CAD/CAM技术在现代模具生产中的应用现状

第一压铸

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[1l。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、CADErIT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【31。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 年作为商品性投入市场使用。

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，把类和对象带人到参数定义中，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人手，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[21。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is]。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[61。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系统的在国内外市场得到 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[71。

一个典型的三维压铸模CAD系统[81，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13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。

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