1　引言

　　模具行業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展中不可缺少的行業(yè)，模具的好壞直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。隨著工業(yè) 技術(shù)的發(fā)展饶深，產(chǎn)品對模具設(shè)計的要求也越來越高，傳統(tǒng)的模具設(shè)計與制造方法已不能適應(yīng)工 業(yè)產(chǎn)品的更新?lián)Q代逛拱。因此敌厘，國內(nèi)外的許多大型企業(yè)都在將CAD技術(shù)應(yīng)用于模具設(shè)計，并投入 了相當大的人力和物力朽合。

　　2　汽車覆蓋件模具CAD技術(shù)的現(xiàn)狀

　　2.1　傳統(tǒng)模具制造方法的缺點

　　傳統(tǒng)方法制造模具首先要制造主樣板俱两、主模型和工藝模型，然后利用工藝模型為靠模祖擦，在仿 形機床上加工模具表面舶酒，最后由鉗工裝配、調(diào)試成合格模具酷豫。不僅工藝流程長缰橘、模具表面的 形狀精度低，而且存在著對模具制造工人要求高等缺點雀秤。

　　2.2　CAD技術(shù)的優(yōu)越性

　　與傳統(tǒng)的模具制造方法相比赞拼，模具CAD技術(shù)的優(yōu)越性主要有以下幾點：

　　(1)可以實現(xiàn)計算機與模具工作者的交互作用，有利于發(fā)揮人和機器各自的長處缔龟，提高模具 質(zhì)量帝膊。

　　(2)與模具設(shè)計有關(guān)的分析計算、圖樣繪制和曲面造型以及工藝編制等均可借助于計算機來 完成麸媒，并且由于模具質(zhì)量提高僻跳、可靠性增強，故使模具裝配與返修時間明顯減少胚览。

　　(3)可以獲得可觀的經(jīng)濟效益茶月，且計算機的高速運轉(zhuǎn)和自動繪圖能節(jié)省大量勞動力，有助于 優(yōu)化設(shè)計和節(jié)省原材料鹉动，提高設(shè)備利用率轧坎，降低生產(chǎn)成本。

　　2.3　國內(nèi)外模具CAD技術(shù)的發(fā)展狀況

　　早在60年代初期泽示，國外一些汽車制造公司就開始了模具CAD的研究缸血。這一研究始于汽車車身 的設(shè)計，在此基礎(chǔ)上復雜曲面的設(shè)計方法得到了發(fā)展械筛，各大汽車公司都先后建立了自己的CA D/CAM系統(tǒng)捎泻，并將其應(yīng)用于模具設(shè)計與制造飒炎。計算機軟、硬件技術(shù)的突飛猛進笆豁，為模具CAD/C AM的開發(fā)應(yīng)用向更高層次的發(fā)展創(chuàng)造了條件郎汪。

　　在幾何造型方面，基于線框模型的CAD系統(tǒng)率先由飛機和汽車制造商開發(fā)并應(yīng)用闯狱。例如煞赢，美 國Lockhead、McDonnell Douglas飛機公司哄孤、General Motor汽車公司的CAD照筑、CADD、AD2 000 系統(tǒng)等旅霍，均推動了模具CAD技術(shù)的發(fā)展诽矩。70年代以來，曲面造型與實體技術(shù)發(fā)展迅速皿进，新一 代的CAD軟件均是實體造型與曲面造型兼?zhèn)涞南到y(tǒng)辕寺，適用于復雜模具的設(shè)計制造茶链，在模具界 得到了廣泛的應(yīng)用臊瞬。例如，美國通用汽車公司開發(fā)的CAD-Ⅰ系統(tǒng)颓之，不但可以設(shè)計汽車車身零件银景，還可以設(shè)計模具；福特汽車公司在覆蓋件模具的設(shè)計方面也進行了大量的研究工作鹤梳，在 覆蓋件塑性成形模擬方面取得了很大成就诽粪；DIECOMP公司研制成功的模具CAD系統(tǒng)，使整個生產(chǎn)準備周期由18周縮短為6周岁九。與此同時君铁，歐洲的一些國家在沖模CAD/CAM研究和應(yīng)用方面也 取得了很大進展。

　　我國計算機技術(shù)起步較晚据块，80年代初才開始模具CAD的研究码邻。目前，國內(nèi)已有許多企業(yè)采用 模具CAD技術(shù)另假，并在計算機自動編程技術(shù)上取得了經(jīng)驗和技巧像屋，使模具精度和生產(chǎn)率大為提高。同時边篮，以從美國Autodesk公司引進的AutoCAD為代表的一批繪圖軟件正在模具行業(yè)中逐 步普及己莺，計算機繪圖正在逐步取代手工繪圖。國內(nèi)的一批大戈轿、中型企業(yè)凌受，以汽車和家電行業(yè) 為主阵子，陸續(xù)從國外引進了相當數(shù)量的CAD系統(tǒng)，并配置了一些設(shè)計胁艰、分析的專用軟件款筑，取得了明顯的經(jīng)濟效益。此外腾么，國內(nèi)一些擁有自主版權(quán)的軟件浩出，如上海交大國家模具CAD工程研 究中心開發(fā)的冷沖模CAD系統(tǒng)，華中理工大學模具技術(shù)國家重點實驗室開發(fā)的塑料注射模CAD /CAE/CAM系統(tǒng)HSC2.0靡隔，北京航空航天大學華正模具研究所開發(fā)的CAD/CAM系統(tǒng)CAXA等扶蜻，正在 一些企業(yè)推廣與使用，并逐步完善谆纸。近些年來搔绿，在汽車覆蓋件模具設(shè)計中應(yīng)用CAD技術(shù)也越 來越得到人們的重視。

　　2.4　汽車覆蓋件概述

　　汽車覆蓋件是指覆蓋發(fā)動機耻炕、底盤法顺，構(gòu)成駕駛室和車身的薄鋼板的異型件的表面零件和內(nèi)部 零件。與一般沖壓件相比定邪，它們具有材料薄快挡、形狀復雜、多為自由曲面买臣、結(jié)構(gòu)尺寸大以及表 面質(zhì)量要求高等特點现蹂。而且，覆蓋件沖壓工藝术陶、沖模設(shè)計和制造工藝也有獨自的特點凑懂。因此 ，對覆蓋件的表面質(zhì)量梧宫、尺寸接谨、剛性以及工藝性等方面都提出了更高的要求。

　　在新車型的研制塘匣、開發(fā)中脓豪，車身的開發(fā)與生產(chǎn)準備占有重要地位。其中馆铁，沖壓模具的設(shè)計與 制造尤為突出跑揉。傳統(tǒng)的車身開發(fā)與生產(chǎn)準備是以實物模型來表示車身表面的幾何信息，在傳 遞過程中埠巨，因傳遞誤差历谍、實物模型變形、磕碰等諸多因素辣垒，致使模具在制造的各個階段中易 產(chǎn)生誤差望侈，影響車身覆蓋件模具的制造精度印蔬，同時延長生產(chǎn)周期。要想提高覆蓋件的制造質(zhì) 量及設(shè)計效率猛疗，就必須改變落后的模具制造方法铅州。采用CAD/CAM技術(shù)是解決問題的關(guān)鍵。

　　2.4.1　覆蓋件模具CAD技術(shù)特點

　　一般覆蓋件都要經(jīng)過拉深→修邊→整形→翻邊→沖孔等幾道工序定合。第一道工序拉深模設(shè)計中 最重要的是工藝補充面設(shè)計溶瞬。工藝補充面設(shè)計得好壞直接影響到所設(shè)計的模具能否加工出合 格的零件，從而減少調(diào)試模具的時間喂惜，縮短整個模具生產(chǎn)周期鄙骏。而且，大型模具結(jié)構(gòu)一般都 比較復雜服半，一副模具有上百個零件碗冈，模具外形尺寸也比較大。采用計算機二維設(shè)計方法設(shè)計 速度快滤灸，占用計算機內(nèi)存小怪褐，對計算機硬件配置要求不高，是一種投資小翁旁、見效快的方法蝠欲。 缺點是設(shè)計錯誤不易發(fā)現(xiàn)，不能直接用于分析和加工秸讹。而三維設(shè)計方法的優(yōu)點是能實現(xiàn)參數(shù) 化檀咙、基于特征雅倒、全相關(guān)和專家系統(tǒng)璃诀，并且便于與CAE相結(jié)合。但其缺點是計算機運算速度慢 蔑匣、軟件占有硬盤和內(nèi)存空間大劣欢、模具結(jié)構(gòu)投影線條過多。

　　2.4.2　覆蓋件模具CAD中存在的主要問題

　　90年代以來裁良，我國在覆蓋件模具CAD技術(shù)的應(yīng)用方面取得了顯著的進步凿将，但依然存在著一些 問題。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　(1)設(shè)計效率低价脾。由于我國CAD技術(shù)起步較晚牧抵，專業(yè)人員水平較低，既懂專業(yè)又熟悉CAD/CAM 應(yīng)用軟件技術(shù)的人員十分缺乏侨把，因而自我開發(fā)能力差犀变，自主開發(fā)的CAD軟件質(zhì)量不高，設(shè)計 效率低秋柄。

　　(2)標準化程度低考叽。由于各行業(yè)肢姜、各企業(yè)都有自己的標準，各模具生產(chǎn)廠家之間沒有形成一 定的設(shè)計连碎、制造規(guī)范驰闺，因而造成現(xiàn)有覆蓋件沖模CAD系統(tǒng)的集成化程度和智能化程度都比較低。

　　(3)現(xiàn)有CAD軟件專用性不強弧哥。目前國內(nèi)自主開發(fā)的CAD軟件較少呕豪，而多數(shù)廠家引進的國外先 進軟件多為通用型軟件，未經(jīng)開發(fā)則專用性差榆眷。

　　(4)覆蓋件沖模CAD技術(shù)的開發(fā)手段比較落后缭亦，開發(fā)的CAD系統(tǒng)在質(zhì)量、可靠性上難以保證隔每， 開發(fā)周期長培穆。

　　(5)現(xiàn)有沖模CAD系統(tǒng)的人機界面不能滿足多種用戶的要求。

　　(6)沖模CAD系統(tǒng)的開放性不夠贼酵。

　　3　汽車覆蓋件模具CAD的未來發(fā)展趨勢

　　CAD是一項劃時代的新技術(shù)糙笛，而模具技術(shù)是本世紀下半葉制造業(yè)中發(fā)展最快的技術(shù)之一。盡 管我國政府歷來十分重視模具CAD的作用烛愧，而且許多研究人員也為之付出了巨大的努力油宜，但 目前模具CAD的成果并不十分顯著，尤其表現(xiàn)在汽車覆蓋件模具CAD技術(shù)應(yīng)用方面怜姿，這項技術(shù) 的巨大潛力還未充分發(fā)揮出來慎冤。解決這個問題的關(guān)鍵是提高模具的設(shè)計效率，而在提高模具 設(shè)計效率的途徑方面沧卢，存在著以下幾個趨勢蚁堤。

　　3.1　模具結(jié)構(gòu)通用化與模具零件標準化

　　3.1.1　優(yōu)點

　　(1)因為通用化模具結(jié)構(gòu)是以修改參數(shù)方式存在的，在實際模具設(shè)計時但狭，只要修改對應(yīng)的參 數(shù)和局部區(qū)域披诗，就能設(shè)計出相應(yīng)的零件，所以效率很高立磁。

　　(2)由于在建立通用化模具結(jié)構(gòu)時呈队，必須對零件的沖壓工藝特點和模具結(jié)構(gòu)的要求進行認真 細致的分析，并考慮一些專家意見唱歧，因而具有一定的權(quán)威性和合理性宪摧，提高了模具設(shè)計的可 靠性和規(guī)范化程度。

　　(3)建立通用化模具結(jié)構(gòu)時必須盡量采用標準化的零部件烙凝，以便于模具的生產(chǎn)和管理连欲。

　　3.1.2　實現(xiàn)方法

　　一般模具零件可分為標準件和非標準件兩大類，因此，依據(jù)特征對零件進行劃分它蛔，進而建立 相應(yīng)的標準件庫和非標準件庫是實現(xiàn)模具零件標準化的有效途徑七萧。而模具結(jié)構(gòu)的通用化則可 依靠建立典型模具結(jié)構(gòu)庫來實現(xiàn)。

　　(1)標準件庫的建立首袍。為了提高CAD的質(zhì)量及效率憋勇，可以將模具設(shè)計中的標準件(模柄、螺栓 衰呢、螺釘?shù)?輸入計算機中夫凭，建立標準件圖，以供在模具CAD過程中調(diào)用猪出。建立標準件庫既可以 用語言方式妇乏，也可以用圖形參數(shù)化方式。即根據(jù)零件的形狀及尺寸鬓催，首先在計算機屏幕上以 工程草圖的形式畫出肺素，尺寸以參數(shù)形式表示，然后對這些參數(shù)賦以不同的值宇驾，從而建立起一 組形狀相同倍靡、規(guī)格不同的標準件。

　　(2)非標準件庫的建立课舍。非標準件一般包括凸凹模塌西、固定板以及大型覆蓋件的上、下模座等 等筝尾。對于凸捡需、凹模，由于因件而異筹淫，所以不便于建庫站辉。但是，對于一些大型模座贸街、固定板等 庵寞，如果采用相應(yīng)的特征輔助設(shè)計的方法狸相，就可以在很大程度上加快設(shè)計過程薛匪。

　　(3)典型模具結(jié)構(gòu)庫的建立。由于大型汽車覆蓋件的模具結(jié)構(gòu)復雜荡档，輪廓尺寸大腥默，因而生產(chǎn) 周期長，設(shè)計效率低俭般。解決這個問題的有效辦法是建立典型覆蓋件模具結(jié)構(gòu)庫匿微。將設(shè)計好的 典型覆蓋件模具結(jié)構(gòu)模型輸入庫中，把一些主要尺寸設(shè)成變量。在需要設(shè)計其他結(jié)構(gòu)相似的 模具時翎味，可在庫中調(diào)出典型模具結(jié)構(gòu)模型蝉择，根據(jù)要求對其進行修改，以達到新模具的要求民逾。 這種設(shè)計方法可以省去一些重復性的設(shè)計步驟蛀植，大大地提高覆蓋件模具的設(shè)計效率。

　　3.2　特征技術(shù)的應(yīng)用

　　特征技術(shù)是一種基于零件特征的設(shè)計技術(shù)垫凝。它以特征為對象 進行操作填要，在其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包含了完整的特征定義數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)對零件信息的準確描述仔戈。

　　3.2.1　特征技術(shù)的優(yōu)點

　　利用該技術(shù)关串，可以方便地將CAD、CAPP监徘、CAM系統(tǒng)連接在一起晋修，大大地降低覆蓋件模具系統(tǒng)開 發(fā)研制的復雜程度，提高設(shè)計質(zhì)量凰盔，降低設(shè)計成本飞蚓。

　　3.2.2　特征技術(shù)的基本思想與實現(xiàn)過程

　　(1)基本思想。特征技術(shù)的設(shè)計方法是以工序零件為依據(jù)廊蜒，從沖壓工藝入手趴拧，實現(xiàn)從工藝特 征到結(jié)構(gòu)特征的映射，從而建立起模具結(jié)構(gòu)與特征參數(shù)間的關(guān)系山叮，完成模具的參數(shù)化設(shè)計著榴。

　　(2)實現(xiàn)過程。工序零件是覆蓋件模具設(shè)計的依據(jù)屁倔，定義工序零件是整個模具設(shè)計過程的起 點脑又。根據(jù)工序零件的要求，確定模具所應(yīng)具備的功能蛹暗，從而建立相應(yīng)的功能模型噪终，并映射成 模具的結(jié)構(gòu)模型，初步確定模具的結(jié)構(gòu)坑哥。在此基礎(chǔ)上進行詳細設(shè)計痒蛇，并對模具結(jié)果進行功能 評價，直到獲得滿足工序零件的功能要求的設(shè)計結(jié)果弦途。

　　3.2.3　特征的分類

　　關(guān)于特征的分法眾說紛紜俺下，但通常將特征分為三類：(1)形狀特征。用于描述一定工程意義 的工程幾何形狀信息抡广；(2)精度特征预铁。指與產(chǎn)品的幾何許可變動量相關(guān)的信息集合嚣赤，如尺寸 公差、表面粗糙度等簸翠；(3)材料特征违冲。指與零件材料的組分、條件相關(guān)的信息集合蒋毕，如材料 名梧杯、熱處理方式等。

　　3.3　參數(shù)化造型方法

　　參數(shù)化造型方法是CAD技術(shù)中先進的造型方法薯演，也是提高CAD工作效率的有效手段撞芍。它是針對 各種沖壓模具總體結(jié)構(gòu)一般均具有較規(guī)范形式的特點，在實際的幾何和拓撲的基礎(chǔ)上導出各 要素之間的相互關(guān)系跨扮，為零件的基本尺寸建立相應(yīng)的參變量序无，并將變量與尺寸之間的對應(yīng)關(guān) 系生成為一與零件模型相關(guān)聯(lián)的外部參數(shù)文件，其中衡创，某些參數(shù)以變量方式存貯帝嗡。當根據(jù)不 同產(chǎn)品要求而改變參數(shù)文件中有關(guān)基本變量的取值時，與之相關(guān)的零件模型中的相應(yīng)尺寸亦 發(fā)生變化璃氢，通過尺寸驅(qū)動模塊處理后即可生成大小符合實際尺寸標注的零件哟玷。這種方法的最 大優(yōu)點是不僅設(shè)計效率高，而且適用于各種不同類型的模具一也。

　　3.4　模具CAD的智能化

　　為了提高產(chǎn)品質(zhì)量巢寡，降低成本，增強產(chǎn)品市場競爭力椰苟，就必須開展智能化研究工作抑月。聘請工 藝和模具設(shè)計水平較高、經(jīng)驗豐富的專家總結(jié)出設(shè)計制造經(jīng)驗和教訓跷塘，把成功的經(jīng)驗應(yīng)用到 模具設(shè)計中去苗鸦，形成計算機中的知識庫和智能庫，生成專家系統(tǒng)跋共，為以后所用外羽。這樣不僅可 以提高設(shè)計效率，而且可以提高設(shè)計質(zhì)量絮很。

　　3.5　模具CAD的專業(yè)化

　　未來的模具CAD將走向更加專業(yè)化的道路捡奖。一些通用的軟件由于其功能繁多、專業(yè)性較差奇忆， 已不能滿足大型模具CAD的需要桌蟋。更好的方法是軟件公司與專業(yè)模具廠密切合作，開發(fā)專用性很強的模具CAD軟件享处。如美國PTC公司與日本TOYOTA (豐田)公司在PRO/E軟件基礎(chǔ)上開發(fā)的模具型面設(shè)計模塊PRO/DIEFACE等，這也是模具CAD的 一個發(fā)展方向。對于國內(nèi)的模具廠家來說喝撒，在引進國外先進CAD軟件(如UG你踩、PRO/E等)的基礎(chǔ) 上，針對本部門產(chǎn)品的特點讳苦，利用二次開發(fā)技術(shù)带膜，開發(fā)專用的模具CAD系統(tǒng)是一條可行和經(jīng) 濟之路。

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