CAD/CAM在模具工业中的应用

　　模具制造业是最早应用计算机技术来提高设计、制造水平的机械行业之一。自从高速加工技术被引进模具工业以来，计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助测量（CAT）、反求工程（RE）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助制造（CAM）和快速原型制造（RP）等在模具制造中获得了广泛而有效的应用。下面只简要介绍高速加工中CAD技术和CAM技术的应用情况。

　　计算机辅助设计（CAD）主要用来解决产品造型设计问题，可完成模具设计和产品可装配性检查等工作。

　　常用的软件有UG，Pro/Engineer，Mastercam和Cimatron等，这些软件都具有模具设计开发功能。运用知识工程技术(KBE)，把模具设计的原理、经验、技能和规范等结合到系统中，设计人员只要输入工况参数、工程参数或应用要求，系统就能自动推理构造出符合要求的数字化几何模型。有的设计软件（如UG）还具有数据读入、零件建模、缩放控制、自动模型布局、分模等功能，通过使用过程模板和标准件库，把过程向导技术应用于模具的优化设计中，使只有最基础模具设计概念的初级设计人员也能设计出高质量的模具来，大大提高了模具设计工作的效率。

　　由于模具的型腔大多由复杂曲面构成，在高速数控机床上加工时，CAM的数控编程是一项繁重的工作，编程质量在很大程度上决定了模具的加工质量。影响模具零件编程质量的主要因素有：加工工艺路线、刀具类型、切削用量、转角清根的处理以及加工精度与过切的检查等。高速加工的工艺路线是影响模具制造质量的主要因素。以往加工工艺是否合理完全决定于编程人员的个人经验，一不小心，常会忽略一些技术细节，如：下刀点不正确、抬刀的安全高度不够、没有定义过切检查面等。如果复查不严，不及时纠正，轻者会降低模具制造质量，造成工件返工；重者造成工件报废，甚至发生人身设备事故。

　　在高级CAM软件的虚拟加工仿真环境下，这个问题可以得到很好的解决：在计算机上虚构出高速数控机床的加工环境，放上一个预先做好的“毛坯”，让“刀具”进行动态模拟仿真，其情形就像真实加工过程一样。但仿真过程可以随时暂停，仿真时间可以自由控制，以便编程人员进行检查。模拟仿真结束後，编程人员即可根据“刀具”运行的情况和“工件”加工後的形状来调整加工工艺路线。这种虚拟加工技术，既可减轻编程人员的精神负担，又可保证模具的制造质量。釆用高速切削技术（HSC）和CAD/CAM技术後，模具的生产周期可缩短约40%。

　　应用实效

　　生产实践表明，高速加工技术在模具制造中有加工精度高、表面质量好和生产效率高等特点。以下举几个典型的应用实例。

　　以用于制造插座的压铸模具为例，材料的硬度为54HRC。釆用传统加工时的工艺过程是：粗加工—线切割—淬火—EDM成形—抛光，加工总工时为55h。釆用高速加工时的工艺过程是：粗加工—淬火—HSC—抛光，加工总工时仅为14.5h。工效提高近4倍。高速加工後的模具表面质量极佳，还可大幅度降低生产成本。

　　另一个例子是连杆的锻模，材料硬度为60HRC，原来用电火花加工型腔需15h，电极制作需2h，共计17h。改用高速硬铣削後，表面粗糙度达Ra0.5~0.6μm，质量完全符合要求，整个锻模加工只需200min，工效提高5倍。

　　当用直径为3mm的球头铣刀对锻模型面进行精铣加工时，为了实现151m/min的切削速度，主轴转速应达到16000r/min。

　　以生产卡车外壳的大型模具为例，现在釆用高速加工方法制造，粗加工刀具为直径25.4mm的球头铣刀，主轴转速9000r/min，进给速度5000mm/min；精加工刀具为直径8mm的球头铣刀，主轴转速20000r/min，进给量2000mm/min，高速铣削後达到的表面粗糙度为1μm。因此不必再进行手工研磨，只用油石抛光。和原来釆用的电加工工艺相比，手工操作时间减少了40%。

　　在某注塑模的高速加工中，材料硬度为56~58HRC。原来用电加工，每个零件需时90min；釆用直径为12mm球头铣刀以主轴转速15000r/min、工作台进给1500mm/min进行超高速加工後，加工每个零件只需5min，工效提高18倍。

　　这些实例说明，高速切削技术在模具制造中的应用效果是很好的，必须尽快推广应用。

　　发展前景

　　高速加工的加工精度高、表面质量好，生产效率很高，在模具工业中的应用效果非常好，传统的电加工工艺无法与之匹敌，完全符合现代制造技术“高效率、高精度和高度自动化”的发展方向，有广阔的应用前景。

　　当然，电火花成形加工对一些尖角、窄槽、深小孔和过于复杂的型腔表面的精密加工还是有用的。高速加工还不能完全代替电火花成形加工，两者应该扬长避短，相辅相成。同时应该看到，高速加工的一次性设备投资比较大，并不是所有模具厂都能承受，而且中国目前还有大量的小型模具厂和电加工作坊存在，短期内高速加工对电加工还不会造成太大的威胁。但是应该看到，高速加工在发达国家模具制造工业中已处于主流地位，目前更以其巨大的优势，猛烈地冲击传统的电加工工艺，模具工业大规模设备更新的时代即将到来，有远见、有实力的企业家应该首选高速加工这个当今世界模具制造的主流技术，主动迎接新技术革命的挑战。 

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