現(xiàn)代生活中越來越多的產(chǎn)品饿幅，特別是各種塑料制品及大型覆蓋件等產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，單使用圖紙已很難正確和詳盡地表達(dá)產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)戒职，這就要求模具設(shè)計(jì)制造者必須使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)文件描述的手段栗恩，同時(shí)要求模具制造者必須充分掌握產(chǎn)品的各種資料，包括產(chǎn)品的形狀洪燥、尺寸磕秤、原料的特性、精度要求捧韵、特殊表面效果等景姓。有些產(chǎn)品還需客戶提供實(shí)物或模型。當(dāng)前社衰，我國工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)是產(chǎn)品品種多瘫盹，更新?lián)Q代快，市場競爭殘酷激烈桃旷。在這種情況下也较，用戶對模具制造的要求是制件質(zhì)量要好，交貨期要短薯舆，模具精度要高晚乙，模具價(jià)格要低。因此累冠，現(xiàn)代模具的制造應(yīng)與當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的形勢及以上要求相適應(yīng)缘违。

　　一、現(xiàn)代模具的設(shè)計(jì)

　　將客戶提供的圖紙或計(jì)算機(jī)文件資料輸入電腦蝇罐，使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與加工系統(tǒng)（CAD/CAM）進(jìn)行設(shè)計(jì)并做模擬試驗(yàn)暇昂，得出所需要的計(jì)算機(jī)文件。在此設(shè)計(jì)過程中真慢，系統(tǒng)應(yīng)可進(jìn)行圖形編輯處理厂跋，尤其是對含有三維自由曲面的圖紙可做進(jìn)一步修正和編輯，如曲面的結(jié)合、融合、截面圓角及光滑處理等。設(shè)計(jì)完成的模具零部件應(yīng)可使用電腦系統(tǒng)的實(shí)體成型功能將其顯示出來魏铅，以便觀察設(shè)計(jì)的正確性及可能需要進(jìn)行優(yōu)化處理，之后還可以借助系統(tǒng)功能進(jìn)行強(qiáng)度坚芜、模溫览芳、塑料流動(dòng)狀態(tài)等模擬測試。如果發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)有誤可重新修改設(shè)計(jì)鸿竖。

　　1.模具設(shè)計(jì)的內(nèi)容

　　模具設(shè)計(jì)是隨工業(yè)產(chǎn)品零件的形狀沧竟、尺寸與尺寸精度、表面質(zhì)量要求以及其成型工藝條件的變化而變化的缚忧，所以每副模具都必須進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)悟泵。模具設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括產(chǎn)品零件（常稱為制件）成型工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)與力學(xué)計(jì)算和尺寸與尺寸精度確定與設(shè)計(jì)等，因此模具設(shè)計(jì)常分為制件工藝分析與設(shè)計(jì)闪水、模具總體方案設(shè)計(jì)糕非、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)四個(gè)階段嬉哥。

　　2. CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用

　　CAD/CAE进登，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助工程，它包括概念設(shè)計(jì)津咒、優(yōu)化設(shè)計(jì)另碍、有限元分析、計(jì)算機(jī)仿真哩拔、計(jì)算機(jī)輔助繪圖和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程管理等自烛。應(yīng)用CAD技術(shù)可以設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的大體結(jié)構(gòu)，再通過CAE 技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析肯坊、可行性評(píng)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)伊屈。采用模具CAD/CAE集成技術(shù)后，制件一般不需要再進(jìn)行原型試驗(yàn)诉拔，采用幾何造型技術(shù)，制件的形狀能精確深吠、逼真地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上增厢，有限元分析程序可以對其力學(xué)性能進(jìn)行檢測。借助于計(jì)算機(jī)桑孩，自動(dòng)繪圖代替了人工繪圖拜鹤，自動(dòng)檢索代替了手冊查閱框冀，快速分析代替了手工計(jì)算，使模具設(shè)計(jì)師能從繁瑣的繪圖和計(jì)算中解放出來敏簿，集中精力從事諸如方案構(gòu)思和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等創(chuàng)造性的工作明也。在模具投產(chǎn)之前，CAE軟件可以預(yù)測模具結(jié)構(gòu)有關(guān)參數(shù)的正確性惯裕。例如温数，可以采用流動(dòng)模擬軟件來考察熔體在模腔內(nèi)的流動(dòng)過程，以此來改進(jìn)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)蜻势，提高試模的一次成功率撑刺；可以用保壓和冷卻分析軟件來考察熔體的凝固和模溫的變化，以此來改進(jìn)冷卻系統(tǒng)握玛，調(diào)整成型工藝參數(shù)够傍，提高制件質(zhì)量和生產(chǎn)效率，還可以采用應(yīng)力分析軟件來預(yù)測塑件出模后的變形和翹曲挠铲。模腔的幾何數(shù)據(jù)能相互地轉(zhuǎn)換為曲面的機(jī)床刀具加工軌跡冕屯，這樣可省去木模或樹酯模制作工序网孕，提高型腔和型芯表面的加工精度和效率铜那。當(dāng)今的概念設(shè)計(jì)已不僅僅是停留在對外觀和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，它已經(jīng)擴(kuò)展到對模具結(jié)構(gòu)分析的領(lǐng)域洪防。對于運(yùn)用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)出的模具杉抑，可運(yùn)用先進(jìn)的CAE軟件（尤其是有限元軟件）對其進(jìn)行強(qiáng)度、剛度沛摩、抗沖擊實(shí)驗(yàn)?zāi)M在搀、跌落實(shí)驗(yàn)?zāi)M、散熱能力帽遏、疲勞和蠕變等分析搓纠。通過這些分析，可以檢驗(yàn)前面的概念性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理祷鼎，分析出結(jié)構(gòu)不合理的原因和部位世雄，然后再在CAD 軟件中進(jìn)行相應(yīng)的修改。修改后再在CAE 中進(jìn)行各種性能的檢測映僚，最終確定滿足要求的模具結(jié)構(gòu)寞竭。

　　當(dāng)今CAD技術(shù)的發(fā)展使得概念設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)在相應(yīng)的模塊中。概念設(shè)計(jì)不再只是設(shè)計(jì)師的思維酣难，系統(tǒng)模塊也融合了一般的概念設(shè)計(jì)理念和方法谍夭。目前，世界上大型的CAD/CAE軟件系統(tǒng)憨募，如Pro/ENGINEER紧索、UG袁辈、SolidWorks、Alias等珠漂，都提供了有關(guān)產(chǎn)品早期設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模塊晚缩，我們稱之為工業(yè)設(shè)計(jì)模塊或概念設(shè)計(jì)模塊。例如媳危，Pro/ENGINEER就包含一個(gè)工業(yè)設(shè)計(jì)模塊——ProDesign荞彼，用于支持自上而下的投影設(shè)計(jì)，以及在復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所包含的許多復(fù)雜任務(wù)的自動(dòng)設(shè)計(jì)济舆。此模塊工具包括概念設(shè)計(jì)的二維非參數(shù)化的裝配布局編輯器卿泽。這些系統(tǒng)模塊的應(yīng)用大大減少了設(shè)計(jì)師的工作量，節(jié)約了工作時(shí)間滋觉，提高了工作效率挨究，使設(shè)計(jì)師把更多的精力用在新產(chǎn)品的開發(fā)及創(chuàng)新上。

　　二苇赊、現(xiàn)代模具的制造

　　現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展韵慷，推動(dòng)了我國模具工業(yè)的前進(jìn)。CAD/CAE/CAM技術(shù)的日臻完善和在模具制造上的應(yīng)用忠辛，使其在現(xiàn)代模具的制造中發(fā)揮越來越重要的作用蜀契，CAD/CAE/CAM技術(shù)已成為現(xiàn)代模具的制造的必然趨勢。

　　1. CAD/CAE/CAM 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)哎闻、模擬與制造一體化

　　CAD/CAE/CAM一體化集成技術(shù)是現(xiàn)代模具制造中最先進(jìn)敏卦、最合理的生產(chǎn)方式。使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)枚林、輔助工程與制造系統(tǒng)米鹏，按設(shè)計(jì)好的模具零件分別編制該零件的數(shù)控加工程序是從設(shè)計(jì)到制造的一個(gè)必然過程。在具有現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)制造能力的工廠內(nèi)郭菜，該過程都是在CAD/CAE/CAM系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的栗哥，其加工程序直接由聯(lián)機(jī)電纜輸入加工機(jī)臺(tái)，在編制程序時(shí)可利用系統(tǒng)中的加工模擬功能進(jìn)行細(xì)致的模擬勘伺，將零件跪腹，刀具、刀柄飞醉、夾具冲茸，平臺(tái)及刀具移動(dòng)速度、路徑等顯示出來冒掌，以便觀察整個(gè)模具零件的切削過程和前后的形狀噪裕，進(jìn)而檢查程序編制的正確性，這對于復(fù)雜的多曲面的模具零件尤為重要股毫。在模擬檢查中膳音，如果有需要調(diào)整的地方，如某處刀具過大铃诬，不能按設(shè)計(jì)要求切削出理想的圓角等祭陷，可以重新給出適當(dāng)?shù)牡毒撸驔Q定該處使用直徑較小的刀具趣席，多進(jìn)行一次或多次切削加工兵志。如果發(fā)現(xiàn)模擬的過程效益太低，則可重新修改走刀路徑或加大粗切的刀具直徑宣肚，以提高加工效率萝轰。總之好阎，在CAD/CAE/CAM系統(tǒng)內(nèi)編制和模擬加工程序可以充分了解發(fā)現(xiàn)的問題疹咕，從而在加工之前，將整套加工程序作好完善修改工作环胸。這對于高效铲恃、準(zhǔn)確地加工模具零件有著相當(dāng)重要的意義。

　　2.先進(jìn)設(shè)備在現(xiàn)代模具制造中的作用

　　現(xiàn)代模具制造的必然趨勢进裹，就是用機(jī)械加工盡可能地取代人工加工四雏。這就確定了先進(jìn)設(shè)備在現(xiàn)代制造中的作用，尤其現(xiàn)在加工中心 锥萧、數(shù)控高速成型銑床百擒、 數(shù)控銑床、數(shù)控車床寄旋、多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床仍桌、數(shù)控模具雕刻機(jī)、電火花加工機(jī)床窿锉、數(shù)控精密磨床酌摇、三坐標(biāo)測量機(jī)、掃描儀等現(xiàn)代化設(shè)備在工廠中的廣泛使用嗡载。而且這些設(shè)備大部分所用的程序基本上都是應(yīng)用CAD/CAE/CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的窑多。機(jī)臺(tái)與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，加工程序是通過聯(lián)機(jī)電纜輸入機(jī)臺(tái)的洼滚。操作人員按照規(guī)定的程序裝夾工件埂息，配備刀具和操作，機(jī)臺(tái)就能自動(dòng)地完成該機(jī)臺(tái)上應(yīng)該完成的加工任務(wù)遥巴，并將理想的模具零件制造出來或?yàn)橄乱患庸すば蛲瓿梢?guī)定的部分千康。操作人員的熟練程度和情緒變化基本不影響加工質(zhì)量和加工效益，這也是現(xiàn)代模具加工優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械加工的一個(gè)方面铲掐。

　　3. 手工加工在現(xiàn)代模具制造中的作用

　　由于模具加工的特殊性拾弃，模具都有機(jī)械加工無法完成的部分值桩，現(xiàn)代模具加工也是如此。這就決定了在現(xiàn)代模具加工中豪椿，還要依賴具有豐富經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)工人去完成模具的組裝奔坟、各零件之間的配合及復(fù)雜不規(guī)則型腔的拋光等。 由于現(xiàn)代模具加工的軟祸弥、硬件的不斷改進(jìn)偎旱，手工加工的比例逐漸減少，對型腔的拋光主要是在一些工具的輔助下由手工完成的迁拂。因此地捂，現(xiàn)在研究拋光的自動(dòng)化、智能化已成為模具業(yè)比較關(guān)注的課題掸校。但不管設(shè)備如何先進(jìn)滤重，由于模具型腔形狀復(fù)雜，任何一種拋光方法都有一定的局限性彭撑，手工加工在現(xiàn)代模具制造中仍具有一定的位置絮檀，其作用也不容忽視。

　　4.工藝人員在現(xiàn)代模具制造中的作用

　　在模具制造過程中蜈藏，工藝人員要根據(jù)不同的模具卜陵、不同的要求編制加工工藝。加工工藝是模具制造過程中必不可少的指導(dǎo)性文件迂雪，將一道道加工指令按順序輸入電腦开贼，所加工的零件才能被有條不紊地進(jìn)行各種切削加工。當(dāng)然皆疹，選擇正確疏橄、簡捷、經(jīng)濟(jì)的加工工藝路線才是至關(guān)重要的略就。這就要求工藝人員具有豐富的專業(yè)知識(shí)捎迫、計(jì)算機(jī)知識(shí)以及豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。工藝人員在編制加工工藝時(shí)表牢，可能遇到難以加工或根本無法加工的情況窄绒，所以在保證原設(shè)計(jì)意圖的前提下，可對其進(jìn)行工藝性修正崔兴，以解決設(shè)計(jì)人員所考慮不到的問題彰导。

　　5. 現(xiàn)代模具制造中的檢測手段

　　模具的零部件除了有高精度的幾何要求外，其形位精度要求也較高敲茄，一般的量具是很難達(dá)到理想的目的位谋，這時(shí)就要依賴精密零件測量系統(tǒng)。這種精密零件測量系統(tǒng)簡稱CMM，即Coordinate Measuring Machine 掏父，是數(shù)控加工中心的一種變形羽嘉。它的測量精度可達(dá)0.25μm，其測量工件的方式如下：將經(jīng)由CAD/CAM系統(tǒng)或CMM專用軟件所產(chǎn)生的零件數(shù)據(jù)選送至CMM的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)坷磷，經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)置后度攘，即按照所給出的數(shù)據(jù)去測量工件恒晋，將所得結(jié)果與原始數(shù)據(jù)比較竹坝，得出工件加工后的誤差。如果原始數(shù)據(jù)是從設(shè)計(jì)圖紙得來的止歇，則可直接將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)送入CMM專用軟件磷兢，然后進(jìn)行測量，將取得的加工誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析翘辑，以判斷工件的加工質(zhì)量狭龄。如果檢測的不是單個(gè)零件而是若干個(gè)零件的組件，則由各零件的誤差積累而導(dǎo)致總偏差被顯示出來溜信。

　　三蜘傻、反向工程（Reverse Engineering ）在現(xiàn)代模具制造中的應(yīng)用

　　反向工程，即先對制件（所加工的產(chǎn)品）進(jìn)行掃描生成多種格式的CAD數(shù)據(jù)幸双，再在另外的CAD/CAE/CAM 軟件中進(jìn)行改型設(shè)計(jì)琅翻，該技術(shù)是現(xiàn)代模具制造中最流行的模具制造技術(shù)。

　　其工作原理是對已有的實(shí)物模型進(jìn)行掃描柑贞，采集其表面的坐標(biāo)數(shù)據(jù)信息方椎，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)生成模型表面的線框模型，之后可根據(jù)需要對模型進(jìn)行凹凸模轉(zhuǎn)換钧嘶、比例縮放棠众、旋轉(zhuǎn)、平移等處理有决，再自動(dòng)生成模具的加工程序闸拿。自動(dòng)生成模具的加工程序可適用于廣泛的數(shù)控系統(tǒng)。例如书幕，英國雷尼紹公司專門為模具制造開發(fā)生產(chǎn)的掃描系統(tǒng)新荤，就可以成功地應(yīng)用于模具制造的反向工程中，它不僅可以改善數(shù)控機(jī)床的性能按咒，擴(kuò)大數(shù)控機(jī)床的功能迟隅，而且還能提高數(shù)控機(jī)床的效率。雷尼紹公司的Retroscan 励七、Renscan200及Cyclone 高速掃描機(jī)已被青島海爾智袭、濟(jì)南輕騎和國家模具中心等單位所采用。

　　四、快速成型制造（RPM）在現(xiàn)代模具制造中的應(yīng)用

　　快速成型制造（RPM）技術(shù)是美國首先推出的渊妨。它是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)烹驰、激光成型技術(shù)和新材料技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，是一種全新的制造技術(shù)夕涧，是基于新穎的離散/堆積（即材料累加）成形思想魄蔗，根據(jù)零件CAD模型，快速自動(dòng)完成復(fù)雜的三維實(shí)體（模型）制造刹讹。RPM技術(shù)是集精密機(jī)械制造肆洽、計(jì)算機(jī)、NC技術(shù)职予、激光成型技術(shù)和材料科學(xué)最新發(fā)展等于一體的高新技術(shù)社咒，被公認(rèn)為是繼NC技術(shù)之后的一次技術(shù)革命。

　　RPM技術(shù)可直接用于模具制造螺煞。首先是通過立體光固化（SLA）位俩、疊層實(shí)體制（LOM）、激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）碳胳、三維打佑买（3D-p）和熔融沉積成型（FDM）等不同方法得到制件原型。然后通過一些傳統(tǒng)的快速制模方法挨约，獲得長壽命的金屬模具或非金屬的低壽命模具味混。制模主要有精密鑄造、粉末冶金烫罩、電鑄和熔射（熱噴涂）等方法惜傲。用這些方法制模，具有技術(shù)先進(jìn)贝攒、成本較低盗誊、設(shè)計(jì)制造周期短、精度適中等特點(diǎn)隘弊，從模具的概念設(shè)計(jì)到制造完成哈踱，所需時(shí)間僅為傳統(tǒng)加工方法的1/3，而成本僅為其1/4左右梨熙。

　　RPM技術(shù)也可以間接用于模具制造开镣。首先用CAD/CAM設(shè)計(jì)、模擬模具所生產(chǎn)的產(chǎn)品锯忱，由于裝配的復(fù)雜性常籍，需要對快速成型的制品進(jìn)行試裝，再根據(jù)裝配需要進(jìn)行修改制品數(shù)模闰妓，待定型后再把修改后的數(shù)據(jù)輸入CAD/CAE/CAM系統(tǒng)進(jìn)行模具加工锨圣。這樣既可以節(jié)省新產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間陕绢，又可以提高新產(chǎn)品的開發(fā)的成功率，避免走彎路骗采。

　　五闯揪、現(xiàn)代模具制造的發(fā)展方向和前景

　　隨著計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，CAD/CAE/CAM技術(shù)也日臻成熟词趾，其在現(xiàn)代模具中的應(yīng)用將越來越廣泛避某。因此，該技術(shù)也推動(dòng)了現(xiàn)代模具工業(yè)的發(fā)展审陌，它不僅縮短了模具的設(shè)計(jì)和制造周期蚯垫，而且也提高了產(chǎn)品開發(fā)的成功率，進(jìn)而提高了企業(yè)的市場競爭力眠琴∠轮剩可以預(yù)料，在不久的將來诞仓，模具制造業(yè)將從機(jī)械制造業(yè)中分離出來，而獨(dú)立成為國民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的支柱產(chǎn)業(yè)速兔。與此相適應(yīng)墅拭，模具制造技術(shù)必然要向集成化、智能化涣狗、益人化谍婉、高效化方向發(fā)展。

　　六镀钓、 結(jié)束語

　　加入WTO以來穗熬，經(jīng)濟(jì)的全球化使企業(yè)之間的競爭由過去的局部競爭演變成全球范圍的競爭。同行業(yè)之間丁溅，跨行業(yè)之間的相互滲透唤蔗、相互競爭日益激烈。為了適應(yīng)快速變化的市場需求窟赏，企業(yè)必須以最快的速度妓柜、最好的質(zhì)量、最低的成本和最優(yōu)質(zhì)的服務(wù)棕健，來滿足不同用戶的需求寸纠，而模具制造業(yè)的競爭更是如此。CAD/CAE/CAM集成技術(shù)就是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的秕肚，它已成為現(xiàn)代模具制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢帮课，并以科學(xué)合理的方法給模具制造者提供了一種行之有效的輔助工具。該技術(shù)可使模具制造者在模具制造之前能借助于計(jì)算機(jī)對制件袭吗、模具結(jié)構(gòu)八泡、加工蛀颓、成本等進(jìn)行反復(fù)修改和優(yōu)化，直至獲得最佳結(jié)果扛聂∷易穑總之，CAD/CAE/CAM技術(shù)能顯著地縮短模具設(shè)計(jì)與制造時(shí)間栏付，降低模具成本罚考，并提高制件的質(zhì)量，是現(xiàn)代模具制造中不可缺少的輔助工具组弥，它與“反向工程”及現(xiàn)代先進(jìn)加工設(shè)備等一起成為現(xiàn)代模具制造業(yè)中提高企業(yè)競爭力的必要條件笼踩。

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