CAD/CAM技术在现代模具生产中的应用现状

国际金属加工网 2018年08月08日

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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雷尼绍

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