模具CAD的现状与发展趋势

题 目： 机械CAD/CAM技术基本 系（院）： 机械工程学院 专 业： 12 材控（1）班 学生姓名： 王远 学 号： 指引教师： 章培培 模具 CAD/CAE/CAM 的现状与发展趋势 班级：12材控1 学号： 姓名：王远摘要：本文论述了国内模具行业的概况及其近年来所获得的成绩，对国内外模具 CAD/CAE/CAM技术的发展历程和现状作了简朴概述，最后总结出模具 CAD/CAE/CAM模具是工业生产中的基本工艺装备，也是发展和实现少无切削技术不可缺少的工具。在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯行业中，有 60%80%的零部件都需要模具加工，轻工制品的生产中应用模具更多，因此模具行业有“百业之母”的美誉。模具生产的工艺水平及科技含量的高下，直接影响到工业产品的发展，它在很大 限度上决定着产品的质量、公司的效益、新产品的开发能力，决定着一种国家制造业的国际竞争力，因此模具生产的工艺水平及科技含量的高下已经成为衡量一种国家工艺水平和产品制造水平的重要标志。随着模具 CAD/CAE/CAM 技术的广泛使用，模具生产的工艺水平和科技含量将有质的奔腾。1 国内模具工业概况国内虽然很早就开始制造和使用模具，但长期未形成高技术含量的产业。直到20 世纪 80 年代后期，随着科技的进步，国务院和国家有关部门对发展模具工业给与了高度注重和支持，模具工业才驶入迅速发展轨道。近年来，国内模具工业发生了巨大的变化，不仅国有模具公司获得了很大发展三资公司、乡镇（个体）模具公司的发展也相称迅速，已经形成珠三角、长三角、安徽等具有一定规模的模具生产基地。模具工业的技术水平也有了很大的提高，冲压模具中具有代表性的是为汽车配套的汽车覆盖件模具，以及为农用车、工程机械和农机配套的覆盖件模具；覆盖件模具的技术规定高，大都是构造复杂的大中型模具，代表了冲压模具的水平，一汽模具公司、东风模具公司、天津模具厂等已可以生产出部分中档新型轿车的覆盖件模具。多工位级进模是一种高精度、高效率、长 寿命的模具，是技术密集型模具的重要代表，美国 UGS 公司与国内华中科技大学 合伙在 UGNX 软件平台上开发出基于三维几何模型的级进模 CAD/CAM 软件 NXPDW。此外，华中科技大学、上海交通大学、西安交通大学和北京机电研究院等 相继开展了级进模 CAD/CAM 系统的研究和开发。在塑料模具方面，大型塑料模具 已能生产单套重量达 50 顿以上的注塑模，精密塑料模的精度已可达到 3m，多腔 塑料模已能生产一模 2560 腔的塑封模，高速模具方面已能生和 4m/min 以上挤出速度的高速塑料异型材挤出模及主型材双腔共挤模具。其她类型的模具，也都达到了较高的水平。目前，在国内模具生产公司中，数字化设备比较齐全，模具CAD/CAE/CAM技术已经被广泛的应用，采用高速加工及 RP（Rapid Prototyping）/RT（Rapid Tooling）等先进技术的公司也逐渐增多。模具原则件使用覆盖率及模具商品化率都已有较大幅度的提高，热流道技术在塑料模具行业中应用比例越来越高。2 模具 CAD/CAE/CAM 技术的发展历程与现状 模具 CAD/CAE/CAM 技术具体就是模具设计人员和组织模具产品制造的工艺 设计人员在 CAD/CAE/CAM 系统的辅助下，根据模具的设计和制造程序进行设计 和制造的一项新技术。目前，模具 CAD/CAE/CAM 技术发展不久，广泛的应用于 模具生产公司。采用模具 CAD/CAE/CAM 技术是模具生产革命化的措施，也是模具技术发展的一种明显特点。21 国外模具 CAD/CAE/CAM 技术的发展历程与现状国外模具 CAD/CAM 技术的研究始于上世纪 60 年代，到 70 年代已经研制出 了模具 CAD/CAM 的专门系统，推出了面向中小型公司的 CAD/CAM 的商业软件，可应用于多种类型的模具设计和制造。1973 年，美国的 DIE COMP 公司率先研制成功 PDDC 持续模系统。1977年，捷克斯洛伐克金属加工工业研究所研制成功 AKT 冲模 CAD 系统。1978 年， 日本机械工程实验室建立 ME1 持续模设计系统。1979 年，日本旭光学工业公司研 究成功的冲空模和弯曲模 PENTAX 的 CAD 系统。1985 年，日本 NISSIN 精密机 器公司采用了冷冲模 CAD/CAM 系统。到 80 年代末，美国、日本等工业发达国家 的模具生产已有近 50%采用了 CAD/CAM 技术。 近二十近年来，随着计算机硬件 的不断提高，工业发达国家的 CAD/CAM 技术不断创新、完善、逐渐发展，已经形成一种从研究开发、生产制造到推广应用和销售服务的完整的高技术产业。 国外在上世纪 60 年代开始开发有限元进行软件，1976 年发行了第一套流动分析软件。运用 CAE 技术可以在模具加工前，在计算机上对整个成型过程进行模拟分 析，减少甚至避免模具返修报废、提高模具质量和减少成本等。目前国外的模具 C AE 技术已经相称成熟，完全走向实用化阶段，并获得了明显效果。国外出名的 CA E 软件有 NASTRAN、ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、COSMOS 等。22 国内模具 CAD/CAE/CAM 技术的发展历程与现状国内模具 CAD/CAM 技术开始于 20 世纪 70 年代末，与国外相比尚有一段距 离，但目前也趋于成熟，并在模具生产公司得到广泛应用。特别是 20 世纪 80 年代 后期，国内进入了 CAD/CAM 技术迅猛发展的时期，各大院校和科研单位不仅自主 研发适合国情、专业化极强的 CAD/CAM 实用系统，也引进国外先进 CAD/CAM， 同步在国外的 CAD/CAM 系统之上进行二次开发。如吉林大学依托一汽对汽车覆盖 件 CAD/CAM 系统的研究已经获得明显成效，华中科技大学模具技术国家重点实验 室在 AutoCAD 软件平台上开发出基于特性的级进模 CAD/CAM 系统 HMJC，上海 交通大学为瑞士法因（Finetool）精冲公司开发成功精密冲裁级进模 CAD/CAM 系统，西安交通大学开发出多工位弯曲级进模 CAD 系统等，这些 CAD/CAM 系统的研发增进了国内模具行业迅速发展。通过这十几年的发展，国内模具 CAD/CAM 软件的开发水平也逐渐接近国外先 进水平。在政府的大力支持下先后浮现了一批先进的模CAD/CAM 示范公司，高校和公司也培养了一大批模具 CAD/CAM 软件开发及应用人才。但总的来说，国内目前模具 CAD/CAM 软件不管是从产品开发水平还是从商品化、市场化限度都与发达国家有不小的差距。随着有限元技术的迅速发展，早在上世纪 80 年代，国内就有一批科研单位和高校投入有限元技术的研究、开发和应用中。在此背景下，国内相继获得了可喜的 成绩，如：大连理工大学的 JIFEX，郑州机械研究所的紫瑞，北京农机学院的有限 元分析系统。在模具 CAE 方面：如湖南大学的冲压 CAE 系统，华中科技大学冲压 成型迅速分析FASTAMP，清华的锻造 CAE 分析软件 FTStar，华北工学院的 锻造分析软件 CASTsoft 等，但是与 CAD/CAM 系统的集成度相对较弱。3 模具 CAD/CAE/CAM 技术的发展趋势21 世纪市场规定高质量、低成本的产品，并且规定对多种不同的市场需求作出迅速的反映。模具制造技术的发展趋于专业化、原则化、集成化、智能化、虚拟化、网络化，这将使模具行业发生巨大变革。31 模具 CAD/CAE/CAM 技术的专业化限度明显提高任何一种模具软件不也许包罗万象，完全能适应不同的模具产品、不同生产企 业的需求。这就规定有针对性的开发专用模具 CAD/CAE/CAM 系统软件，或者根据模具生产公司自身的特点对软件系统进行二次开发。这样才有也许一切从实际出发，最大的发挥出软件的潜能，充足运用好公司自身的设备，制造出高质量的模具产品。随着模具工业的迅速发展，各大重要软件开发商和有独立科研实力的公司已经 开始有针对性地开发专用模具 CAD/CAM实用软件系统，并获得了巨大的经济效益。 如：专用的进级模系统 NXPDW，专用的塑料注射模系统 MoldWizard，专用的 锻压模系统 AutoMolder，此外尚有法国 Misslelsoftware 公司的注射模专用软件 TopMold 和级进模专用软TopProgress、日本 UNISYS 株式会社的塑料模设计 和制造系统 CADCEUS 等。这些专用模具软件的产生，大大的提高了模具设计人员的工作效率，让模具设计人员从繁琐的劳动中解放出来，进行发明性的设计活动。32 模具 CAD/CAE/CAM 技术的原则化势在必行原则化模具 CAD/CAM 系统可建立原则零件数据库、非原则零件数据库和模具 参数数据库。原则零件库中的零件在模具 CAD 设计中可以随时调用，并采用 GT（G roup Technology，成组技术）生产。非原则零件库中寄存的零件，虽然与设计所需构造不尽相似，但运用系统自身的建模技术可以以便地进行修改，从而加快设计过程，使典型模具构造库在参数化设计的基本上实现。数据的传递、转化成为公司之间、公司与客户之间、软件之间、软件与设备之 间进行信息传递的最大障碍。在模具 CAD/CAE/CAM 软件系统中也存在这样的问题，为保障数据在传递、转化的过程中不丢失，建立数据转换的原则显得非常重要， 这样可以模具 CAD/CAE/ CAM 软件系统内部的信息交流成为整体，从而真正意上实现了模具制造信息传递的畅通。33 模具 CAD/CAE/CAM 技术的集成化是必然趋势国内模具制造公司虽然也采用了 CAD/CAM/CAE 技术，但模具的设计尚未形成成熟的理论指引和设计体系，各类设计工具更多的体现为单一学科的软件化，其 互相集成也是以软件接口实现的数据集成。模具 CAD/CAE/CAM 技术与 GT、CE（Concurrent Engineering）、CAE、CAPP（Computer Aided Process Pla nning）、PDM（Product Data Management）等技术密切相连，构成一种有机的整体，建立一种统一的全局模具产品数据模型，在模具开发、模具设计中，提供所有的信息，使信息共享、互换解决和反馈，它综合了计算机技术，系统集成技 术，并行技术和管理技术，最后将发展成为 CIMS（Computer Integrated Ma nufacture System，计算机集成制造系统）。34 智能技术将使模具 CAD/CAE/CAM 技术如虎添翼模具 CAD/CAE/CAM 技术中的智能化是指由模具 CAD/CAE/CAM 软件系统和人类专家共同构成的人机一体化系统，它能再模具生产过程中进行分析、推理、判断、构思和决策等智能活动，有效地实现了人与模具设计系统的有机融合及人的智 能的充足发挥。近年来，人工智能在模具 CAD/CAE/CAM 系统中的应用重要集中在知识工程的引入和模具设计专家系统开发上。目前，在模具的设计和制造过程中，在诸多环节上仍然依托模具设计人员的经 验。如模具设计方案的选择、工艺流程和参数的选择、模具构造的优化等，模具 C AD/CAE/CAM 设计系统只是完毕某些简朴建模和数值计算，缺少灵活性和可靠性。 这就规定模具设计系统必须运用 KBE（KnowledgeBased Engineering）技术进行进一步的改造，从分发挥、运用知识库和专家系统设计出高质量的模具。在模行业已有成功案例，如华中科技大学模具技术国家重点实验室在国产注射成型模拟 软件 HSCAE610 中成功地引入了人工智能技术。35 虚拟技术将在模具 CAD/CAE/CAM 得到应用 虚拟制（VM）是一种新的制造技术，它以仿真技术、信息技术、虚拟现实技术为支撑，对产品设计、工艺规划、加工制造等生产过程进行统一建模。虚拟制造 技术应用于模具生产实际是模具 CAD/CAE/CAM 技术的集成和延伸，因此，模具工业此后推广应用虚拟制造技术，必须一方面对目前应用于模具生产的多种先进设计与制造技术和措施进行全面、进一步的消化吸取和推广应用。虚拟制造技术在国外模 具工业中也有成功的应用。如美国的 Foundry Service（FSC）公司采用虚拟制造技术对整个工艺生产过程进行仿真，并根据仿真成果更改设备参数后，成功地完毕 了生产系统的改造工程，节省了大量的资金。AUTODIE 公司采用虚拟制造技术后， 在 810 个月内完毕一种车型的设计与制造，一年内可以接受 5 种车型的模具定货。 36 网络化是模具 CAD/CAE/CAM 技术应用的重要手段网络化敏捷制造与模具 CAD/CAE/CAM 技术的结合是当今模具制造业中的主流方向之一。随着信息技术、网络技术的发展，网络化制造的研究已经达到了前所未有的高度。网络化模具制造指的是：面对模具市场机遇，针对模具市场需要，利用以因特网为标志的信息高速公路，灵活而迅速地组织社会模具制造资源，迅速地组合成一种超越空间概念的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体网络联盟模具制造公司，以便迅速推出高质量、低成本的模具产品。此类的研究已经相称多，如东莞地区模具行业敏捷化趋势的分析与研究。由此可知模具网络化制造研究的重点的是如何有效的实现不同模具公司之间的资源共享，多种高新技术的集成，因此能集成多方面的资源，具有多种功能的网络化模具制造平台将成为网络化模具制造的技术支持工具，将使模具公司迅速的应对市场的变换。4 总结随着市场的国际化，竞争将愈演愈烈，短周期、高质量、长寿命的模具是模具 行业和顾客的追求，这必将使模具 CAD/CAE/CAM 技术全面进一步地应用于模具行业中，同步与并行工程、精益生产、敏捷制造等多种生产模式的结合日益密切，最后使模具行业发生重大变革。参照文献李德群，肖祥芷 模具 CAD/CAE/CAM 的发展概况及趋势J 模具工 业，7马颖 模具 CAD/CAM 技术的发展概况J 甘肃工业大学学报，1999， 25（2）刘玲，周旭东 模具 CAD/CAE/CAM 的发展和展望J 机械研究与应 用，17（3）邱建新，李发根，李国禄 模具工业发展趋势综述J CAD/CAM 与制 造业信息化，：3