李和仙

（閩南理工學(xué)院，福建石獅362700）

CAD/CAM技術(shù)在現(xiàn)代模具生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

李和仙

（閩南理工學(xué)院，福建石獅362700）

介紹了CAD/CAM技術(shù)在冷沖模、鍛壓模、塑料模、壓鑄模中的應(yīng)用，對我國模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高生產(chǎn)效益，縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)強(qiáng)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(chǔ)之一，CAD/CAM技術(shù)則是模具工業(yè)生產(chǎn)中的重要技術(shù)裝備，是一種高附加值型制造技術(shù)的核心技術(shù)，也是自動化和信息化的集成化的黃金領(lǐng)域，其技術(shù)水平的高低是國家工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志[1]。自80年代以來，我國CAD/CAM技術(shù)以高技術(shù)、更新速度迅猛的特點發(fā)展，大大縮短了模具的生產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)了企業(yè)在競爭中的應(yīng)變能力，是工程技術(shù)人員利用計算機(jī)對模具設(shè)計產(chǎn)品的進(jìn)一步優(yōu)化。
鑒于此，本文就從CAD/CAM技術(shù)在冷沖模、鍛壓模、塑料模、壓鑄模中的應(yīng)用來闡述CAD/CAM技術(shù)在現(xiàn)代模具生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀。

1 CAD/CAM技術(shù)在冷沖模中的應(yīng)用

冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)一般包括系統(tǒng)工作管理、工藝分析、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計分析、圖形系統(tǒng)與工程數(shù)據(jù)庫五大模塊，主要的內(nèi)容有：導(dǎo)入原圖及原始數(shù)據(jù)；制件工藝設(shè)定與分析；確定方案；科學(xué)計算，選用壓力機(jī)；模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，圖形處理；導(dǎo)出相應(yīng)的數(shù)控加工程序；輸出工藝過程文件。完成其他相關(guān)工作。

上世紀(jì)，CAD/CAM技術(shù)就用于汽車覆蓋件的模具設(shè)計與制造，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。日本豐田汽車公司就率先應(yīng)用于汽車覆蓋件的模具設(shè)計與制造，該汽車公司還利用包括有NTDFB、CADETT兩類設(shè)計軟件和加工凸、凹模的TINCA軟件的汽車覆蓋件CAD/CAM系統(tǒng)，來設(shè)計車身外形、車身結(jié)構(gòu)、沖模CAD、主模型與沖模制造和夾具加工[2]。據(jù)報道，由于該系統(tǒng)投入使用，使得豐田公司的汽車覆蓋件成形模的設(shè)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(shè)計的專用模塊，如鈑金件設(shè)計、車身設(shè)計、復(fù)蓋件沖壓工藝設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計等。

上世紀(jì)60年代末，開始研究級進(jìn)模CAD/CAM，到了70年代便有初步應(yīng)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(jìn)模。進(jìn)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(yīng)用[3]。并逐漸在金零件造型、毛坯展開、毛坯排樣，模具設(shè)計和數(shù)控加工等模塊進(jìn)成形工藝及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的專用模塊。我國在上世紀(jì)80年代時，上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)紛紛相繼開展了級進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)的研究和開發(fā)。華中科技大學(xué)與美國UGS公司合作也開發(fā)出級進(jìn)模CAD/CAM軟件NX-PDW，該軟件具有自動化設(shè)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(shù)在汽車覆蓋件模和級進(jìn)模中的應(yīng)用及CAD/CAM軟件的研制和應(yīng)用，在冷沖模的生產(chǎn)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(jié)構(gòu)，提高模具的生產(chǎn)效率起到極其重要的地位。如今，很多研究機(jī)構(gòu)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(shù)控編程盡量簡單化，把類和對象帶入到參數(shù)定義中，建立智能的汽車覆蓋件模和級進(jìn)模系統(tǒng)。但我國與發(fā)達(dá)國家相比，在車型和模具的自我設(shè)計和開發(fā)能力較弱，還需進(jìn)一步建立起自主二次開發(fā)軟件在汽車工業(yè)中的應(yīng)用。

2 CAD/CAM技術(shù)在鍛壓模中的應(yīng)用

上世紀(jì)70年代，國內(nèi)外開始對CAD/CAM技術(shù)在鍛壓模中的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛的研究，在工藝設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和動態(tài)模擬方面均取得較好成績。大多數(shù)人都是以軸對稱鍛模入手，來開發(fā)鍛模CAD/CAM系統(tǒng)，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(tǒng)的難度大、通用性不高，其設(shè)計遠(yuǎn)比軸對稱鍛模復(fù)雜[2]。軸對稱鍛模CAD/CAM系統(tǒng)有鍛件、模鍛工藝、鍛模結(jié)構(gòu)三個設(shè)計模塊和一個NC編程模塊。鍛件設(shè)計主要是設(shè)計冷鍛件圖、熱鍛件圖，其中包括對分模面的選擇、機(jī)加工余量的補(bǔ)充、圓角的添加和拔模斜度的設(shè)計[4]。模鍛工藝設(shè)計是決定要不要采用預(yù)成形工序、怎樣采用以及鍛壓設(shè)備如何選擇其噸位[5]。鍛模CAD/CAM系統(tǒng)的發(fā)展方向是朝著統(tǒng)一化和模具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展執(zhí)行，并在工業(yè)技術(shù)和人工智能技術(shù)中深入應(yīng)用。

3 CAD/CAM技術(shù)在塑料模中的應(yīng)用

根據(jù)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(yīng)用最為廣泛。注射模CAD/CAM技術(shù)主要從兩個方面對技術(shù)人員提供強(qiáng)有力的幫助：一是通過CAE技術(shù)對模具進(jìn)行科學(xué)計算和動態(tài)模擬；二是對注射模結(jié)構(gòu)CAD優(yōu)化設(shè)計、仿真和圖形處理等[6]。注射模CAD/CAM主要內(nèi)容有：

（1）建立幾何模型。

（2）模腔設(shè)計。

（3）模具結(jié)構(gòu)方案設(shè)計。

（4）標(biāo)準(zhǔn)模架的選擇。

（5）圖形處理。

（6）模具數(shù)控加工程序生成。

（7）數(shù)控加工。

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

隨著我國數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的加工流程和技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在數(shù)控技術(shù)要求，還應(yīng)采用數(shù)控代碼驗證、仿真與優(yōu)化功能來縮短模具生產(chǎn)周期，來適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)要求。

4 CAD/CAM技術(shù)在壓鑄模中的應(yīng)用

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

壓鑄模的計算機(jī)輔助設(shè)計主要內(nèi)容：根據(jù)幾何模型特征、合金種類，相應(yīng)的科學(xué)計算；選擇合適壓鑄機(jī)、材質(zhì)；模具結(jié)構(gòu)設(shè)計（主要是澆注系統(tǒng)、型腔鑲塊、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、模板、推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計）；最后繪出模具圖紙[7]。

一個典型的三維壓鑄模CAD系統(tǒng)[8]，主要包括下面幾個各個模塊：

（1）壓鑄件工藝參數(shù)的計算。

（2）壓鑄機(jī)的參數(shù)選擇。

（3）澆注系統(tǒng)的設(shè)計。

（4）分型面的設(shè)計。

（5）模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

（6）推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計。

通常所說的壓鑄模CAM主要包括模具加工工藝設(shè)計、數(shù)控編程、數(shù)控加工過程的仿真模擬。

CAM主要選擇加工機(jī)床類型、加工路徑制定、模擬仿真加工等任務(wù)。數(shù)控技術(shù)是CAM中最核心的技術(shù)。數(shù)控加工主要包括：生成數(shù)控程序；數(shù)控加工過程。例如：日本的豐田公司開發(fā)的壓鑄模設(shè)計專家系統(tǒng)，將設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)信息數(shù)據(jù)庫化的專家系統(tǒng)基礎(chǔ)上，根據(jù)零件圖進(jìn)行壓鑄模結(jié)構(gòu)設(shè)計、草圖設(shè)計、型腔設(shè)計、工藝設(shè)計、裝配圖設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工路徑制定、模擬仿真加工成數(shù)控程序、數(shù)控加工過程等。

壓鑄模的CAD/CAM及科學(xué)地將壓鑄模的設(shè)計、制造一體化，進(jìn)行完整的計算機(jī)控制，大大縮短了生產(chǎn)周期，優(yōu)化了模具設(shè)計，是保證模具生產(chǎn)質(zhì)量、周期的重要的手段。我國壓鑄模CAD/CAM技術(shù)與國外先進(jìn)技術(shù)相比，差距還很大，為適應(yīng)產(chǎn)品創(chuàng)新的需求，提高產(chǎn)品競爭力，應(yīng)加快壓鑄模CAD/CAM一體化技術(shù)的發(fā)展步伐。

5 結(jié)束語

由于市場競爭日益激烈以及人們對產(chǎn)品需求的多樣化，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度越來越快。采用CAD/CAM技術(shù)的優(yōu)越性是模具技術(shù)智能化、革新化的措施，是模具技術(shù)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(yīng)用，大大提高了模具質(zhì)量，節(jié)約時間，提高生產(chǎn)效率，大幅度降低成本，將技術(shù)人員從高強(qiáng)度的勞動力解放出來。CAD/CAM技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計是傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)方面所無法比擬的。

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

[2]陳暉，周細(xì)應(yīng)，李名堯.模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢[J].鑄造技術(shù)，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(fù)雜鍛模及型腔模具CAD/CAM系統(tǒng)[J].鍛壓技術(shù)，1991（04）：48-51.

[5]賴華清.壓鑄工藝及模具[M].北京：機(jī)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(shè)計以及加工編程中的應(yīng)用研究[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2009（03）：101-102.

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

[8]徐紀(jì)平.壓鑄工藝及模具設(shè)計[M].北京：化學(xué)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(jī)械設(shè)計制作及其自動化。