即可。当我们要更换新的收缩率时，只要分别重定义DATUM、CAVITY-PL和CORE-PL几何体中的仿射特征输入新的收缩率即可，并且在这个步骤后面做的所有特征都能自动更新。这样可以很好解决我们平时设计过程中更换缩水而不能保留包括运水，顶针，斜框，镶件开框、滑块抽芯结构、倒R角等3D操作，极大地减少了由于产品缩水的更新或变更而带来对模具3D数据的设计所要做的重复工作，极大地提高了工作效率。这样在大约10分钟左右的时间就能快速的完成了变更收缩率的工作，这种方法在提高工作效率及避免重复工作的效果是显而易见的，可以非常肯定的说比传统方法的工作效率提高了几倍到十几倍，甚至更高，越复杂的模具效果越明显。实践证明这个方法是行之有效的。

结束语

随着当今社会信息技术的快速发展，同时面对日益激烈的竞争，企业采用并行、协同开发设计势在必行，面对产品开发周期越来越短时，只有不断提高本身的生产效率、减少成本，这样企业才能适应迅速变化的市场需求，提高竞争力；本文可为快速解决了由于改产品收缩率而导致的设计耗时长，出错误率高的弊端，希望在以后的模具设计技术应用中得到更好的延伸。

参考文献：

[1]李冬，国内模具行业的现状及发展趋势[J]四川成都模具技术，2005（6）

[2]申开智.塑料成型模具[M].中国轻工业出版社，2006.9

[3]李德群，张宜生.模具企业数字制造技术的现状与发展[J].CAD/CAM与制造信息化，2003（7）

[4]詹熙达，CATIAV5工程应用精解丛书[M].北京：机械工业出版社，2013.6

第一作者简介：钟雄辉，男，1986年生，广东省梅州市人，本科，研究领域：模具设计技术。