模具CAD/CAE/CAM技术的发展及软件应用

1 引言

    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)％。

2 模具CAD/CAE/CAM技术优势

    注塑模具和金属冷冲压模具大约占到模具总量的90％左右，所以探讨模具CAD/CAE/CAM技术在金属成型模具以及注塑模具中的应用优势对工程技术人员对模具结构、成型工艺、数控加工及成本等进行设计和优化具有一定的指导意义。

    2.1 CAD/CAE/CAM技术在注塑模具中的应用优势

    注塑模CAD/CAE/CAM技术在20世纪60年代中期国外就开始了相关的研究，由注射过程以维流动与冷却分析的完成，逐步发展到对三维流动与冷却分析的研究，最后对流动、保压、冷却、应力分析注射成型全过程进行集成化研究。注塑模CAD/CAE/CAM技术不仅可实现对模具进行有限元结构力学分析、流动分析模拟和冷却分析模拟，且能很好的完成注射模结构CAD，包括塑料产品的建模、模具总体结构方案设计和零部件设计、数控仿真和数控程序生成，模具模拟装配、零件图和装配图的生成与绘制等。它在注塑模具设计与制造中的具体应用优势体现在以下6个方面：

    (1)有利于模架的选择实现标准化；

    (2)塑料制品的几何造型、模腔表面形状的生成更为优化；

    (3)有利于优化模具结构方案设计、部装图与总装图以及模具零件图的生成；

    (4)注射工艺条件及注射模具材料的优选；

    (5)自动化注射流动及保压过程模拟，增大设计可靠性；

    (6)冷却过程分析、力学分析及数控加工，提高注塑模综合质量。

    2.2 CAD/CAE/CAM技术在金属成型中的应用优势

    冷冲模CAD/CAE/CAM技术在20世纪50年代末国外就有相关研究，如美国某公司开发的级进模计算机辅助设计系统PDDC，该系统可实现冷冲模设计的全部过程，不仅可输入产品图形和压力机床参数，确定操作程序、步距、空位、总工位数，还可以绘制排样图，输出模具装配图和压力机床参数，生成数控线切割程序等。

    使用冷冲模CAD/CAE/CAM系统进行模具设计制造，可以大大缩短模具开发周期，降低生产成本，在冲压模具设计与制造中的具体应用优势体现在以下6个方面：

    (1)有利于高精度实现工艺分析计算，辅助成型工艺的设计；

    (2)建立标准化模具零件和结构的图形库，提高模具结构的模具零件设计效率；

    (3)辅助完成绘图工作，优化输出模具零件图和装配图；

    (4)利用计算机完成有限元分析和优化设计等数值计算工作，速度快，精度高且不易出错；

    (5)利用几何造型技术完成复杂模具几何设计；

    (6)辅助完成模具加工工艺设计和NC编程，发挥设计人员的创造性。