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

文/班偉 董艷卓

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

文/班偉 董艷卓

沈陽(yáng)德恒機(jī)械制造有限公司

隨著我國(guó)制造工業(yè)領(lǐng)域的繁榮發(fā)展，模具行業(yè)無(wú)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(lái)，現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)技術(shù)也日漸更新，特別是CAD/CAM近年來(lái)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，衍生出專業(yè)的CAD/CAM設(shè)計(jì)和從業(yè)人員。本文中，筆者重點(diǎn)以CAD/CAM技術(shù)作為案例，對(duì)當(dāng)前我國(guó)模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)展開(kāi)探討。

模具；制造業(yè)；發(fā)展；機(jī)械

CAM（Computer Aided Manufacturing），被譯為計(jì)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(jì)算機(jī)輔助完成從生產(chǎn)準(zhǔn)備到產(chǎn)品制造整個(gè)過(guò)程的活動(dòng)，即通過(guò)直接或間接地把計(jì)算機(jī)與制造過(guò)程和生產(chǎn)設(shè)備相聯(lián)系，用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行制造過(guò)程的計(jì)劃、管理以及對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的控制與操作的運(yùn)行，處理產(chǎn)品制造過(guò)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(dòng)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試和檢驗(yàn)等。在模具設(shè)計(jì)中，技術(shù)人員可以根據(jù)CAD過(guò)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(jì)屬于機(jī)械設(shè)計(jì)的范疇，早期的模具設(shè)計(jì)主要是利用手工繪圖，這使得制造出來(lái)的模具在裝配、精度等方面均有較大的問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，模具的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)由傳統(tǒng)的手工繪圖設(shè)計(jì)逐步向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）方向發(fā)展，給模具設(shè)計(jì)帶來(lái)了深刻的變革。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，使用計(jì)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(jì)的主流。

1 現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)的內(nèi)容與方法

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

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

2.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外模具CAD/CAM技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代末，當(dāng)時(shí)美國(guó)、日本、德國(guó)、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始對(duì)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(shí)驗(yàn)室成功研制的沖裁級(jí)進(jìn)模CAD系統(tǒng)，美國(guó)DIECOMP公司成功地研制出計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)級(jí)進(jìn)模的PDDC系統(tǒng)。但這僅限于二維圖形的簡(jiǎn)單沖裁級(jí)進(jìn)模，其主要功能是條料排樣、凹模布置、工藝計(jì)算和NC編程等。80年代，彎曲級(jí)進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)開(kāi)始出現(xiàn)，美國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)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(kāi)發(fā)技術(shù)，產(chǎn)品建模和智能設(shè)計(jì)，質(zhì)量檢測(cè)等方面都有所突破，為實(shí)現(xiàn)并行工程提供了更完善的環(huán)境。

2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)模具CAD/CAM技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)的計(jì)算機(jī)技術(shù)起步較晚，模具CAD/CAM的開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)70年代末。80年代中、后期，我國(guó)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(kāi)發(fā)了面向中國(guó)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(kāi)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(kāi)展了級(jí)進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些軟件公司也競(jìng)相加入了模具CAD/CAM系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)行列。由于我國(guó)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(guó)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(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

模具設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該如下：

第一，多集成趨勢(shì)。現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)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(shì)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(jì)不僅僅要用到最基礎(chǔ)的機(jī)械科學(xué)與模具設(shè)計(jì)理論，而且還會(huì)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(shì)。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到模具設(shè)計(jì)，再到中間的模具制造，最后到產(chǎn)品的成型，每個(gè)環(huán)節(jié)都將走向智能化。第三，網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)。第四，不斷更新趨勢(shì)。第五，模具軟件功能集成化。第六，模具設(shè)計(jì)、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(lái)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(guò)程（包括過(guò)程定義和管理）的技術(shù)。通過(guò)實(shí)施PDM，可以提高生產(chǎn)效率，有利于對(duì)產(chǎn)品的全生命周期進(jìn)行管理，加強(qiáng)對(duì)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(duì)產(chǎn)品的需求開(kāi)始，到產(chǎn)品淘汰報(bào)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，如何用最有效的方式和手段來(lái)為企業(yè)增加收入和降低成本。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要論述了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外CAD/CAM技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，并對(duì)其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。在具體實(shí)踐中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)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(dòng)我國(guó)模具制造業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

[1]蔡耀安.模具設(shè)計(jì)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].