CAD/CAM技术在现代模具生产中的应用现状

李和仙

（闽南理工学院，福建石狮362700）

CAD/CAM技术在现代模具生产中的应用现状

李和仙

（闽南理工学院，福建石狮362700）

介绍了CAD/CAM技术在冷冲模、锻压模、塑料模、压铸模中的应用，对我国模具产业的发展，提高生产效益，缩短生产周期、降低生产强度起着重要作用。

CAD/CAM；冷冲模；锻压模；塑料模；压铸模

模具工业是工业发展的基础之一，CAD/CAM技术则是模具工业生产中的重要技术装备，是一种高附加值型制造技术的核心技术，也是自动化和信息化的集成化的黄金领域，其技术水平的高低是国家工业现代化水平的重要标志[1]。自80年代以来，我国CAD/CAM技术以高技术、更新速度迅猛的特点发展，大大缩短了模具的生产周期，提高了产品质量，增强了企业在竞争中的应变能力，是工程技术人员利用计算机对模具设计产品的进一步优化。
鉴于此，本文就从CAD/CAM技术在冷冲模、锻压模、塑料模、压铸模中的应用来阐述CAD/CAM技术在现代模具生产中的应用现状。

1 CAD/CAM技术在冷冲模中的应用

冷冲模CAD/CAM系统一般包括系统工作管理、工艺分析、模具结构设计分析、图形系统与工程数据库五大模块，主要的内容有：导入原图及原始数据；制件工艺设定与分析；确定方案；科学计算，选用压力机；模具结构设计，图形处理；导出相应的数控加工程序；输出工艺过程文件。完成其他相关工作。

上世纪，CAD/CAM技术就用于汽车覆盖件的模具设计与制造，取得了较好的经济效果。日本丰田汽车公司就率先应用于汽车覆盖件的模具设计与制造，该汽车公司还利用包括有NTDFB、CADETT两类设计软件和加工凸、凹模的TINCA软件的汽车覆盖件CAD/CAM系统，来设计车身外形、车身结构、冲模CAD、主模型与冲模制造和夹具加工[2]。据报道，由于该系统投入使用，使得丰田公司的汽车覆盖件成形模的设计和制造周期减少50%左右。国外在UG-II软件平台上也开发了用于汽车覆盖件模具设计的专用模块，如钣金件设计、车身设计、复盖件冲压工艺设计和模具结构设计等。

上世纪60年代末，开始研究级进模CAD/CAM，到了70年代便有初步应用。早期的主要功能是条料排样、凹模布置、工艺计算和NC编程，仅用于二维图形的简单冲裁级进模。进入90年代，国际著名的Pro/ E、UG-II、CADD5、Solidworks、MDT等均陆续在模具界得到应用[3]。并逐渐在金零件造型、毛坯展开、毛坯排样，模具设计和数控加工等模块进成形工艺及模具结构设计的专用模块。我国在上世纪80年代时，上海交通大学、西安交通大学纷纷相继开展了级进模CAD/CAM系统的研究和开发。华中科技大学与美国UGS公司合作也开发出级进模CAD/CAM软件NX-PDW，该软件具有自动化设计的功能，已在2003年作为商品性投入巿场使用。

综上所述，CAD/CAM技术在汽车覆盖件模和级进模中的应用及CAD/CAM软件的研制和应用，在冷冲模的生产中占有重要作用，对于其缩短整个加工过程，优化冷冲模的结构，提高模具的生产效率起到极其重要的地位。如今，很多研究机构也开始这方面的研究，并且取得了一定的成绩。例如：使用UG/API、GRIP、以及VC++等对汽车覆盖件模具的数控编程尽量简单化，把类和对象带入到参数定义中，建立智能的汽车覆盖件模和级进模系统。但我国与发达国家相比，在车型和模具的自我设计和开发能力较弱，还需进一步建立起自主二次开发软件在汽车工业中的应用。

2 CAD/CAM技术在锻压模中的应用

上世纪70年代，国内外开始对CAD/CAM技术在锻压模中的应用进行了广泛的研究，在工艺设计、结构设计和动态模拟方面均取得较好成绩。大多数人都是以轴对称锻模入手，来开发锻模CAD/CAM系统，因为对称锻件几何形状简单，易于描述和定义，而长轴类锻模的CAD/CAM系统的难度大、通用性不高，其设计远比轴对称锻模复杂[2]。轴对称锻模CAD/CAM系统有锻件、模锻工艺、锻模结构三个设计模块和一个NC编程模块。锻件设计主要是设计冷锻件图、热锻件图，其中包括对分模面的选择、机加工余量的补充、圆角的添加和拔模斜度的设计[4]。模锻工艺设计是决定要不要采用预成形工序、怎样采用以及锻压设备如何选择其吨位[5]。锻模CAD/CAM系统的发展方向是朝着统一化和模具标准化技术进一步的发展执行，并在工业技术和人工智能技术中深入应用。

3 CAD/CAM技术在塑料模中的应用

根据模塑方法的不同，塑料模分为注射模、压缩模、中空吹塑模等，其中注射模应用最为广泛。注射模CAD/CAM技术主要从两个方面对技术人员提供强有力的帮助：一是通过CAE技术对模具进行科学计算和动态模拟；二是对注射模结构CAD优化设计、仿真和图形处理等[6]。注射模CAD/CAM主要内容有：

（1）建立几何模型。

（2）模腔设计。

（3）模具结构方案设计。

（4）标准模架的选择。

（5）图形处理。

（6）模具数控加工程序生成。

（7）数控加工。

从上世纪60年代到70年，由基于线框模型的CAD系统开始到以曲面造型为核心的CAD/CAM系统，而80年代到90年代，是对实体造型技术的成功应用到对基于特征的参数化实体/曲面造型技术的完整，为塑料模采用CAD/CAM技术打下坚固的基础。目前塑料模的CAD/CAM系统的在国内外巿场得到成功应用。例如Pro/E、UG-III-DEAS系统都带有独立的塑料模设计模块，利用它们来设计塑件模具，将塑件的三维模型在计算机中准确地建立起来，再根据塑件的几何特征来设计型芯和型腔，设计浇注系统和冷却系统、模流分析、结构设计等。目前这些软件在塑料模具工业中的得到广泛的应用。

随着我国数控技术的快速发展，传统的加工流程和技术已经不能适应现在数控技术要求，还应采用数控代码验证、仿真与优化功能来缩短模具生产周期，来适应现代数控技术要求。

4 CAD/CAM技术在压铸模中的应用

压铸模CAD是指利用计算机技术完成的信息检索、方案构思、分析、计算、工程绘图和文件编制等压铸工艺和压铸模设计过程中的工作。CAD中的“设计”包含很多学科，它利用计算机辅助完成分析、计算及工程绘图是设计环节的活动。

压铸模的计算机辅助设计主要内容：根据几何模型特征、合金种类，相应的科学计算；选择合适压铸机、材质；模具结构设计（主要是浇注系统、型腔镶块、导向机构、模板、推出机构的设计）；最后绘出模具图纸[7]。

一个典型的三维压铸模CAD系统[8]，主要包括下面几个各个模块：

（1）压铸件工艺参数的计算。

（2）压铸机的参数选择。

（3）浇注系统的设计。

（4）分型面的设计。

（5）模具结构的设计。

（6）推出机构的设计。

通常所说的压铸模CAM主要包括模具加工工艺设计、数控编程、数控加工过程的仿真模拟。

CAM主要选择加工机床类型、加工路径制定、模拟仿真加工等任务。数控技术是CAM中最核心的技术。数控加工主要包括：生成数控程序；数控加工过程。例如：日本的丰田公司开发的压铸模设计专家系统，将设计标准和技术信息数据库化的专家系统基础上，根据零件图进行压铸模结构设计、草图设计、型腔设计、工艺设计、装配图设计、结构设计、加工路径制定、模拟仿真加工成数控程序、数控加工过程等。

压铸模的CAD/CAM及科学地将压铸模的设计、制造一体化，进行完整的计算机控制，大大缩短了生产周期，优化了模具设计，是保证模具生产质量、周期的重要的手段。我国压铸模CAD/CAM技术与国外先进技术相比，差距还很大，为适应产品创新的需求，提高产品竞争力，应加快压铸模CAD/CAM一体化技术的发展步伐。

5 结束语

由于市场竞争日益激烈以及人们对产品需求的多样化，产品更新换代速度越来越快。采用CAD/CAM技术的优越性是模具技术智能化、革新化的措施，是模具技术发展赋予了它无限的生命力，使其得以快速发展和成功应用，大大提高了模具质量，节约时间，提高生产效率，大幅度降低成本，将技术人员从高强度的劳动力解放出来。CAD/CAM技术的优化设计是传统的模具生产方面所无法比拟的。

[1]李名尧.模具CAD/CAM[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]陈晖，周细应，李名尧.模具CAD/CAE/CAM技术的应用及其发展趋势[J].铸造技术，2010（11）：1454-1456.

[3]李德群，肖祥芷.模具CAD/CAE/CAM的发展概况及趋势[J].模具工业，2005（07）：9-13.

[4]刘蓓令，张海雁，崔红娟，等.三维复杂锻模及型腔模具CAD/CAM系统[J].锻压技术，1991（04）：48-51.

[5]赖华清.压铸工艺及模具[M].北京：机械工业出版社，2006.

[6]王海涛，马绍惠，王瑞海.基于CAD/CAM软件在注塑模具设计以及加工编程中的应用研究[J].机械设计与制造，2009（03）：101-102.

[7]李德群.模具的CAD/CAM/CAE技术[J].电加工与模具，2016（增刊）：7-10.

[8]徐纪平.压铸工艺及模具设计[M].北京：化学工业出版社，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，福建建瓯人，实验师，本科，研究方向：机械设计制作及其自动化。