探究CAD與CAM在鑄造模具制造業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用

王昆侖 錢(qián)立方 鄭君文 勞俊偉

摘 要：隨著現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和優(yōu)化，對(duì)模具制造業(yè)的技術(shù)程度也有了改變，將現(xiàn)有的高科技手段應(yīng)用到模具制造業(yè)中是可以加大制件的尺寸精準(zhǔn)度，還可以方便制件的制造過(guò)程。本文就針對(duì)在模具制造業(yè)中應(yīng)用CAD/CAM 技術(shù)來(lái)優(yōu)化制造過(guò)程和方法，提高模具的精準(zhǔn)度。和傳統(tǒng)的制造模具技術(shù)相比，CAD/CAM 技術(shù)性能優(yōu)異、操作簡(jiǎn)單以及便于維護(hù)等優(yōu)勢(shì)，而常用的軟件有UG、VATIA 等等。接下來(lái)就針對(duì)這一方面進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明和探討。

關(guān)鍵詞：CAD/CAM技術(shù);模具制造;模具設(shè)計(jì)

引言

在CAD/CAM技術(shù)中，有著很多的一體化應(yīng)用軟件，而這些軟件可以做到模具參數(shù)具體化和變量化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，此外還可以將造型技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合起來(lái)，形成一個(gè)完備的加工制件的過(guò)程，優(yōu)化加工方式。在很大程度上提高了尺寸的精確性，有很強(qiáng)的實(shí)用效果和使用性能。轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的加工方式，進(jìn)一步可以制造出更加精確和性能好的制件。在CAD/CAM技術(shù)在加工零件的過(guò)程中使用了數(shù)控加工的方式，有著自動(dòng)化和智能化的優(yōu)勢(shì)，軟件使用者可以在模具設(shè)計(jì)和加工方式進(jìn)行研究和擴(kuò)展。為了適應(yīng)現(xiàn)階段對(duì)產(chǎn)品性能和外觀要求的不斷提高，也是為了滿(mǎn)足消費(fèi)者的需求，這就需要模具設(shè)計(jì)和制造行業(yè)要及時(shí)更新新技術(shù)，采用更加先進(jìn)的技術(shù)手段，改善現(xiàn)有的加工方式，實(shí)現(xiàn)效率和質(zhì)量上的提高?，F(xiàn)階段已經(jīng)有很多企業(yè)采用了CAD/CAM 技術(shù)來(lái)進(jìn)行模具制造業(yè)的加工，且在這方面業(yè)很有成果，再者可以提升企業(yè)和核心競(jìng)爭(zhēng)力。

CAD/CAM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造）技術(shù)從誕生到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展的很快了，最引人關(guān)注的一個(gè)技術(shù)手段，也是可以體現(xiàn)制造業(yè)水平的一個(gè)標(biāo)志。這一項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展正在引起一場(chǎng)新的制造業(yè)改革，在很多方面都有巨大影響。CAD/CAM技術(shù)在模具設(shè)計(jì)與制造的運(yùn)用比傳統(tǒng)的方法更有優(yōu)越性，也會(huì)讓制造業(yè)的水平發(fā)展到一個(gè)很高的地步。

1 CAD/CAM系統(tǒng)軟件簡(jiǎn)介

1.1 CAD常用軟件

在模具制造業(yè)中使用CAD/CAM技術(shù)可以利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)完成圖紙的設(shè)計(jì)，相比于傳統(tǒng)的手繪精確度也會(huì)更高。這一過(guò)程中對(duì)圖紙的尺寸精確度要有保證。一般情況下是使用鍵盤(pán)來(lái)輸入相關(guān)的尺寸，這就對(duì)圖紙的尺寸精確度要求更高，通常情況下是精確在萬(wàn)分位上。而如果是數(shù)控機(jī)床加工的話(huà)就需要更高的精確度。還有就是圖紙里面有線(xiàn)條在重合時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)用戶(hù)的需求來(lái)進(jìn)行指令的操作，而沒(méi)有這種情況可以清晰找到位置。利用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行繪圖時(shí)要按照實(shí)際尺寸來(lái)進(jìn)行，尺寸地精確度要把握好，減少實(shí)際失誤。

常見(jiàn)的CAD軟件有Auto CAD、Pro/E和Solidorks三種。Auto CAD的優(yōu)勢(shì)在于二維平面，缺點(diǎn)是三維功能不夠充分，所以Auto CAD多使用于平面設(shè)計(jì)。Rro/E的功能較全面，有CAD和CAM 兩個(gè)板塊內(nèi)容，現(xiàn)階段是主要以CAD板塊為主要內(nèi)容，但是如果用這一軟件進(jìn)行建模，其在特征方面的修改難度太大，會(huì)導(dǎo)致對(duì)空間的利用率低下。Solidworks屬于參變量式三維CAD軟件，這個(gè)三維建模軟件在空間分析有很大優(yōu)勢(shì)，而且操作簡(jiǎn)單，學(xué)起來(lái)也較快，所以這個(gè)軟件多應(yīng)用在機(jī)械制圖、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面。

1.2 CAM 常用軟件

CAM 的常用軟件有UG、I-deas、Mastercam 和Cimatron。就目前CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r發(fā)現(xiàn)，UG是一種相對(duì)先進(jìn)的軟件，主要以復(fù)合建模技術(shù)為主，采用實(shí)體、曲面以及線(xiàn)框等建模方式，具有強(qiáng)大的造型能力，可以應(yīng)用在復(fù)雜曲面造型，另外也適用定軸、多軸和變軸，可以對(duì)UG造型模塊中的任意幾何體進(jìn)行加工，但UG本身也有缺點(diǎn)，比如各個(gè)零件之間不能做到定位約束;I-deas具有高度集成化特點(diǎn)，可應(yīng)用于單一數(shù)字模型之中，能夠進(jìn)行產(chǎn)品仿真分析、設(shè)計(jì)、測(cè)量或數(shù)控加工，利用CAM技術(shù)可以提升刀具、機(jī)床運(yùn)動(dòng)效率，也能夠優(yōu)化加工和自控過(guò)程，修改該模型的同時(shí)，可以修改形狀幾何拓?fù)潢P(guān)系，能夠簡(jiǎn)化操作。

Mastercam由CNC公司開(kāi)發(fā)，在CAD技術(shù)方面，具有構(gòu)圖快捷的優(yōu)勢(shì)，不論是二維還是三維構(gòu)圖，利用該軟件都可以快速完成，且可以用于復(fù)雜外形、空間曲面模具零件設(shè)計(jì);Cimatron主要應(yīng)用于模具開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者可以利用該軟件了解模具分型面與抽芯，并且利用軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢查，掌握各個(gè)操作過(guò)程，進(jìn)而提升設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性，目前，國(guó)內(nèi)有許多企業(yè)都利用該軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性，是模具制造業(yè)比較常用的軟件之一[1]。

2 CAD/CAM 軟件繪圖的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

使用CAD/CAM系統(tǒng)不但可以繪制模具的斷面或幾何造型，還可以計(jì)算截面邊長(zhǎng)、中心位置等其計(jì)算準(zhǔn)確度也較高。使用CAD程序可以精確設(shè)計(jì)幾何尺寸.從而降低了時(shí)間成本，而且對(duì)制作者技能的要求也較低。相比于傳統(tǒng)手工繪制方式該繪圖方法可以減少一零點(diǎn)五以上的繪制時(shí)間，并且節(jié)約了圖紙的修改時(shí)間和材料通過(guò)使用此程序能夠?qū)ΜF(xiàn)有圖紙進(jìn)行更改并且一旦根據(jù)客戶(hù)要求重新繪制了新的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)師也能夠選擇對(duì)相似圖紙進(jìn)行更改從而減少了設(shè)計(jì)難度和時(shí)間。此外本系列程序還可以有效檢測(cè)出繪圖中的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和部件裝配準(zhǔn)確性。一方面通過(guò)使用本軟件能夠確定繪圖尺寸保證了繪圖清晰度并且方便讀取，從而可以在較大程度上減少了差錯(cuò)發(fā)生：另一方面，通過(guò)使用本技術(shù)軟件能夠有效減少了尺寸公差問(wèn)題。軟件會(huì)為用戶(hù)展示外觀截面圖，讓用戶(hù)更加直觀地了解模型形狀和各項(xiàng)參數(shù)， 且此類(lèi)軟軟件可以存儲(chǔ)大量圖紙，可隨時(shí)刪除。 型材斷面繪制完成后，可以利用 CAD/CAM 系統(tǒng)加工 型材，形成機(jī)床工具路線(xiàn)，并進(jìn)行數(shù)控模具制造。在這個(gè) 過(guò)程中，利用電火花線(xiàn)切割機(jī)對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行加工，并利用計(jì) 算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)增加幾何圖形準(zhǔn)確性。

3 CAD/CAM在模具設(shè)計(jì)和制作中的應(yīng)用

3.1 CAD在模具設(shè)計(jì)制作中的應(yīng)用流程

Pro/E是比較常用的模型設(shè)計(jì)、制作軟件，本文主要以該軟件為例，對(duì)塑料模型設(shè)計(jì)制作流程進(jìn)行相關(guān)闡述。具體流程如下：1、創(chuàng)建模具模型，將設(shè)計(jì)好的零件相關(guān)尺寸和細(xì)節(jié)方面內(nèi)容輸入到系統(tǒng)中，然后再進(jìn)行裝料; 2、在模具的條件下來(lái)計(jì)算收縮率進(jìn)，并可以設(shè)計(jì)出合理的收縮率;3、設(shè)計(jì)模具的分型面，這一過(guò)程是有很大難度，直接影響到制件的質(zhì)量;4、將分胚料還分，利用分型面使其變?yōu)槎鄠€(gè)型芯，也可以將其創(chuàng)建為砂芯體積或斜頂體積;5、利用模具、木星組件對(duì)型芯體積進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其變?yōu)榘纪鼓?、砂芯或滑塊等應(yīng)用組件;6、利用模具、特征對(duì)澆道系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 主要包括四個(gè)部分，分別是Sprue、Runner、Gate和流道滯料部;7、利用模型或鑄模對(duì)模型進(jìn)行鑄造，設(shè)計(jì)并澆筑出各個(gè)模型部件;8、利用Analysis 功能以及下拉式菜單對(duì)模具零件進(jìn)行檢測(cè)和分析，確保零件質(zhì)量;9、利用模具打開(kāi)功能，對(duì)開(kāi)模動(dòng)作進(jìn)行模擬演示，在這個(gè)過(guò)程中可以對(duì)模具進(jìn)行干涉檢測(cè)，了解模具制作情況;10、模具底座裝配與設(shè)計(jì)，確保底座與產(chǎn)品相互匹配，可以利用軟件系統(tǒng)插件進(jìn)行模板、底座零件生產(chǎn)，也可以在模具制作前就設(shè)計(jì)好模座零件數(shù)據(jù)，并建立專(zhuān)門(mén)數(shù)據(jù)庫(kù)，便于后續(xù)使用。在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，模芯零件、開(kāi)模與脫模三項(xiàng)內(nèi)容設(shè)計(jì)尤為重要，大部分模具零件都可以直接到廠家采購(gòu)，部件采購(gòu)可以節(jié)約設(shè)計(jì)和制造時(shí)間[2]。

3.2 CAM在模具制造中的應(yīng)用流程

通常模具設(shè)計(jì)結(jié)束后，要根據(jù)圖紙采購(gòu)模架、模具鋼材，材料準(zhǔn)備結(jié)束后才能開(kāi)始模具近一步加工。根據(jù)工藝區(qū)別，可以分為兩種加工類(lèi)型，一種是粗加工，另一種是精加工。首先，由銑床進(jìn)行粗加工，可以利用數(shù)控機(jī)床加工，加工后再開(kāi)精框，其他部件加工方式也基本相似，都是先進(jìn)行粗加工;生產(chǎn)出粗胚后，利用數(shù)控機(jī)床、火花機(jī)等機(jī)械來(lái)對(duì)零件進(jìn)行進(jìn)一步精加工;各項(xiàng)加工結(jié)束后，可以將部件裝入模胚中，最終生產(chǎn)出完整模具。

在模具加工過(guò)程中，如果模具結(jié)構(gòu)形狀比較簡(jiǎn)單，如圓柱面形狀，可以利用銑床、車(chē)床等技術(shù)進(jìn)行加工;如果結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜，則可以采用CAM技術(shù)進(jìn)行加工，其是模具加工的核心技術(shù)，可以利用電腦進(jìn)行機(jī)床和加工中心的控制與加工操作，也就是CAM技術(shù)應(yīng)用，核心應(yīng)用軟件有UG、Mastercam等。以使用Masitercam 軟件為例，首先在主菜單中打開(kāi)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的模芯零件;然后執(zhí)行菜單中命令，在對(duì)話(huà)框中對(duì)零件尺寸、原點(diǎn)以及材料等進(jìn)行輸入和設(shè)置，設(shè)置完成后，根據(jù)零件特征選擇相應(yīng)加工方法，并在命令下達(dá)后設(shè)置刀具和加工參數(shù)，其中包括切削深度等;最后，按照相應(yīng)操作要求，進(jìn)入模擬界面進(jìn)行模擬加工，在對(duì)話(huà)框中單擊保存，可以將其村委 NCI 或 NC 形式文件，并對(duì)文件進(jìn)行加工[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

在模具制造業(yè)中是必須要提升模具設(shè)計(jì)與制造效率和質(zhì)量，在這樣的條件下就必須使用CAD/CAM技術(shù)，不然就會(huì)讓企業(yè)失去競(jìng)爭(zhēng)力，不利于自身的發(fā)展。這項(xiàng)技術(shù)可以改變傳統(tǒng)技術(shù)中存在的問(wèn)題，極大程度上來(lái)提高了尺寸精準(zhǔn)度和技術(shù)要求，減少加工過(guò)程中的不必要的時(shí)間、人工、資金等成本，以此提升模具制造的效率，對(duì)我國(guó)模具設(shè)計(jì)制造業(yè)有很大推進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅海宏.CAD/CAM在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2019（07）：77-78.

[2]姚長(zhǎng)春.CAD/CAM在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2014（07）：50-51.

[3]喬禮洪.CAD/CAM在鑄造模具設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用[J].鑄造，2000（08）：495-497.