CAD/CAE技術在汽車模具中的應用進展

劉峰

摘要：隨著模具技術的不斷進步，CAD/CAE技術已經越來越廣泛地應用到模具的設計過程中，對于模具質量的提高發揮著重要的作用。

關鍵詞：CAD技術；覆蓋件模具；汽車車身；汽車底盤

中圖分類號：RT64 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3178（2018）20-0365-01

前言：

20世紀60年代初，CAD技術首先被應用于機器制造行業，如飛機制造、汽車制造、船舶制造等。到20世紀70年代后期，微型計算機、大容量存儲技術和計算機圖形學的飛速發展，使CAD技術在工程上的應用從單獨的分析計算變成大量信息存儲、檢索、繪圖、計算融為一體的獨立系統，CAD技術貫穿到設計、制造、管理的全過程中。

1 模具CAD/CAM技術產生的背景及意義

模具工業是國民經濟的重要基礎工業之一。模具是工業生產中的基礎工藝裝備，是一種高附加值的高精密型產品，也是高新技術產業化的重要領域，其技術水平的高低已經成為衡量一個國家制造業水平的重要標志。隨著工業的發展，特別是CAD/CAM/CAE技術的飛速發展，極大地推動了模具的發展。模具CAD（計算機輔助設計CAD-Computer Aided Designl/CAM f計算機輔助制造computer Aided Manufacturing）可以顯著縮短從設計到制造的周期，節省時間，提高生產效率并大幅度降低成本，將技術人員從繁冗的計算、繪圖和NC編者編程工作解放出來，使其可以從事更多創造勞動。同時模具CAD/CAM技術為模具工業提供了強有力的技術支持，滿足了目前用戶提出的“短交貨期”、“高精度”、“低成本”的迫切要求。為企業的產品設計、制造和生產水平的發展帶來了質的飛躍。

2 CAD/CAM技術在汽車中的應用特點

2.1 技術先進

采用CAD軟件可提供優化設計，實現圖形輸入、優化排樣、工藝分析和計算、對尺寸和公差的處理以及尺寸自動標注等。

2.2 高效、節約和自動化程度高

提供快捷的汽車設計方法，簡化設計過程，縮短設計周期。對毛坯排樣優化可提高材料利用率，提高工效，可避免出現差錯，這是設計者手工設計根本無法比擬的。

2.3 加工質量高

把設計和加工過程聯系起來，采用先進加工技術，可消除加工中的人為誤差，保證加工質量。

CAD、CAM是實現技術、經濟效益的不可分割的兩個組成部分。如只完成CAD技術的開發，而不實現CAM的應用，不形成CAD/CAM一體化，CAD技術開發應用則基本失去其實際意義。

3 CAD/CAM技術在汽車中的應用

3.1 CAD/CAM技術在汽車模具中的應用

模具是指能夠生產出具有一定形狀和尺寸要求的零件的一種生產工具，也就是人們通常所說的模子。模具生產具有高效、節材、成本低、保證質量等一系列優點。

汽車新產品開發的決定性環節是汽車覆蓋件模具的設計，是由設計人員運用專業知識和豐富的實踐經驗綜合推理與計算完成的。傳統的覆蓋件模具制造方法是先制造主板、主模型和工藝模型，然后利用工藝模型為靠模在仿型機床上加工模具表面，最后由鉗工裝配、調試成合格模具，不僅工藝流程長，模具表面精度低，而且存在著對模具制造工人要求高等缺點。因此實現覆蓋件模具CAD/CAD是汽車工業迫切需要解決的一項技術難題。

汽車覆蓋件模具CAD/CAD系統的特點是利用計算機及其外圍設備在各層次計算機軟件系統的支持下，完成模具方案設計、金屬板料沖壓成形過程分析、模具結構設計、模具數控加工刀具運動軌跡生成和控制數控機床進行模具加工等工作。

上世紀末，國外汽車公司就開始了模具CAD/CAD技術的研究。這一研究主要用于汽車車身的設計，并且各大汽車公司也建立了自己的CAD/CAM系統，并將其應用于模具設計與制造。目前，模具CAD/CAM技術也應用于我國許多企業，并在計算機自動編程技術取得了豐富的經驗，大大提高了模具的使用精度和生產率。然而，現在我國還有許多企業仍然停留在手工設計模具的階段，其模具CAD/CAM技術工作也只是用計算機進行二維設計，只有少數企業的汽車模具設計和制造水平接近于國際先進水平。

現在，由于我國汽車模具的設計及制造效率低，設計方法也很難適應汽車工業發展需要，這導致了我國設計開發的新車型與發達國家相比相差甚遠。而花高價錢從國外引進CAD/CAM技術又會嚴重阻礙我國汽車產品的更新換代。要提高我國汽車設計及制造水平我們只能研發自己的模具CAD/CAM技術，并以國外先進的通用計算機造型軟件為基礎進行二次再開發，從而提高我國模具CAD技術的發展。

3.2 CAD/CAM技術在汽車車身中的應用

汽車車身是汽車的重要組成部分，是整個汽車零部件的載體，它的質量在汽車制造技術中占有很重要的地位。現在，汽車車身技術的發展狀況反映出一個國家的汽車工業水平，要是我國的汽車工業水平趕超世界先進水平，關鍵是提高汽車車身設計和制造水平。

國外現代車身開發已進入采用“并行生產”的方式和無圖紙化的階段。“并行生產”可以減小重復設計的麻煩，縮短修改設計的時間：并讓生產部門盡早獲悉產品的設計意圖、分析新設計的可行性。這些都是通過CAD/CAM一體化實現的，即車身開發過程由一個“工程數據管理系統”管理，統一信息流，統一數據庫。這樣可以提高車身開發的效率，又便于保證質量。

我國已建成的CAD/CAM系統，目前由于缺乏人才去充分開發和應用，還沒有形成CAD/CAM系統技術。在汽車車身CAD方面上是沿用傳統設計方法基礎上作局部的輔助，主要是在表面集合圖形和線圖形上取得效益。在CAM方面，各汽車廠首先將力量投入到車身模具的曲面數控加工，以代替傳統的曲面方型加工，取得了良好的經濟效益。

3.3 CAD/CAM技術在汽車底盤中的應用

汽車底盤是汽車設計中重要的一環，對汽車產品質量起決定性作用。現在由于計算機在汽車上的應用汽車底盤發生了重大變革，它改變了汽車傳統的機械裝置，并增加了許多新的功能，使汽車的駕駛更為簡單方便，乘坐更為舒服安全。

汽車底盤在布置設計時都是在三維空間內完成的，因此在設計中為了建立整車坐標系及總稱的坐標系，設計人員必須在CAD/CAM系統中準確確定零部件位置。在已經建立的整車坐標系及總稱的坐標系中建立數學模型，用坐標點的方法完成總稱裝配。在設計完成后，CAD/CAM系統還要進行干涉檢查，包括位置干涉檢查和運動干涉檢查。

4 結語

CAD/CAM技術在我國汽車行業中的應用，雖然帶動了汽車在設計和生產方面的變革，但和國外先進技術水平相比還存在著相當大的差距。現在CAD技術正向著集成化、網絡化、智能化等方面發展，我們只有抓住時機，積極研發，才能跟上世界科技發展的步伐，與時俱進，和其他國家汽車發展方向保持一致，提高我國CAD技術在汽車行業應用水平。

參考文獻

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[2]李春明，現代汽車底盤技術[M]，北京：北京理工大學出版社，2017

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