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现代汽车工程中CAD技术应用分析

摘要：随着全球机械工业的迅猛发展，利用计算机辅助技术驱动的数控技术也

越来越成熟。在汽车行业中，曲轴的加工工艺越来越完善，但是实现全自动化曲

轴加工却步步维艰。主要表现在曲轴加工过程冗长，人为干涉多，数控程序编制

难等问题。本文就是利用集成有CAD技术的UG10.0软件对汽车曲轴进行数控加

工仿真。

关键词：汽车工程；CAD技术；应用

前言

随着时代的进步及需求，汽车已经与我们的生活息息相关。汽车性能的好坏直接由汽车

发动机决定，而曲轴精度又直接影响着发动机的好坏。在当今市场产品严重同质化的情况下，

为提高产品竞争力，近年来发动机曲轴加工采用了不少特种工艺，以增强企业的竞争优势。

数控技术的成熟以及CAD技术的广泛应用，给机械制造行业带来了更多的选择。如果能将

CAD技术广泛应用在汽车零部件自动化设计与制造方面，将对整个汽车制造行业是一种颠覆。

1.CAD技术介绍

CAD是指利用计算机进行辅助设计，它的全称是计算机辅助设计。1972年10月“CAD原

理工作会议”在荷兰正式展开辩论，会议上给出了CAD技术的定义。设计人员们经常把计算

机作为辅助设计工具，进行设计、绘制、分析、编写NC程序等工作。

2.CAD技术在汽车轻量化领域的应用

汽车轻量化技术可以降低汽车油耗、减少汽车尾气排放。汽车轻量化的主要目标是实现

车身轻量化以及零件轻量化，可以通过采用轻量化材料以及车身结构优化设计来实现。使用

轻量化材料（如工程塑料以及碳纤维复合材料）代替传统金属材料广泛应用于汽车隔音板、

前端支架、车身底架、传动轴和轮毂等部件的制造。汽车轻量化工程塑料主要有聚丙烯、聚

乙烯、聚酰胺、聚氨酯等，通常采用注塑工艺。在塑料制品量产前，可以采用CAD技术建立

塑件模型，针对注塑制品存在的缺陷（如填充不满、收缩、烧焦、毛刺、流痕、翘曲变形

等），需要用CAE模拟优化，可以方便快捷地优化注塑材料、成型模具和工艺参数，提高制

品质量、生产效率，以及降低生产成本。CAD技术应用于汽车轻量化部件设计，首先依据典

型的汽车零件。通常先测量实物得到典型零件具体尺寸，使用Pro/E，UG，CATIA等软件根据

测量数据建立三维模型，利用有限元分析软件ANSYS和Pro/E之间的数据交换接口，直接将

模型导入ANSYS，AnsysWorkbench，Abaqus等软件，根据零件的实际工况设置约束和载荷进

行有限元分析，根据分析结果可使用AnsysWorkbench软件进一步优化设计。使用UGNX软

件新建绘图界面，根据测量数据绘制UGNX草图。执行拉伸、孔、倒斜角、边倒圆等命令完

成产品三维模型，然后进行零件模具设计。采用注射模具生产汽车轻量化零件，需要对凹模

和凸模的结构进行设计。在对凹模的结构设计中，需要根据模具型腔的强度、刚度、耐磨性

及抗疲劳性选取凹模材质，确定凹模形式以及型腔壁厚。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。零件仿真设计完成后，计算模具参数，包括注塑量计

算、锁模力计算和注射压力及成型结构尺寸计算等。对于注塑量的计算，先点击UG三维模

型中的计算体可以得到零件的体积，根据浇注系统凝料的总体积计算方法，选取适当估值，

计算注塑成型机最大注射量。对于锁模力，根据UG软件计算的塑件在分型面上的投影面积，

选取投影面积系数，依据锁模力的计算公式求取锁模力。注射压力和成型结构尺寸的计算可

以使用常规公式求得。最后，选择注塑机和注塑材料，利用模具加工辅助系统提出合理的加

工工艺进行零件的加工成型。通过对典型汽车零件的仿真设计可以缩短产品设计周期并提高

设计效率。在对汽车天窗滑轨塑件设计中，首先使用UG软件进行模具设计，然后运用

Moldflow模流分析软件对汽车天窗滑轨进行预成型模拟。先将CAD模型导入Moldflow软件

进行网格划分，即进行中层面网格、表面网格和实体网格的划分，再对网格进行诊断并修复。

之后进行模块分析，包括填充分析、保压分析、冷却分析、翘曲分析等，以选取适宜的塑件

材料，建立浇注系统和冷却系统，设置工艺参数，最后进行计算并分析可视化结果。根据分

析结果进行原料更换、方案修改和工艺调整，以得到最佳的注塑成型制品。Moldflow软件模

拟最佳工艺组合参数：保压压力为注射压力的99.53%，保压时间为13s，模具温度为64℃，

熔体温度为265℃。

3.在线束设计方面的应用