淺談現(xiàn)代模具設(shè)計技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

文/班偉 董艷卓

淺談現(xiàn)代模具設(shè)計技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

文/班偉 董艷卓

沈陽德恒機(jī)械制造有限公司

隨著我國制造工業(yè)領(lǐng)域的繁榮發(fā)展，模具行業(yè)無疑成為能夠工業(yè)生產(chǎn)提供多元化需求的重要領(lǐng)域從而得到又好又快發(fā)展。近年來，現(xiàn)代模具設(shè)計技術(shù)也日漸更新，特別是CAD/CAM近年來發(fā)展勢頭迅猛，衍生出專業(yè)的CAD/CAM設(shè)計和從業(yè)人員。本文中，筆者重點以CAD/CAM技術(shù)作為案例，對當(dāng)前我國模具設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢展開探討。

模具；制造業(yè)；發(fā)展；機(jī)械

CAM（Computer Aided Manufacturing），被譯為計算機(jī)輔助制造技術(shù)。該技術(shù)的核心是相關(guān)從業(yè)人員利用計算機(jī)輔助完成從生產(chǎn)準(zhǔn)備到產(chǎn)品制造整個過程的活動，即通過直接或間接地把計算機(jī)與制造過程和生產(chǎn)設(shè)備相聯(lián)系，用計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行制造過程的計劃、管理以及對生產(chǎn)設(shè)備的控制與操作的運行，處理產(chǎn)品制造過程中所需的數(shù)據(jù)，控制和處理物料(毛坯和零件等)的流動，對產(chǎn)品進(jìn)行測試和檢驗等。在模具設(shè)計中，技術(shù)人員可以根據(jù)CAD過程提供的信息和CAM系統(tǒng)的功能，進(jìn)行零部件加工工藝路線的控制和加工狀況的預(yù)顯，掌握零件相關(guān)信息。模具設(shè)計屬于機(jī)械設(shè)計的范疇，早期的模具設(shè)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(jī)的發(fā)展，模具的設(shè)計方法已經(jīng)由傳統(tǒng)的手工繪圖設(shè)計逐步向計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）方向發(fā)展，給模具設(shè)計帶來了深刻的變革。同時，在設(shè)計過程中，使用計算機(jī)輔助制造（CAM）進(jìn)行模擬和優(yōu)化也逐漸成為模具設(shè)計的主流。

1 現(xiàn)代模具設(shè)計的內(nèi)容與方法

模具設(shè)計的內(nèi)容包括：制品工藝分析與設(shè)計、模具成型零件設(shè)計、模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計和模具二維加工圖紙設(shè)計。模具設(shè)計的方法主要跟模具的CAD設(shè)計技術(shù)掛鉤，如采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、模塊化設(shè)計、參數(shù)化設(shè)計和智能化設(shè)計等。模具設(shè)計軟件主要有計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）軟件和計算機(jī)輔助制造（CAM）軟件。模具設(shè)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(shè)計，是CAD設(shè)計與CAM模擬仿真交替進(jìn)行，即先進(jìn)行初步的CAD設(shè)計，然后進(jìn)行CAM優(yōu)化設(shè)計，不斷重復(fù)上述過程，直至確定最優(yōu)的設(shè)計方案。

2 國內(nèi)外模具CAD/CAM技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀

國外模具CAD/CAM技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代末，當(dāng)時美國、日本、德國、加拿大等發(fā)達(dá)國家開始對沖模CAD進(jìn)行研究。進(jìn)入70年代，出現(xiàn)了面向中小企業(yè)的CAD/CAM的商品軟件，如日本機(jī)械工程實驗室成功研制的沖裁級進(jìn)模CAD系統(tǒng)，美國DIECOMP公司成功地研制出計算機(jī)輔助設(shè)計級進(jìn)模的PDDC系統(tǒng)。但這僅限于二維圖形的簡單沖裁級進(jìn)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(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)開始出現(xiàn)，美國、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具生產(chǎn)絕大多數(shù)采用了CAD/CAM技術(shù)。進(jìn)入90年代后，國外CAD/CAM技術(shù)向著更高的階梯邁進(jìn)。在80年代的基礎(chǔ)上，從軟件結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，面向目標(biāo)的開發(fā)技術(shù)，產(chǎn)品建模和智能設(shè)計，質(zhì)量檢測等方面都有所突破，為實現(xiàn)并行工程提供了更完善的環(huán)境。

2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)模具CAD/CAM技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀我國的計算機(jī)技術(shù)起步較晚，模具CAD/CAM的開發(fā)始于20世紀(jì)70年代末。80年代中、后期，我國的沖模CAD研制工作進(jìn)入了全面發(fā)展階段，不少企業(yè)、科研院所、大專院校都開發(fā)了面向中國制造的CAD軟件，強(qiáng)調(diào)軟件產(chǎn)品的專業(yè)化和本地化，如天津大學(xué)的TD系統(tǒng)和一汽、二汽企業(yè)用的模具CAD/CAM系統(tǒng)。從20世紀(jì)90年代開始，華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)和北京機(jī)電研究院等相繼開展了級進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)的研究和開發(fā)。近年來，國內(nèi)一些軟件公司也競相加入了模具CAD/CAM系統(tǒng)的開發(fā)行列。由于我國的CAD/CAM技術(shù)起步晚，并且限于資金、生產(chǎn)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(yīng)用上；CAD/CAM的軟硬件都依靠進(jìn)口，自主版權(quán)的軟件很少；缺少技術(shù)和設(shè)備力量等。

3 模具設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢

模具設(shè)計的發(fā)展趨勢應(yīng)該如下：

第一，多集成趨勢?，F(xiàn)代模具設(shè)計應(yīng)該打破傳統(tǒng)的單一發(fā)展模式，應(yīng)該把技術(shù)使用、人力資源和管理技術(shù)的引用都囊括在內(nèi)，往多集成趨勢發(fā)展。多集成概念還表現(xiàn)在學(xué)科綜合方面，模具設(shè)計不僅僅要用到最基礎(chǔ)的機(jī)械科學(xué)與模具設(shè)計理論，而且還會用到熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)以及控制理論等學(xué)科。第二，智能化趨勢。從產(chǎn)品設(shè)計到模具設(shè)計，再到中間的模具制造，最后到產(chǎn)品的成型，每個環(huán)節(jié)都將走向智能化。第三，網(wǎng)絡(luò)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(shè)計、分析及制造三維化。第七，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）。PDM是一門用來管理所有與產(chǎn)品相關(guān)信息（包括零件信息、配置、文檔、CAD文件、結(jié)構(gòu)、權(quán)限信息等）和所有與產(chǎn)品相關(guān)過程（包括過程定義和管理）的技術(shù)。通過實施PDM，可以提高生產(chǎn)效率，有利于對產(chǎn)品的全生命周期進(jìn)行管理，加強(qiáng)對于文檔，圖紙，數(shù)據(jù)的高效利用，使工作流程規(guī)范化。第八，產(chǎn)品生命周期管理（PLM）。PLM是指從人們對產(chǎn)品的需求開始，到產(chǎn)品淘汰報廢的全部生命歷程。PLM是一種先進(jìn)的企業(yè)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(yè)增加收入和降低成本。

4 結(jié)語

綜上所述，本文主要論述了當(dāng)前國內(nèi)外CAD/CAM技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，并對其未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討。在具體實踐中，應(yīng)加強(qiáng)對現(xiàn)代模具設(shè)計技術(shù)的研究，使其更加集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和三維化，從而推動我國模具制造業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。

[1]蔡耀安.模具設(shè)計與制造技術(shù)的發(fā)展探析[J/OL].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2017，7（07）：74-75.（2017-05-24）[2017-08-07].