淺談現代模具設計技術的現狀及發展趨勢

文/班偉 董艷卓

淺談現代模具設計技術的現狀及發展趨勢

文/班偉 董艷卓

沈陽德恒機械制造有限公司

隨著我國制造工業領域的繁榮發展，模具行業無疑成為能夠工業生產提供多元化需求的重要領域從而得到又好又快發展。近年來，現代模具設計技術也日漸更新，特別是CAD/CAM近年來發展勢頭迅猛，衍生出專業的CAD/CAM設計和從業人員。本文中，筆者重點以CAD/CAM技術作為案例，對當前我國模具設計領域的發展現狀及趨勢展開探討。

模具；制造業；發展；機械

CAM（Computer Aided Manufacturing），被譯為計算機輔助制造技術。該技術的核心是相關從業人員利用計算機輔助完成從生產準備到產品制造整個過程的活動，即通過直接或間接地把計算機與制造過程和生產設備相聯系，用計算機系統進行制造過程的計劃、管理以及對生產設備的控制與操作的運行，處理產品制造過程中所需的數據，控制和處理物料(毛坯和零件等)的流動，對產品進行測試和檢驗等。在模具設計中，技術人員可以根據CAD過程提供的信息和CAM系統的功能，進行零部件加工工藝路線的控制和加工狀況的預顯，掌握零件相關信息。模具設計屬于機械設計的范疇，早期的模具設計主要是利用手工繪圖，這使得制造出來的模具在裝配、精度等方面均有較大的問題。隨著計算機的發展，模具的設計方法已經由傳統的手工繪圖設計逐步向計算機輔助設計（CAD）方向發展，給模具設計帶來了深刻的變革。同時，在設計過程中，使用計算機輔助制造（CAM）進行模擬和優化也逐漸成為模具設計的主流。

1 現代模具設計的內容與方法

模具設計的內容包括：制品工藝分析與設計、模具成型零件設計、模具整體結構設計和模具二維加工圖紙設計。模具設計的方法主要跟模具的CAD設計技術掛鉤，如采用標準化設計、模塊化設計、參數化設計和智能化設計等。模具設計軟件主要有計算機輔助設計（CAD）軟件和計算機輔助制造（CAM）軟件。模具設計中常用的二維CAD軟件有：AutoCAD、PICAD、中望CAD、CAXACAD和三維軟件附帶的二維CAD等。正確的模具設計，是CAD設計與CAM模擬仿真交替進行，即先進行初步的CAD設計，然后進行CAM優化設計，不斷重復上述過程，直至確定最優的設計方案。

2 國內外模具CAD/CAM技術發展現狀

2.1國外發展現狀

國外模具CAD/CAM技術的研究始于20世紀60年代末，當時美國、日本、德國、加拿大等發達國家開始對沖模CAD進行研究。進入70年代，出現了面向中小企業的CAD/CAM的商品軟件，如日本機械工程實驗室成功研制的沖裁級進模CAD系統，美國DIECOMP公司成功地研制出計算機輔助設計級進模的PDDC系統。但這僅限于二維圖形的簡單沖裁級進模，其主要功能是條料排樣、凹模布置、工藝計算和NC編程等。80年代，彎曲級進模CAD/CAM系統開始出現，美國、日本等工業發達國家的模具生產絕大多數采用了CAD/CAM技術。進入90年代后，國外CAD/CAM技術向著更高的階梯邁進。在80年代的基礎上，從軟件結構，產品數據管理，面向目標的開發技術，產品建模和智能設計，質量檢測等方面都有所突破，為實現并行工程提供了更完善的環境。

2.2國內發展現狀

國內模具CAD/CAM技術發展現狀我國的計算機技術起步較晚，模具CAD/CAM的開發始于20世紀70年代末。80年代中、后期，我國的沖模CAD研制工作進入了全面發展階段，不少企業、科研院所、大專院校都開發了面向中國制造的CAD軟件，強調軟件產品的專業化和本地化，如天津大學的TD系統和一汽、二汽企業用的模具CAD/CAM系統。從20世紀90年代開始，華中科技大學、西安交通大學和北京機電研究院等相繼開展了級進模CAD/CAM系統的研究和開發。近年來，國內一些軟件公司也競相加入了模具CAD/CAM系統的開發行列。由于我國的CAD/CAM技術起步晚，并且限于資金、生產制造能力等方面的制約，跟國外相比還有很大的差距，例如，CAD/CAM的集成程度不高，仍然停留在NC編程和繪圖的應用上；CAD/CAM的軟硬件都依靠進口，自主版權的軟件很少；缺少技術和設備力量等。

3 模具設計技術的發展趨勢

模具設計的發展趨勢應該如下：

第一，多集成趨勢。現代模具設計應該打破傳統的單一發展模式，應該把技術使用、人力資源和管理技術的引用都囊括在內，往多集成趨勢發展。多集成概念還表現在學科綜合方面，模具設計不僅僅要用到最基礎的機械科學與模具設計理論，而且還會用到熱學、電磁學、光學以及控制理論等學科。第二，智能化趨勢。從產品設計到模具設計，再到中間的模具制造，最后到產品的成型，每個環節都將走向智能化。第三，網絡化趨勢。第四，不斷更新趨勢。第五，模具軟件功能集成化。第六，模具設計、分析及制造三維化。第七，產品數據管理（PDM）。PDM是一門用來管理所有與產品相關信息（包括零件信息、配置、文檔、CAD文件、結構、權限信息等）和所有與產品相關過程（包括過程定義和管理）的技術。通過實施PDM，可以提高生產效率，有利于對產品的全生命周期進行管理，加強對于文檔，圖紙，數據的高效利用，使工作流程規范化。第八，產品生命周期管理（PLM）。PLM是指從人們對產品的需求開始，到產品淘汰報廢的全部生命歷程。PLM是一種先進的企業信息化思想，它讓人們思考在激烈的市場競爭中，如何用最有效的方式和手段來為企業增加收入和降低成本。

4 結語

綜上所述，本文主要論述了當前國內外CAD/CAM技術發展的現狀，并對其未來發展趨勢進行了探討。在具體實踐中，應加強對現代模具設計技術的研究，使其更加集成化、智能化、網絡化和三維化，從而推動我國模具制造業實現跨越式發展。

[1]蔡耀安.模具設計與制造技術的發展探析[J/OL].現代工業經濟和信息化，2017，7（07）：74-75.（2017-05-24）[2017-08-07].