机械模具技术中CAD软件的应用

前言

       随着计算机技术和制造技术的迅速发展，对如何缩短模具设计时间与加工的生产周期以及怎样提高模具加工质量等问题愈来愈备受关注。模具技术也逐渐由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术逐步向模具CAD/CAE/CAM（计算机辅助设计、辅助工程和辅助制造）技术转变。美国率先将计算机技术应用于模具工业，实现模具CAD/CAE/CAM一体化系统，达到提高模具设计效果与加工质量、有效提高生产周期的目的。据文献统计，国外采用模具CAD/CAE/CAM技术可使设计时间缩短50％，制造时间缩短30％，成本下降10％，塑料原料节省7％，一次试模成功率提高(45-50)％。

1.CAD软件的发展及技术概述

       1.1 CAD软件的发展

       早在20世纪60年代，英国DQC公司就采用CAD系统对汽车覆盖件的制造的进行技术革新。在1978年，德国EPMC公司运用CAD技术设计出新型级进模，可以选择模具的结构、类型和工艺参数，极大程度地改变了凸模、凹模等工作零件的设计方式并缩短了设计周期，提高了零件精度。

       我国是从1975年以后开始引入计算机辅助设计技术，从而开始研究模具CAD技术，由于历史原因，我国语欧美工业发达国家相比还有很大差距。目前我国独立研发的CAD系统运用广泛的代表产品有：北京机械制造研究所研发的冷冲模CAD系统、重庆大学机电研究所研发的注塑模CAD系统。

       目前CAD技术在我国机械制造行业的运用和开发中还存在着较多问题，具体表现在以下几点：

       （1）CAD技术的多功能应用程度较低，许多中小企业长期停留在三维建模和数控编程方面。

       （2）CAD系统国产元件太少，国有化水平不高，技术更新较慢。3）CAD系统二次开发和逆向工程技术在设计产品中体现较弱。

       1.2 CAD软件技术概述

       CAD技术是近20年以来在我国制造业快速发展的计算机应用技术，全称是计算机辅助设计和计算机辅助制造。CAD技术的推广和应用，推动了机械工业产业的技术更新，在很大程度改变了人们设计、制造产品的观念。

       而CAD技术在机械制造行业的广泛应用，大大提高了产品的加工效率和产品的精度，降低了产品的加工生产成本，缩短了大批量产品的生产周期，并降低了操作者的工作强度。在现代制造行业尤其是模具行业中，模具CAD技术的高效率、高精度、高智能化、柔性制造等特点使得越来越多的模具企业对CAD技术的研发与应用开始重视。

2.机械模具技术的现状

       2.1 设计与制造技术实现一体化

       在机械模具的设计与制造中，计算机作为辅助设备得到了广泛的应用。机械模具从最初的设计，再到制造实现了一体化。这种生产方式不仅优化了模具的设计过程，还实现了生产方式自动化。在对机械模具进行建模和数控加工过程中，三维设计的优点得到充分体现，不仅提高了机械模具的制造效率，而且提高了机械模具的质量。机械模具在设计时不仅要体现科学性，而且还要体现设计的合理性。因此，在对机械零件进行形态仿真设计时，就要采用数值模拟方式，从而找出合理的模具机构和制造方案。在进行大型的机械模具的锻造定型和塑件成型时，其大小、精密度、复杂性等因素都对模拟成型不再有大的影响。

       2.2 出现了针对大型的、复杂的机械模具的新技术

       为了满足汽车制造行业的飞速发展，针对大型的、复杂的机械模具的新技术不断涌现，缩短了大型机械模具的研发时间，其技术水平和制造精确度也在逐步上升。在进行设计时，模拟仿真手段成为重要的应用技术。利用模拟分析技术，可以预知覆盖件在塑型过程中可能出现的各种问题，且通过对工艺实现展开的分析，也要对各种参数进行相应调整，以此才能将存在的问题所解决。并且，三维模具设计本身就是一种新型技术，且能够在大型及诶邪恶模具制造中得到广泛应用，而这种实体设计方式本身就能够从不同角度对模具结构进行监察，以能够为模具机构的合理性提供有效保证。

       2.3 高速铣削工艺得到广泛应用

       作为重要的机械模具技术，高速铣削工艺得到了广泛应用。高速铣的特点是在进行高速加工时，材料温度上升慢，刀具的切削力较小，由于热能产生的变形几率小，模具表面材料的残留应力低等。这些优点使得高速铣削工艺成为加工机械模具的首先加工技术。

       2.4 注射模中新技术得到应用

       在注射模中，新技术不断被采用。热流道技术在注塑行业被推广，其工作原理是利用元器件为模具加热，以保证塑料的熔融形态，这样就可以完成高品质的成型塑件，不仅降低原材料的损耗，而且能节约能源。另外，还在注射成型中采用了气体辅助注射新技术，其工作原理是使用氮气作为辅助注射对象，其优点是注射时造成较小的压力，保持熔体良好的流动性能，所制造的产品不容易变形，并且翘曲率很低，塑件的外形质量较高。

       2.5 微细成型工艺得到了技术支持

       纳米技术在微细成型中得到应用，其原理是控制物质反应的大小、传输的快慢和转变程度，从而达到技术创新的目的，同时还能充分发挥其独特的性能。纳米工艺最基本的应用体现在纳米模具成为进行生产的工具。

       2.6 反求工程技术

       反求工程通常被成为逆向工程。在新产品的研发、模具设计、模具制造过程中，逆向工程发挥了重要作用。逆向工程的设计方式和工作理念和传统的设计理念和方式有很大的区别。逆向工程首先要对加工对象进行数据的收集处理，利用CAD造型取得加工对象的几何模型，然后在经过对几何模型的分析数据，根据需求进行数据调整，最后完成对加工对象的外形设计，再利用CAM编程，最终完成加工对象的成型模加工。

       2.7 模具制造实现了信息化、智能化、网络化

       在模具制造行业正在实现信息化、智能化和网络化。信息化管理可以提高企业的的经济效益。智能化管理平台的建立为机械模具企业提升了竞争能力。因此，很多机械模具制造企业通过信息化平台来提高自身的管理能力。并且，通过信息网络化的建设能对项目进程起到一定监控作用，还能对模具制造实际情况进行有效监督和管理。而其主要监控对象则包含调控模具生产的资金以及模具制造进度，以此提高模具制造工作效率。

3.结束语

       近年来，我国引进了不少很强图形功能的CAD/CAE/CAM系统软件，但在曲面造型和数控加工等方面依然存在一定的局限性。目前，国内一些大型企业或CAD技术较成熟的企业通常引进成套软件，而大多数模具工厂和中小型企业的CAD技术的应用处于初级阶段，通常以自我开发为主，选定适合实际情况的软、硬件开发平台进行二次开发，提高了设计效率和质量的同时，也使软件更加符合工厂生产实际和便于技术人员的使用。