制造行业是CAD/CAE等先进技术应用较早和较成熟的行业。随着计算机技术和CAD技术的发展，三维CAD技术己成为目前主流的产品设计技术。与二维CAD相比较，三维CAD具有无可比拟的优越性，不只是一个字的差别，是质的飞跃。三维CAD造型技术也称建模技术，以三维造型设计为基础，只要生成了三维模型，各种二维视图唾手可得。三维CAD技术在产品的三维造型、虚拟组装、动态干涉检查、工程图生成等方面带来了革命性的突破，提高了设计效率。利用三维CAD技术可实现产品的虚拟设计、运动仿真、和优化设计，所生产的三维零件可以直接与CAM/CAE/CAPP等CIMS技术进行数据交换和衔接，是将来实现无图纸生产的关键技术之一，活塞杆，是实现虚拟制造和零缺陷设计的重要手段。

　　CAE技术的过程是建立某一设计产品的有限元分析模型，对该模型进行计算分析，分析计算结果，验证计算方案并确立设计修改方案。其最大优点是可以在产品设计初期，即图纸设计阶段，通过建立墓本的计算机分析模型，对所设计的产品进行强度、寿命及特性预测，从而指导产品设计，使产品设计指标得到保证，有效地提高设计产品的可靠性，缩短设计周期。机器或部件在设计阶段的性能如何，就要靠CAE工程分析和预测技术的实施，帮助设计者通过仿真分析和预测，在产品定型和投产前提高性能质量，降低设计成本，尽可能地减少试验次数，节约资金，缩短产品投放市场的时间。

　　2 冲压机部件的三维造型设计及工程图

　　40吨冲压机的结构及工作原理简介：曲柄冲压机是冲压工艺的主要设备。它是通过曲柄连杆机构，把电动机的旋转运动变成滑块的上下往复运动来进行工作的，工作原理及结构示意图如图1。下面仅以冲压机的滑块机构的设计为例，说明三维CAD/CAE技术的研究及应用。滑块体为曲柄连杆机构的滑动体，其作用和位置如图1所示。

　　图1 冲压机示意图

　　本文采用中端三维CAD软件中的佼佼者Solidedge Vll对滑块机构进行三维造型设计，并进行机构运动仿真。在SolidEdge的零件模块中进行三维零件造型设计。在装配模块中对零件进行装配，生成的滑块机构三维装配体如图2;对装配体进行运动仿真和涉检查，既要保证滑块的顺利滑动，还要保证滑块机构调整和拆卸的方便，如果检测到了有干涉或不合理，及时进行修正和再设计，直到问题全部解决。在Solidedge的工程图模块中，可以按零件或装配体的表达要求方便地生成各种视图，Solidedge提供了自动尺寸标注、人工尺寸标注、表明粗糙度、形位公差、焊接、和零件明细表等标注工具，可方便地生成工程图，且工程图与三维造型保持全相关性。基于滑块机构零件和装配体生成的装配体工程图如图3。

　　图2 滑块机构轴测装配图

　　图3 滑块机构装配工程图

　　3 CAE技术在冲压机设计中的应用

　　CAE技术在机械制造行业中的应用滞后于CAD和CAM，目前尚处于初始阶段，然而它的普遍应用是时代发展的必然。目前广泛使用且被广泛认可的CAE软件有：ANSYS、NASTRAN、COSMOS、ABAQUS等，ANSYS是其中的优秀代表。本文采用ANSYS 5.7作为分析工具，对主要受力件进行有限元分析，下面以滑块机构中压塌式保险器为例进行有限元分析，实施CAE技术。

　　滑块体内装有压塌式保险器，其三维造型图如图4，其所处位置在图5中可看出。压塌式保险器的作用是保护冲压机免遭破坏，如果由于操作不当或其他原因引起超载时，保险器则首先破坏，可保护压力机不遭破坏。设计要求为：在冲压机满载工作时，保险器的应力接近其极限强度，当冲压机超载工作时，保险器破坏。

　　图4 压塌式保险器(剖视)

　　图5 装配剖视图

　　由于保险器形状轴对称，载荷也轴对称，所受载荷为轴向载荷，因此可简化为平面轴对称问题，并取对称的一半为分析对象。简化后的有限元模型和相应的载荷和约束如图6，所用单元为平面四节点单元(Plane42)。保险器的材料为HT200，其性质为：弹性棋里Ex=1.3 x e11Pa，泊松比μ=0.3，密度ρ=7000 kg/m3。载荷的计算为：将正常运转的极限压力40吨转换为均布压力施加在保险器上方，保险器的下端施加全约束，中心孔壁处施加径向对称约束，求解问题为结构静力问题。

　　ANSYS有强大的后处理功能，可以以列表、云纹图、向量方式、曲线等方式表示分析结果，还可以将分析结果生成动画，对分析结果进行直观和可视化的描述。

　　图6是保险器在极限载荷时的变形情况和Von Mises等效应力分布云纹图，可以着出，最大变形(位移)出现在保险器的轴线部位，变形方向向下，与实际测试情况吻合。最大应力出现在保险器的两圆柱结合部(即图中的红色区域)，VonMises等效应力的最大值σmax=74.5MPa，为压应力，小于其许用应力[σ]= I6OMPa，故保险器是安全的。

图6 Mises应力分布

　　图7是保险器剪应力分布云纹图，从图中可看出，最大剪应力出现在保器的两圆柱结合部(即图示红色区域)，且最大剪应力τmax =22.6Mpa，小于其材料极限剪应力[τ]=25MPa，但接近材料的极限剪应力，说明保险器的破坏主要是由于剪应力所致，预测破坏产生的情况是两圆柱沿结合部位受剪切错位，保险器被压塌，错位裂纹将首先从图l2中的MX处出现。计算结果表明该零件的设计是合理的。

　　 　　图7 剪应力分布