CAD/CAM技術在現代模具生產中的應用現狀

李和仙

（閩南理工學院，福建石獅362700）

CAD/CAM技術在現代模具生產中的應用現狀

李和仙

（閩南理工學院，福建石獅362700）

介紹了CAD/CAM技術在冷沖模、鍛壓模、塑料模、壓鑄模中的應用，對我國模具產業(yè)的發(fā)展，提高生產效益，縮短生產周期、降低生產強度起著重要作用。

CAD/CAM；冷沖模；鍛壓模；塑料模；壓鑄模

模具工業(yè)是工業(yè)發(fā)展的基礎之一，CAD/CAM技術則是模具工業(yè)生產中的重要技術裝備，是一種高附加值型制造技術的核心技術，也是自動化和信息化的集成化的黃金領域，其技術水平的高低是國家工業(yè)現代化水平的重要標志[1]。自80年代以來，我國CAD/CAM技術以高技術、更新速度迅猛的特點發(fā)展，大大縮短了模具的生產周期，提高了產品質量，增強了企業(yè)在競爭中的應變能力，是工程技術人員利用計算機對模具設計產品的進一步優(yōu)化。
鑒于此，本文就從CAD/CAM技術在冷沖模、鍛壓模、塑料模、壓鑄模中的應用來闡述CAD/CAM技術在現代模具生產中的應用現狀。

1 CAD/CAM技術在冷沖模中的應用

冷沖模CAD/CAM系統一般包括系統工作管理、工藝分析、模具結構設計分析、圖形系統與工程數據庫五大模塊，主要的內容有：導入原圖及原始數據；制件工藝設定與分析；確定方案；科學計算，選用壓力機；模具結構設計，圖形處理；導出相應的數控加工程序；輸出工藝過程文件。完成其他相關工作。

上世紀，CAD/CAM技術就用于汽車覆蓋件的模具設計與制造，取得了較好的經濟效果。日本豐田汽車公司就率先應用于汽車覆蓋件的模具設計與制造，該汽車公司還利用包括有NTDFB、CADETT兩類設計軟件和加工凸、凹模的TINCA軟件的汽車覆蓋件CAD/CAM系統，來設計車身外形、車身結構、沖模CAD、主模型與沖模制造和夾具加工[2]。據報道，由于該系統投入使用，使得豐田公司的汽車覆蓋件成形模的設計和制造周期減少50%左右。國外在UG-II軟件平臺上也開發(fā)了用于汽車覆蓋件模具設計的專用模塊，如鈑金件設計、車身設計、復蓋件沖壓工藝設計和模具結構設計等。

上世紀60年代末，開始研究級進模CAD/CAM，到了70年代便有初步應用。早期的主要功能是條料排樣、凹模布置、工藝計算和NC編程，僅用于二維圖形的簡單沖裁級進模。進入90年代，國際著名的Pro/ E、UG-II、CADD5、Solidworks、MDT等均陸續(xù)在模具界得到應用[3]。并逐漸在金零件造型、毛坯展開、毛坯排樣，模具設計和數控加工等模塊進成形工藝及模具結構設計的專用模塊。我國在上世紀80年代時，上海交通大學、西安交通大學紛紛相繼開展了級進模CAD/CAM系統的研究和開發(fā)。華中科技大學與美國UGS公司合作也開發(fā)出級進模CAD/CAM軟件NX-PDW，該軟件具有自動化設計的功能，已在2003年作為商品性投入巿場使用。

綜上所述，CAD/CAM技術在汽車覆蓋件模和級進模中的應用及CAD/CAM軟件的研制和應用，在冷沖模的生產中占有重要作用，對于其縮短整個加工過程，優(yōu)化冷沖模的結構，提高模具的生產效率起到極其重要的地位。如今，很多研究機構也開始這方面的研究，并且取得了一定的成績。例如：使用UG/API、GRIP、以及VC++等對汽車覆蓋件模具的數控編程盡量簡單化，把類和對象帶入到參數定義中，建立智能的汽車覆蓋件模和級進模系統。但我國與發(fā)達國家相比，在車型和模具的自我設計和開發(fā)能力較弱，還需進一步建立起自主二次開發(fā)軟件在汽車工業(yè)中的應用。

2 CAD/CAM技術在鍛壓模中的應用

上世紀70年代，國內外開始對CAD/CAM技術在鍛壓模中的應用進行了廣泛的研究，在工藝設計、結構設計和動態(tài)模擬方面均取得較好成績。大多數人都是以軸對稱鍛模入手，來開發(fā)鍛模CAD/CAM系統，因為對稱鍛件幾何形狀簡單，易于描述和定義，而長軸類鍛模的CAD/CAM系統的難度大、通用性不高，其設計遠比軸對稱鍛模復雜[2]。軸對稱鍛模CAD/CAM系統有鍛件、模鍛工藝、鍛模結構三個設計模塊和一個NC編程模塊。鍛件設計主要是設計冷鍛件圖、熱鍛件圖，其中包括對分模面的選擇、機加工余量的補充、圓角的添加和拔模斜度的設計[4]。模鍛工藝設計是決定要不要采用預成形工序、怎樣采用以及鍛壓設備如何選擇其噸位[5]。鍛模CAD/CAM系統的發(fā)展方向是朝著統一化和模具標準化技術進一步的發(fā)展執(zhí)行，并在工業(yè)技術和人工智能技術中深入應用。

3 CAD/CAM技術在塑料模中的應用

根據模塑方法的不同，塑料模分為注射模、壓縮模、中空吹塑模等，其中注射模應用最為廣泛。注射模CAD/CAM技術主要從兩個方面對技術人員提供強有力的幫助：一是通過CAE技術對模具進行科學計算和動態(tài)模擬；二是對注射模結構CAD優(yōu)化設計、仿真和圖形處理等[6]。注射模CAD/CAM主要內容有：

（1）建立幾何模型。

（2）模腔設計。

（3）模具結構方案設計。

（4）標準模架的選擇。

（5）圖形處理。

（6）模具數控加工程序生成。

（7）數控加工。

從上世紀60年代到70年，由基于線框模型的CAD系統開始到以曲面造型為核心的CAD/CAM系統，而80年代到90年代，是對實體造型技術的成功應用到對基于特征的參數化實體/曲面造型技術的完整，為塑料模采用CAD/CAM技術打下堅固的基礎。目前塑料模的CAD/CAM系統的在國內外巿場得到成功應用。例如Pro/E、UG-III-DEAS系統都帶有獨立的塑料模設計模塊，利用它們來設計塑件模具，將塑件的三維模型在計算機中準確地建立起來，再根據塑件的幾何特征來設計型芯和型腔，設計澆注系統和冷卻系統、模流分析、結構設計等。目前這些軟件在塑料模具工業(yè)中的得到廣泛的應用。

隨著我國數控技術的快速發(fā)展，傳統的加工流程和技術已經不能適應現在數控技術要求，還應采用數控代碼驗證、仿真與優(yōu)化功能來縮短模具生產周期，來適應現代數控技術要求。

4 CAD/CAM技術在壓鑄模中的應用

壓鑄模CAD是指利用計算機技術完成的信息檢索、方案構思、分析、計算、工程繪圖和文件編制等壓鑄工藝和壓鑄模設計過程中的工作。CAD中的“設計”包含很多學科，它利用計算機輔助完成分析、計算及工程繪圖是設計環(huán)節(jié)的活動。

壓鑄模的計算機輔助設計主要內容：根據幾何模型特征、合金種類，相應的科學計算；選擇合適壓鑄機、材質；模具結構設計（主要是澆注系統、型腔鑲塊、導向機構、模板、推出機構的設計）；最后繪出模具圖紙[7]。

一個典型的三維壓鑄模CAD系統[8]，主要包括下面幾個各個模塊：

（1）壓鑄件工藝參數的計算。

（2）壓鑄機的參數選擇。

（3）澆注系統的設計。

（4）分型面的設計。

（5）模具結構的設計。

（6）推出機構的設計。

通常所說的壓鑄模CAM主要包括模具加工工藝設計、數控編程、數控加工過程的仿真模擬。

CAM主要選擇加工機床類型、加工路徑制定、模擬仿真加工等任務。數控技術是CAM中最核心的技術。數控加工主要包括：生成數控程序；數控加工過程。例如：日本的豐田公司開發(fā)的壓鑄模設計專家系統，將設計標準和技術信息數據庫化的專家系統基礎上，根據零件圖進行壓鑄模結構設計、草圖設計、型腔設計、工藝設計、裝配圖設計、結構設計、加工路徑制定、模擬仿真加工成數控程序、數控加工過程等。

壓鑄模的CAD/CAM及科學地將壓鑄模的設計、制造一體化，進行完整的計算機控制，大大縮短了生產周期，優(yōu)化了模具設計，是保證模具生產質量、周期的重要的手段。我國壓鑄模CAD/CAM技術與國外先進技術相比，差距還很大，為適應產品創(chuàng)新的需求，提高產品競爭力，應加快壓鑄模CAD/CAM一體化技術的發(fā)展步伐。

5 結束語

由于市場競爭日益激烈以及人們對產品需求的多樣化，產品更新換代速度越來越快。采用CAD/CAM技術的優(yōu)越性是模具技術智能化、革新化的措施，是模具技術發(fā)展賦予了它無限的生命力，使其得以快速發(fā)展和成功應用，大大提高了模具質量，節(jié)約時間，提高生產效率，大幅度降低成本，將技術人員從高強度的勞動力解放出來。CAD/CAM技術的優(yōu)化設計是傳統的模具生產方面所無法比擬的。

[1]李名堯.模具CAD/CAM[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]陳暉，周細應，李名堯.模具CAD/CAE/CAM技術的應用及其發(fā)展趨勢[J].鑄造技術，2010（11）：1454-1456.

[3]李德群，肖祥芷.模具CAD/CAE/CAM的發(fā)展概況及趨勢[J].模具工業(yè)，2005（07）：9-13.

[4]劉蓓令，張海雁，崔紅娟，等.三維復雜鍛模及型腔模具CAD/CAM系統[J].鍛壓技術，1991（04）：48-51.

[5]賴華清.壓鑄工藝及模具[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[6]王海濤，馬紹惠，王瑞海.基于CAD/CAM軟件在注塑模具設計以及加工編程中的應用研究[J].機械設計與制造，2009（03）：101-102.

[7]李德群.模具的CAD/CAM/CAE技術[J].電加工與模具，2016（增刊）：7-10.

[8]徐紀平.壓鑄工藝及模具設計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.

The Application Current Situation of CAD/CAM Technique in the Production of Modern Mould

LI He-xian
（Minnan University of Science and Technology，Shishi Fujian 362700，China）

This paper describes the position of CAD/CAM technique in cold punching mould，forging mold，injection mold and die-casting mould.CAD/CAM technique plays an important role in developing mold industry in our country，improving enterprise production benefit，shortening production cycle and reducing the strength of labor.

CAD/CAM；cold punching mould；forging mold；injection mold；die-casting mould

TP319

：A

：1672-545X（2017）01-0233-03

2016-10-23

李和仙（1984-），女，福建建甌人，實驗師，本科，研究方向：機械設計制作及其自動化。