第一章現(xiàn)代模具技術(shù)概論2011

1、第一章 現(xiàn)代模具技術(shù)概論模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)稱模具CAD（Computer Aided Design）；模具計(jì)算機(jī)輔助工程，簡(jiǎn)稱模具CAE（Computer Aided Engineering）；模具計(jì)算機(jī)輔助制造，簡(jiǎn)稱模具CAM（Computer Aided Manufacturing）。縱觀國(guó)內(nèi)外模具工業(yè)的發(fā)展，模具CAD/CAE/CAM技術(shù)是現(xiàn)代模具技術(shù)最重要的組成部分，同時(shí)也是改造傳統(tǒng)模具技術(shù)的關(guān)鍵。模具CAD/CAE/CAM的一體化及軟件的宜人化、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化是現(xiàn)代模具技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本章重點(diǎn)介紹現(xiàn)代模具技術(shù)的概念和CAD/CAE/CAM系統(tǒng)集成的相關(guān)知識(shí)。1.1 現(xiàn)

2、代模具技術(shù)發(fā)展概述在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中，模具行業(yè)為許多行業(yè)起著強(qiáng)有力的支撐作用。隨著DMC2010（第十三屆中國(guó)國(guó)際模具技術(shù)和設(shè)備展覽會(huì)）的召開(kāi)，許多現(xiàn)代模具的新產(chǎn)品和新技術(shù)得以宣傳并得到廣泛的應(yīng)用。特別是在汽車、家電行業(yè)、航天航空領(lǐng)域，甚至IT、醫(yī)療器械、軌道交通等電子專用裝備及新興產(chǎn)業(yè)配套領(lǐng)域，現(xiàn)代模具技術(shù)更是起著舉足輕重的作用。模具制造能力的強(qiáng)弱和水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造水平的重要標(biāo)志之一。1.1.1國(guó)內(nèi)模具工業(yè)發(fā)展概述1. 中國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀20世紀(jì)80年代以來(lái)，中國(guó)模具工業(yè)迅速發(fā)展，國(guó)家也投入數(shù)千萬(wàn)元的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，形成近百項(xiàng)技術(shù)成果。目前，中國(guó)國(guó)內(nèi)共有模具生產(chǎn)企業(yè)（廠、點(diǎn)）約

3、3萬(wàn)多個(gè)，從業(yè)人員近100萬(wàn)人，全球模具產(chǎn)量達(dá)1000億元人民幣。中國(guó)模具工業(yè)在國(guó)民GDP的比重也呈逐年增加的趨勢(shì)，具體情況見(jiàn)表1.1。表1.1 中國(guó)模具工業(yè)進(jìn)出口情況年 份生產(chǎn)廠家產(chǎn) 值（億元）進(jìn)口模具（億美元）出口模具（億美元）2000170002809.771.7420011700031011.121.8820021700036012.722.5220032000045013.693.3720042000053018.134.9120053000061020.687.3820063000071020.4710.4120073000072020.5314.1320083000095020.

4、419.2220093000098019.618.432010（4月底）3000010002019在現(xiàn)代模具工業(yè)總產(chǎn)值中，沖壓模約占37%，塑料模約占43%，鑄造模（包含壓鑄模）約為10%，鍛模、輪胎模、玻璃模等其他類模具約占10%，如圖1.1所示。與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具類別比例基本一致。塑料模 43%鑄造模 10%其他模具 10%沖壓模 37%圖1.1我國(guó)模具比例分配模具具體生產(chǎn)狀況如下。1） 沖模（Stamping Die）使金屬或非金屬板材或型材分離、成形或接合而得到制件的工藝裝備稱為沖模。在整個(gè)機(jī)電產(chǎn)品制造中沖壓工藝應(yīng)用非常廣泛，而沖模是實(shí)現(xiàn)沖壓工藝最主要工藝裝備。因此，沖模在機(jī)械制造業(yè)

5、中占有重要的地位。近年來(lái)多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具發(fā)展十分迅速，特別是精沖技術(shù)及精沖模具CAD系統(tǒng)的研究成為沖壓技術(shù)一個(gè)新的發(fā)展領(lǐng)域。沖模的生產(chǎn)過(guò)程包括從原材料通過(guò)鑄造、鍛造、切削加工和特種加工等加工成設(shè)計(jì)圖樣所要求的沖模零件，再按設(shè)計(jì)、工藝規(guī)程的技術(shù)要求，將沖模零件裝配成模具的過(guò)程。其中精沖具有優(yōu)質(zhì)、高效及低消耗的特點(diǎn)，在鐘表、儀器儀表、精密機(jī)械、摩托車和汽車等現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。圖1.2為通過(guò)沖模得到的典型的沖模產(chǎn)品實(shí)體零件。圖1.2 典型的沖模產(chǎn)品提高沖模技術(shù)水平可從兩個(gè)方面入手，一方面是提高所體現(xiàn)的沖壓工藝水平，開(kāi)發(fā)沖壓新工藝；另一方面是通過(guò)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)（沖模CAD、CAE、C

6、AM技術(shù)）和先進(jìn)制造技術(shù)（數(shù)控多軸聯(lián)動(dòng)加工中心、CNC高精度電火花和線切割加工、CNC點(diǎn)位坐標(biāo)鏜、坐標(biāo)磨和連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨等）提高沖模設(shè)計(jì)和制造的水平。目前，基于變異模板的三維冷沖模CAD系統(tǒng)的研制成功，在全面系統(tǒng)地總結(jié)汽車配件冷沖模設(shè)計(jì)中各個(gè)組成部分的設(shè)計(jì)特征與變化特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以參數(shù)化、變量化的零部件設(shè)計(jì)為先導(dǎo)，以模板的可變異組裝邏輯為手段，解決冷沖壓模具中落料、沖孔、彎曲、拉深、切斷、壓形、翻邊、壓印八種工藝和落料沖孔、落料拉深、沖孔拉深三種復(fù)合模的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，包括輸入制件處理、模具零件三維造型、平面圖輸出、模板修改、模板復(fù)合五個(gè)模塊。軟件獨(dú)創(chuàng)了一套具有豐富語(yǔ)法結(jié)構(gòu)的TDL模板設(shè)計(jì)語(yǔ)言

7、，將模板技術(shù)靈活地運(yùn)用于模具CAD系統(tǒng)中，通過(guò)統(tǒng)一性的模板修改豐富了模板變異的內(nèi)涵，使系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性。在處理三維制件時(shí)，從邏輯塊分離出物理塊，進(jìn)而得到制件信息的分離算法。冷沖模CAD專家系統(tǒng)，采用專家系統(tǒng)技術(shù)、CAD技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、圖形識(shí)別技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、優(yōu)化方法等，在Windows98/NT平臺(tái)上以AutoCADR14.0為支撐軟件，以C+ +ObjectARX、Au-toLISP、VFP為開(kāi)發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)了沖裁模、拉深模、擠壓模工藝設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可明顯降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，延長(zhǎng)模具壽命。2） 汽車大型覆蓋件模具（Automotive Large Cover Die）

8、汽車大型覆蓋件是指汽車車身或駕駛室，覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)和盤底的薄金屬板料制成的異形體零件。隨著汽車行業(yè)的發(fā)展壯大，汽車大型覆蓋件模具也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。近年來(lái)，無(wú)論是新建的企業(yè)還是經(jīng)過(guò)技術(shù)改造的老企業(yè)，在汽車大型覆蓋件的生產(chǎn)上，大量采用了先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)。包括三軸至五軸的高速加工機(jī)床、大型龍門式加工中心和數(shù)控銑床、大型的測(cè)量和調(diào)試設(shè)備及多軸數(shù)控激光切割機(jī)等。生產(chǎn)汽車覆蓋件模具的水平和能力已經(jīng)大大提高。企業(yè)使用三維CAD的已越來(lái)越多，有的企業(yè)已經(jīng)達(dá)到百分之百的應(yīng)用。與此同時(shí)，CAE技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字化制造、逆向工程、并行工程、靈敏制造、精益生產(chǎn)等先進(jìn)技術(shù)也已在汽車覆蓋件模具生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，并產(chǎn)

9、生了良好效果。在模具廠普遍采用CAPP雖然有很大難度，但也不乏成功的例子，如圖1.3為汽車覆蓋件的模型圖。圖1.3 汽車模具覆蓋件的模型一批留學(xué)美國(guó)和加拿大并在美國(guó)汽車模具行業(yè)從業(yè)多年的技術(shù)人員在重慶組建了DSI數(shù)碼模系統(tǒng)（重慶）有限公司，創(chuàng)建和應(yīng)用了數(shù)碼模技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)依靠先進(jìn)模具與沖壓工藝的設(shè)計(jì)和模擬技術(shù)相結(jié)合的模具專家系統(tǒng)，將推進(jìn)國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的制模方式向計(jì)算機(jī)技術(shù)為支撐的模具工程方向轉(zhuǎn)變的進(jìn)程，對(duì)縮短模具生產(chǎn)周期及降低成本，將起到很好的作用。一些企業(yè)已實(shí)現(xiàn)了CAD/CAE/CAPP/CAM一體化，提升了企業(yè)的綜合水平。其生產(chǎn)流程如圖1.4所示。其它如測(cè)量技術(shù)、表面涂鍍技術(shù)、綜合檢具工裝、標(biāo)準(zhǔn)

10、化應(yīng)用以及快速成型技術(shù)與快速經(jīng)濟(jì)模具成功結(jié)合，取得了不小的進(jìn)步。2010預(yù)計(jì)汽車覆蓋件模具行業(yè)增速將達(dá)20，汽車覆蓋件模具的市場(chǎng)容量將達(dá)95105億元。覆蓋件模具CAD/CAECAM模具原型制造工藝檢測(cè)及評(píng)價(jià)模具數(shù)據(jù)重構(gòu)覆蓋件樣件覆蓋件鋼模具噴漆刷鍍制模工具車身覆蓋件模具數(shù)控加工產(chǎn)品實(shí)物1.4 覆蓋件模具生產(chǎn)流程圖3）塑料模（Plastic Mould）塑料模是指用塑料(一般為環(huán)氧樹(shù)脂)制成的模樣?；蛞云渌牧蠟榛w表面覆蓋一層塑料的復(fù)合材料模。我國(guó)塑料模具發(fā)展迅速，目前塑料模具在整個(gè)模具行業(yè)中所占比重約為30，在模具進(jìn)出口中的比重高達(dá)5070。隨著中國(guó)機(jī)械、汽車、家電、電子信息和建筑建材等國(guó)

11、民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，這一比例還將持續(xù)提高。制造一款普通轎車約需200多副內(nèi)飾件模具，制造保險(xiǎn)杠、儀表盤、油箱、方向盤等所需的大中型塑料模具僅約50能夠滿足。塑料建材大量替代傳統(tǒng)材料也成為趨勢(shì)，預(yù)計(jì)2010年全國(guó)塑料門窗和塑管普及率將達(dá)到3050，塑料排水管市場(chǎng)占有率將超過(guò)50，這些都會(huì)大大增加對(duì)模具的需求，生活中典型的塑料模具制品如圖1.5所示。圖1.5 典型的塑料模具制品模具市場(chǎng)的總體趨勢(shì)是平穩(wěn)向上的，在未來(lái)的模具市場(chǎng)中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具。在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。目前我國(guó)塑料模具在高技術(shù)驅(qū)動(dòng)和支柱產(chǎn)業(yè)需求的推動(dòng)下，形成了一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)鏈，從上游的原輔材料工業(yè)和加工

12、、檢測(cè)設(shè)備到下游的機(jī)械、汽車、摩托車、家電、電子通信、建筑建材等幾大應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，塑料模具發(fā)展一片生機(jī)。目前塑料制品的應(yīng)用日漸廣泛，為塑料模具提供了一個(gè)廣闊的市場(chǎng)，同時(shí)對(duì)模具也提出了更高的要求，大型化、高精度、多功能復(fù)合型的模具將受到青睞。與此同時(shí)，建筑、家電、汽車等行業(yè)對(duì)塑料模具的需求量都很大。據(jù)估計(jì)，僅汽車、摩托車行業(yè)每年就需要100多億元的模具，彩電模具每年也有約28億元的市場(chǎng)。4）壓鑄模（Die Casting Mould）壓鑄模是指將熔融合金在高壓、高速條件下充型，并在高壓下冷卻凝固成形的精密鑄造方法。壓鑄模具比例也呈現(xiàn)逐年增大的趨勢(shì)。很據(jù)中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)經(jīng)營(yíng)管理委員會(huì)編制的全國(guó)模具專業(yè)

13、廠今本情況統(tǒng)計(jì)，壓鑄模具約占各類模具總產(chǎn)值的5%，年增長(zhǎng)速度高達(dá)25%。2006年全國(guó)壓鑄件的總產(chǎn)量就已經(jīng)突破100萬(wàn)噸，年產(chǎn)值達(dá)480億。壓鑄模生產(chǎn)發(fā)展趨勢(shì)向著精密、復(fù)雜、大型模具方向發(fā)展，縮短模具的制造周期，提高模具的加工質(zhì)量。現(xiàn)代產(chǎn)品更新?lián)Q代加速、競(jìng)爭(zhēng)激烈、縮短模具制造周期、提高壓鑄模質(zhì)量是一項(xiàng)緊迫的任務(wù)，需要應(yīng)用先進(jìn)的制造技術(shù)作為保障。隨著對(duì)鑄件性能要求的不斷提高，壓鑄工藝也向新的方向拓展，主要有以下幾種：(1)真空壓鑄(2)充氧壓鑄(3)定向抽氣充氧壓鑄(4)氣流負(fù)壓壓鑄(5)雙壓射沖頭壓鑄(6)黑色金屬壓鑄(7)半固態(tài)金屬壓鑄等計(jì)算機(jī)輔助工程在壓鑄中的應(yīng)用成為提高壓鑄技術(shù)水平的重要

14、途徑，目前計(jì)算機(jī)在壓鑄領(lǐng)域研究的重點(diǎn)是半固態(tài)過(guò)程、低壓鑄造過(guò)程、壓鑄充型過(guò)程的數(shù)值模擬。5）模具標(biāo)準(zhǔn)件（Mold standard Parts）模具標(biāo)準(zhǔn)化程度和應(yīng)用水平是衡量模具工業(yè)水平的重要標(biāo)志。模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效率和效益。工業(yè)較為發(fā)達(dá)的國(guó)家，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化工作都十分重視，我國(guó)也在逐步加強(qiáng)模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。但我國(guó)模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度和應(yīng)用水平還比較低，樂(lè)觀地估計(jì)不足30%，目前我國(guó)共發(fā)布了90多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，其中沖模標(biāo)準(zhǔn)22項(xiàng)、塑料模具標(biāo)準(zhǔn)20余項(xiàng)，與國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家7080%相比，尚有較大的差距。現(xiàn)在生產(chǎn)銷售廠家雖然逐年增加，但大多數(shù)是規(guī)模小、設(shè)備陳舊、工藝落后、成本高、效益低。只有普通

15、中小型標(biāo)準(zhǔn)沖模模架和塑料模模架、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、推桿、模具彈簧、氣動(dòng)元件等產(chǎn)品，商品化程度較高，可基本滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，并有部分出口。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，采用專業(yè)化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件比自制標(biāo)準(zhǔn)件其配合精度和位置精度將至少提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，并可保證互換性，提高模具的使用壽命，進(jìn)而促進(jìn)行業(yè)內(nèi)部經(jīng)濟(jì)體制、經(jīng)營(yíng)機(jī)制以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)治理方面的改革，實(shí)現(xiàn)專業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)，并帶動(dòng)模具標(biāo)準(zhǔn)件商品市場(chǎng)的形成與發(fā)展。廣泛應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)件可縮短設(shè)計(jì)制造周期達(dá)2540%；可節(jié)約由于使用者自制標(biāo)準(zhǔn)件所造成的社會(huì)工時(shí)，減少原材料及能源的浪費(fèi)；可為模具CAD/CAM等現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)；可顯著提高模具的制造精度和使用性能。2. 中國(guó)模

16、具技術(shù)的發(fā)展方向 現(xiàn)代模具與傳統(tǒng)模具不同，它不僅形狀與結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而且技術(shù)要求更高，是傳統(tǒng)的模具制造方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，必須借助于現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采用先進(jìn)制造技術(shù)，才能達(dá)到技術(shù)要求。根據(jù)國(guó)家“十二五”發(fā)展規(guī)劃提供的資料，未來(lái)十年，中國(guó)模具工業(yè)和模具技術(shù)的主要發(fā)展方向?qū)ǎ?）超大型、超精密、長(zhǎng)壽命、高效模具。 2）多種材質(zhì)、多種顏色、多層多腔、多種成型方法一體化。3）為各種快速經(jīng)濟(jì)模具，特別是與快速成型技術(shù)相結(jié)合的RP/RT技術(shù)。4）模具設(shè)計(jì)、加工及各種管理將向數(shù)字化、信息化、CAD/CAE/CAM/CAPP以PDM/PLM/ERP等智能化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化。5）更高性能及滿足特殊用途的模

17、具新材料及先進(jìn)的加工方法。 6）各種模具型腔表面處理技術(shù)，如涂覆、修補(bǔ)、研磨和拋光等新工藝。 7）逆向工程、并行工程、復(fù)合加工及虛擬技術(shù)。 8）熱流道技術(shù)、氣輔和其它注射成型工藝及模具技術(shù)。9）模具標(biāo)準(zhǔn)化。 10）“綠色模具”即模具從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原材料選用、制造工藝、模具修復(fù)和報(bào)廢，以及在模具的回收利用等方面考慮其節(jié)約資源、重復(fù)使用、利于環(huán)保等可持續(xù)發(fā)展這一趨勢(shì)。3. 我國(guó)與國(guó)外模具行業(yè)的差距我國(guó)的模具行業(yè)與國(guó)外的差距見(jiàn)表1.2。表1.2 我國(guó)模具行業(yè)與國(guó)外模具行業(yè)的差距國(guó) 際國(guó) 內(nèi)生產(chǎn)加工型腔加工基本上采用數(shù)控加工，高速銑削應(yīng)用普遍基本上采用數(shù)控加工，高速銑削應(yīng)用普遍CAD/CAE/CAM技術(shù)

18、基本普及基本普及三坐標(biāo)測(cè)量已普及應(yīng)用已普及應(yīng)用制造精度（m）塑料模0.0050.010.020.05壓鑄模0.010.030.020.05冷沖模0.0020.0050.0050.01鍛模0.0020.0030.0050.01級(jí)進(jìn)模0.000230.00050.00030.001生產(chǎn)周期汽車覆蓋件模具半年左右半年左右大型塑料模具34個(gè)月45個(gè)月高精度多工位級(jí)進(jìn)模24個(gè)月24個(gè)月模具壽命同類同檔次模具與外基本持平，部分還需逐步提高標(biāo)準(zhǔn)化程度70%以上，標(biāo)準(zhǔn)件品種規(guī)格多、質(zhì)量高、交貨塊10%以下，標(biāo)準(zhǔn)件品種規(guī)格少、質(zhì)量低、交貨期長(zhǎng)專業(yè)化水平專業(yè)廠生產(chǎn)的商品模具占行業(yè)總產(chǎn)值的70%以上專業(yè)廠生產(chǎn)的商品

19、模具占行業(yè)總產(chǎn)值的60%80%經(jīng)濟(jì)效益工業(yè)先進(jìn)國(guó)家2030萬(wàn)美元/年人市場(chǎng)份額1200億元4. 我國(guó)模具行業(yè)發(fā)展的制約因素近年來(lái)我國(guó)模具行業(yè)雖然一直在不斷發(fā)展壯大，但是在發(fā)展中也存在著許多不容忽略的潛在問(wèn)題。例如：國(guó)內(nèi)產(chǎn)品大多只能列入科技含量比較低的中低端產(chǎn)品，而我國(guó)現(xiàn)在廣泛需要的汽車及零部件生產(chǎn)、航天航空等領(lǐng)域的高端模具則大多需要從美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)外企業(yè)購(gòu)買。我們的行業(yè)發(fā)展還需要加強(qiáng)進(jìn)一步的完善，使國(guó)內(nèi)的企業(yè)逐步具有生產(chǎn)高端模具的能力。我國(guó)模具行業(yè)的制約因素主要體現(xiàn)在企業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、缺乏戰(zhàn)略聯(lián)盟和服務(wù)平臺(tái)不完善。1.1.2 國(guó)外模具工業(yè)發(fā)展概述根據(jù)亞洲模具協(xié)會(huì)聯(lián)盟的綜合統(tǒng)計(jì)，國(guó)外主要模具

20、生產(chǎn)國(guó)包括亞洲地區(qū)的日本、歐洲地區(qū)的德國(guó)、美洲地區(qū)的美國(guó)、意大利、葡萄牙等。國(guó)外的主要模具生產(chǎn)國(guó)家和地區(qū)如下：1. 日本20世紀(jì)末日本的模具產(chǎn)值一度位居世界第一位，約占全球的40，但由于近幾年亞洲其他國(guó)家和地區(qū)模具工業(yè)大規(guī)模發(fā)展，成本的增加和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力的增強(qiáng)，日本模具產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值逐年減少，到2007年日本模具的年需求降到4100億日元左右，價(jià)格也下降了近20。但日本模具產(chǎn)業(yè)仍然代表了世界級(jí)的技術(shù)水平，并在高精密加工技術(shù)方面下足了功夫，以與一般模具區(qū)別，把創(chuàng)造高附加值的加工產(chǎn)品作為日本模具業(yè)的努力方向。日本模具日本共有模具消費(fèi)廠約10000家，其中20人以下的占91%以上。日本塑料模具、粉末冶金模具

21、、壓鑄模具增長(zhǎng)分明，沖壓模具和鍛造模具則絕對(duì)呈增加趨向。模具的技巧開(kāi)發(fā)重要向高精度、高速率、短命命、復(fù)雜、大型、一體化和高功能諸方面開(kāi)展。2. 德國(guó)德國(guó)擁有世界先進(jìn)的汽車、船舶等制造技巧，是世界上重要的制造大國(guó)之一。受下游行業(yè)需求影響，德國(guó)模具在世界上具有較為緊要的位置。由于德國(guó)預(yù)將技術(shù)含量較高的制造業(yè)作為其立國(guó)之本，估計(jì)未來(lái)德國(guó)將增強(qiáng)技術(shù)含量較高的模具的研究和開(kāi)發(fā)。 3. 美國(guó)近年來(lái)，受全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，美國(guó)制造業(yè)陷入困境，制造業(yè)開(kāi)始向全球轉(zhuǎn)移。但是美國(guó)模具制造業(yè)在數(shù)控機(jī)床方面實(shí)力比較雄厚，它首先結(jié)合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大批量自動(dòng)化所需的自動(dòng)線，而且電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)在世界上一直處

22、于領(lǐng)先地位。2006年全美專用工具，模具和裝卡具總收入約82.9億美元，總利潤(rùn)24.88%，計(jì)20.6億美元。進(jìn)出口總值14.3億美元。主要貿(mào)易國(guó)為：日本、加拿大、德國(guó)、墨西哥中國(guó)等。4. 意大利塑料橡膠加工機(jī)械和模具制造行業(yè)是意大利機(jī)械制造聯(lián)盟十個(gè)專用機(jī)械制造行業(yè)之一，擁有500余項(xiàng)歐洲專利，專業(yè)化程度高，技術(shù)領(lǐng)先，產(chǎn)品多樣。其產(chǎn)值占到機(jī)械制造聯(lián)盟十個(gè)行業(yè)總產(chǎn)值的16.5%，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷售額占20%，出口進(jìn)口分別占13.8%、15%，貿(mào)易余額占13.4%。根據(jù)意大利塑料橡膠加工機(jī)械和模具制造行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2006年意大利塑料橡膠加工機(jī)械和模具制造業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值38億歐元。5. 葡萄牙葡萄牙模具

23、工業(yè)發(fā)展始于1943年，在注塑模具行業(yè)處于領(lǐng)先地位。在1980年的時(shí)候，葡萄牙的模具產(chǎn)品就已經(jīng)遠(yuǎn)銷50多個(gè)國(guó)家。目前葡萄牙模具擁有企業(yè)300家，以中小型企業(yè)為主，大部分集中在馬里尼亞格蘭特和奧利維拉德阿澤麥伊斯兩個(gè)城市。總從業(yè)人口7500人。葡萄模具工業(yè)整體水平的提高主要依賴于技術(shù)發(fā)展、合理生產(chǎn)和質(zhì)量控制計(jì)劃、不斷更新設(shè)備和加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)投資等因素。隨著技術(shù)的發(fā)展和日益完善，葡萄牙模具企業(yè)專業(yè)化程度不斷提高，不少企業(yè)已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)向模胚、拋光、大型模具和高精度模具等特定專業(yè)領(lǐng)域發(fā)展。1.1.3 現(xiàn)代模具技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)為了適應(yīng)信息社會(huì)和經(jīng)濟(jì)全球化不斷發(fā)展的進(jìn)程，模具行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)主要是模具產(chǎn)品向著更大型

24、、更精密、更復(fù)雜及更經(jīng)濟(jì)快速方面發(fā)展。伴隨著產(chǎn)品技術(shù)含量的不斷提高，模具生產(chǎn)向著信息化、數(shù)字化、無(wú)圖化、精細(xì)化、自動(dòng)化方面發(fā)展；模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)品品牌化、管理信息化、經(jīng)營(yíng)國(guó)際化方向發(fā)展，具體的發(fā)展趨勢(shì)如下： 1. 模具日趨大型化一方面是由于用模具成型的零件日漸大型化，另一方面是由于生產(chǎn)效率要求發(fā)展一模多腔。2. 模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛推進(jìn)模具標(biāo)準(zhǔn)件大批量規(guī)模化生產(chǎn)，搞好模具標(biāo)準(zhǔn)件的產(chǎn)需銜接，促進(jìn)模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率的不斷提高和行業(yè)的不斷發(fā)展。擴(kuò)大模具標(biāo)準(zhǔn)件的品種，提高其精度，提高生產(chǎn)集中度，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。3. 推廣應(yīng)用高速、高精加工技術(shù)并研制相應(yīng)設(shè)備高速高精加工包括

25、高速高精切削加工和高速高精電加工及復(fù)合加工等。在未來(lái)15年左右的時(shí)間里，我國(guó)機(jī)床行業(yè)應(yīng)向模具行業(yè)逐步提供適合于模具高速高精加工的相應(yīng)設(shè)備，如有可能，建議開(kāi)發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、精度能達(dá)到0.0001mm的高精度模具制造設(shè)備。4. 大力發(fā)展和推廣信息化、數(shù)字化技術(shù)例如逆向工程、并行工程、敏捷制造技術(shù)的研發(fā)及推廣應(yīng)用；包括大型級(jí)進(jìn)模及高精密和高復(fù)雜性的高技術(shù)含量的先進(jìn)模具三維設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的研發(fā)；包括沖壓工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)、模具型面設(shè)計(jì)系統(tǒng)、成形分析系統(tǒng)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)、模具CAM系統(tǒng)和沖壓專家咨詢系統(tǒng)的車身模具數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)的研發(fā)；模具的集成、柔性及自動(dòng)加工技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)等。5. 模具制造新工

26、藝、新技術(shù)模具制造的節(jié)能、節(jié)材技術(shù)，模具熱處理、表面光整加工和表面處理新技術(shù)等。6. 加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，推進(jìn)模具行業(yè)科技攻關(guān)工作建議政府有關(guān)部門建立模具發(fā)展基金，用以模具行業(yè)共性技術(shù)的開(kāi)發(fā)、研究和創(chuàng)新項(xiàng)目，并對(duì)“龍頭企業(yè)”作重點(diǎn)支持。要在國(guó)家有關(guān)部門大力支持下，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，推進(jìn)模具行業(yè)科技開(kāi)發(fā)和技術(shù)攻關(guān)工作，組織行業(yè)內(nèi)產(chǎn)學(xué)研重點(diǎn)單位，分工合作，聯(lián)合工作，爭(zhēng)取早出成果，多出成果，共同享受成果，并使成果產(chǎn)業(yè)化，以迅速提高行業(yè)的技術(shù)水平。7. 建立國(guó)際性模具檢測(cè)中心隨著模具工業(yè)的不斷發(fā)展，模具質(zhì)量檢測(cè)工作已越來(lái)越迫切，但至今我國(guó)只有一個(gè)國(guó)家級(jí)檢測(cè)中心，建議建立更多國(guó)際性的檢測(cè)中心。1.2 模具CA

27、D/CAE/CAM概述模具CAD/CAE/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)高科技、高效益的系統(tǒng)工程。它以計(jì)算機(jī)軟件的形式，提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員借助于計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品性能、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。1.2.1 CAD/CAE/CAM定義CAD（Computer Aided Design）是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。CAD是指技術(shù)人員以高速計(jì)算能力和顯示圖形的計(jì)算機(jī)為工具，用專業(yè)的知識(shí)和方法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行繪圖、分析計(jì)算和編寫(xiě)技術(shù)文件，將計(jì)算機(jī)的海量存儲(chǔ)和高速數(shù)據(jù)處理與人的創(chuàng)造性思維有機(jī)結(jié)合起來(lái)等設(shè)計(jì)活動(dòng)的統(tǒng)稱。用于CAD的計(jì)算機(jī)軟件及外部設(shè)備，總稱為CAD

28、系統(tǒng)。CAE(Computer Aided Engineering)是用計(jì)算機(jī)輔助工程。CAE是指求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動(dòng)力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計(jì)算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)等問(wèn)題的一種近似數(shù)值分析方法。CAM(computer Aided Manufacturing)是計(jì)算機(jī)輔助制造。利用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過(guò)程。它輸入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容，輸出信息是刀具加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡(刀位文件)和數(shù)控程序。核心是計(jì)算機(jī)數(shù)值控制(簡(jiǎn)稱數(shù)控)，數(shù)控的特征是由編碼在穿孔紙帶上的程序指令來(lái)控制機(jī)床。1.2.2模具CAD/CAE/CAM發(fā)

29、展現(xiàn)狀CAD/CAE/CAM是工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為工具，綜合應(yīng)用多學(xué)科專業(yè)知識(shí)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、優(yōu)化及生產(chǎn)過(guò)程問(wèn)題求解的先進(jìn)數(shù)字信息處理技術(shù)。1. 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)雖然很早就開(kāi)始制造和使用模具，但是長(zhǎng)期以來(lái)未形成高技術(shù)含量的產(chǎn)業(yè)。直到20世紀(jì)80年代后期，隨著科技的進(jìn)步，模具工業(yè)才駛?cè)肟焖侔l(fā)展的軌道。如吉林大學(xué)依托一汽對(duì)汽車覆蓋件CAD/CAM系統(tǒng)的研究已經(jīng)取得顯著成效，華中科技大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在AutoCAD軟件平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出基于特征的級(jí)進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)HMJC，上海交通大學(xué)為瑞士法因托(Finetool)精沖公司開(kāi)發(fā)成功精密沖裁級(jí)進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)，西安交通大學(xué)開(kāi)

30、發(fā)出多工位彎曲級(jí)進(jìn)模CAD系統(tǒng)等，這些CAD/CAM系統(tǒng)的研發(fā)促進(jìn)了國(guó)內(nèi)模具行業(yè)快速發(fā)展。國(guó)內(nèi)也有一批科研單位和高校投入有限元技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。如：大連理工大學(xué)的JIFEX，鄭州機(jī)械研究所的紫瑞，北京農(nóng)機(jī)學(xué)院的有限元分析系統(tǒng)。在模具CAE方面，如湖南大學(xué)的沖壓CAE系統(tǒng)，華中科技大學(xué)沖壓成型快速分析軟件FASTAMP，清華的鑄造CAE分析軟件FTStar，華北工學(xué)院的鑄造分析軟件CASTsoft等，但是我國(guó)的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的集成度相對(duì)國(guó)外來(lái)說(shuō)都比較弱。國(guó)外模具CAD/CAM技術(shù)的研究始于上世紀(jì)60年代，到70年代已經(jīng)研制出了模具CAD/CAM的專門系統(tǒng)，推出了面向中小型企業(yè)的

31、CAD/CAM的商業(yè)軟件，可應(yīng)用于各種類型的模具設(shè)計(jì)和制造。 1973年，美國(guó)的DIE COMP公司率先研制成功PDDC連續(xù)模系統(tǒng)。1977年，捷克斯洛伐克金屬加工工業(yè)研究所研制成功AKT沖模CAD系統(tǒng)。1978年，日本機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室建立ME1連續(xù)模設(shè)計(jì)系統(tǒng)。1979年，日本旭光學(xué)工業(yè)公司研究成功的沖空模和彎曲模PENTAX的CAD系統(tǒng)。1985年，日本NISSIN精密機(jī)器公司采用了冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)。到80年代末，美國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具生產(chǎn)已有近50%采用了CAD/CAM技術(shù)。國(guó)外在上世紀(jì)60年代開(kāi)始開(kāi)發(fā)有限元進(jìn)行軟件，1976年發(fā)行了第一套流動(dòng)分析軟件。利用CAE技術(shù)可以在模

32、具加工前，在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)成型過(guò)程進(jìn)行模擬分析，減少甚至避免模具返修報(bào)廢、提高模具質(zhì)量和降低成本等。目前國(guó)外的模具CAE技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，完全走向?qū)嵱没A段，并取得了顯著效果。國(guó)外著名的CAE軟件有NASTRAN、ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、COSMOS等。2. 技術(shù)主要內(nèi)容模具CAD/CAE/CAM技術(shù)一體化工程系統(tǒng)主要包括以下研究?jī)?nèi)容。 1） 設(shè)計(jì)制造一體化系統(tǒng)集成框架的開(kāi)發(fā)研究。目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一個(gè)先進(jìn)的集成平臺(tái)，支持各應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)運(yùn)行。 2） 新一代三維幾何設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究。 使該系統(tǒng)具有強(qiáng)有力的幾何造型和工程繪圖功能，包括利用草圖功能二維建模和三維造型中直接生成工

33、程圖紙，或接受其他CAD軟件傳來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)格式文件， 以及能進(jìn)行基于參數(shù)化特征的精確實(shí)體造型。 3）35軸的數(shù)控編程系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究。 使其具有智能的圖形交互式多坐標(biāo)編程系統(tǒng)， 達(dá)到工程化、 實(shí)用化的水平； 開(kāi)發(fā)針對(duì)制造工藝的計(jì)算機(jī)輔助模擬系統(tǒng)，在給定的工程參數(shù)情況下，該系統(tǒng)能分析其工藝過(guò)程，動(dòng)態(tài)顯示仿真效果。 4）產(chǎn)品有限元分析前后置處理技術(shù)的研究。 在CAD系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，按 STEP標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)建立有限元模型，動(dòng)態(tài)顯示受力和變形情況。 5） 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與數(shù)據(jù)交換技術(shù)和接口的開(kāi)發(fā)研究。 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的描述、交換、共享、集成、存檔等管理目標(biāo)。 6） 模具裝配加工及有限元分析工程模擬。用數(shù)值分析的方法對(duì)模

34、具的受力和變形進(jìn)行計(jì)算，從而為優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)、改善受力條件提供科學(xué)依據(jù)。3. 技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)1）模具軟件功能集成化。模具軟件功能的集成化即軟件的功能模塊全面，同時(shí)各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，具備信息的綜合管理與共享，支持模具設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢驗(yàn)、測(cè)試及生產(chǎn)管理的全過(guò)程。英國(guó)Delcam公司的系列化軟件就包括了曲面實(shí)體幾何造型、復(fù)雜形體工程制圖、工業(yè)設(shè)計(jì)高級(jí)渲染、塑料模設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)、復(fù)雜形體CAM、藝術(shù)造型及雕刻自動(dòng)編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復(fù)雜形體在線測(cè)量系統(tǒng)等；以色列Cimatron公司的Cimatron系統(tǒng)中包括幾何造型、模具專家、逆向工程、模架庫(kù)、NC加工及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；澳大利亞Mold

35、flow公司注塑成型系列分析軟件MPA（塑件顧問(wèn)）、MPX（注塑專家）、MPI（流動(dòng)、冷卻、翹曲等）以及模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)等。美國(guó)PTC公司CAD/CAE/CAM集成軟件系統(tǒng)Pro/Engineer；美國(guó)EDS公司的UG；美國(guó)SDRC公司的I-DEAS集成化CAD/CAE/CAM軟件，該軟件在曲面設(shè)計(jì)、實(shí)體造型、仿真分析、制造、測(cè)試和并行工程等方面具有強(qiáng)大的功能，國(guó)際上有福特等許多汽車公司將它作為主流軟件；美國(guó)Solidworks公司的Solidworks軟件、C-mold公司的注塑模CAE分析軟件C-mold；具備復(fù)雜曲面設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)仿真功能的法國(guó)Dassault公司的CATIA軟件曲面造型功能較強(qiáng)

36、；德國(guó)MAGMA公司的鑄造過(guò)程流動(dòng)與凝固分析軟件MAGAMASOFT及IKV研究所的CAD MOULD；國(guó)外使用較多的還有外型設(shè)計(jì)的Alias/ICEM、實(shí)物造型的Surface、板料沖壓仿真的LS-DYNA、DYNAFORM、模具設(shè)計(jì)的VAMOS及制造系統(tǒng)仿真的SIMPLE+等。國(guó)內(nèi)上海交通大學(xué)金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)；北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件；吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)，其主要功能有板料沖壓過(guò)程模擬、預(yù)示成形缺陷、壓機(jī)速度分析、坯料形狀優(yōu)化和各向異性、回彈預(yù)測(cè)等。2）模具設(shè)計(jì)、分析及制造的三維化。傳統(tǒng)的二維模具

37、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術(shù)要求。模具設(shè)計(jì)、分析、制造的三維化、要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺(jué)來(lái)設(shè)計(jì)模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的CAE分析、模具可制造性評(píng)價(jià)和數(shù)控加工、成形過(guò)程模擬及信息的管理與共享。如Pro/E、UG 、 I-DEAS、CATIA等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等特點(diǎn)。另外，Cimatron公司的Moldexpert，Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均采用了3D專業(yè)注塑模設(shè)計(jì)軟件，可進(jìn)行交互式3D型腔、型芯設(shè)計(jì)、模架配置及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。澳大利亞Moldflow公司三維真實(shí)感流動(dòng)模擬軟件Mold

38、flowAdvisers受到用戶廣泛的應(yīng)用和好評(píng)。美國(guó)C-mold公司3DQuickfill也有類似功能。國(guó)內(nèi)有華中理工大學(xué)研制的同類軟件HSC3D4.5F及鄭州工業(yè)大學(xué)Z-mold軟件。上海交通大學(xué)開(kāi)發(fā)了金屬塑性成形三維有限元仿真系統(tǒng)。北航海爾軟件公司的CAXA三維電子圖板2000和制造工程師2000能進(jìn)行3D零件設(shè)計(jì)和NC加工，其特點(diǎn)是基于3D、參數(shù)化特征設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)體、曲面和NC加工的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。3）模具軟件的智能化趨勢(shì)。新一代模具軟件要求模具CAD不再是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算方法的模仿，而是在先進(jìn)設(shè)計(jì)理論指導(dǎo)下，充分運(yùn)用模具專家的豐富知識(shí)和成功經(jīng)驗(yàn)，克服具體設(shè)計(jì)、工藝人員的經(jīng)驗(yàn)局限，通過(guò)人工

39、智能CAI等方法，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的合理性和先進(jìn)性，逐步達(dá)到從設(shè)計(jì)、分析評(píng)估到制造過(guò)程的完全自動(dòng)化。Cimatron公司的注塑模專家軟件能根據(jù)脫模方向自動(dòng)產(chǎn)生分型線和分型面，生成與制品相對(duì)應(yīng)的型芯和型腔，實(shí)現(xiàn)模架零件的全相關(guān)，自動(dòng)產(chǎn)生材料明細(xì)表和供NC加工的鉆孔表格，并能進(jìn)行智能化加工參數(shù)設(shè)定、加工結(jié)果校驗(yàn)等。而PTC公司推出的模具專家系統(tǒng)EMX則更為經(jīng)典，它具有前面其他模具專家系統(tǒng)的共有特點(diǎn)外，還能實(shí)現(xiàn)模具裝配體的2D裝配圖的自動(dòng)出圖，從而大大減輕了模具設(shè)計(jì)工程師的勞動(dòng)量，提高效率，減少模具開(kāi)發(fā)的時(shí)間，另外在它的EMX4.1里還強(qiáng)化了產(chǎn)品的成本計(jì)算，可以估算模具的總體成本，為模具的效率計(jì)算提供了有力

40、依據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)及現(xiàn)代管理技術(shù)。4）模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)。隨著模具在企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)、合作、生產(chǎn)和管理的全球化、國(guó)際化以及計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，使得在模具行業(yè)應(yīng)用虛擬設(shè)計(jì)、敏捷制造技術(shù)既有必要，又有可能。美國(guó)近年實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)敏捷生產(chǎn)/虛擬工程方案，使汽車開(kāi)發(fā)周期從40個(gè)月縮短到4個(gè)月。Delcam公司最近推出的CAD/CAM集成化系統(tǒng)PowerSolution覆蓋了幾何建模、逆向工程、工業(yè)設(shè)計(jì)、工程制圖、仿真分析、快速原型、數(shù)控編程、測(cè)量分析等方面。系統(tǒng)的每一個(gè)功能模塊既可獨(dú)立運(yùn)行，又可通過(guò)數(shù)據(jù)接口與其它系統(tǒng)兼容，便于實(shí)現(xiàn)開(kāi)放性、兼容性和專業(yè)化的統(tǒng)一。5）并行工程技術(shù)在模具中應(yīng)用。模具是面

41、向定單式的生產(chǎn)方式，屬于單性生產(chǎn)，制造過(guò)程復(fù)雜，要求交貨時(shí)間短。利用CAD、CAM單元技術(shù)制造模具，制造精度低、周期長(zhǎng)，為了解決上述難題，我們將并行工程技術(shù)引入到模具制造過(guò)程中。 所謂并行工程是設(shè)計(jì)工程師在進(jìn)行產(chǎn)品三維零件設(shè)計(jì)時(shí)就考慮模具的成型工藝、影響模具壽命的因素，并進(jìn)行校對(duì)、檢查，預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的錯(cuò)誤。在初步確立產(chǎn)品的三維模型后，設(shè)計(jì)、制造及輔助分析部門的多位工程師同時(shí)進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程詳圖設(shè)計(jì)、模具性能輔助分析及數(shù)控機(jī)床加工指令的編程，而且每一個(gè)工程師對(duì)產(chǎn)品所做的修改可自動(dòng)反映到其他工程師那里，大大縮短設(shè)計(jì)、數(shù)控編程的時(shí)間。 應(yīng)用Pro/ENGINEER、UG等CAD/CAE/C

42、AM集成技術(shù)軟件，將原來(lái)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具型腔、型芯設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)二維設(shè)計(jì)、工藝準(zhǔn)備、模具型腔和型芯設(shè)計(jì)三維造型、數(shù)控加工指令編程、數(shù)控加工的串行工藝路線改為由不同的工程師同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)、工藝準(zhǔn)備的并行路線，不但提高了模具的制造精度，而且能縮短設(shè)計(jì)，數(shù)控編程時(shí)間達(dá)40%以上。6）模具高速測(cè)量及其逆向工程技術(shù)。隨著三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、掃描儀、便攜式掃描儀、激光跟蹤儀的技術(shù)不斷發(fā)展與進(jìn)步，檢測(cè)技術(shù)向高速度、高精度、高適應(yīng)性、數(shù)字化、自動(dòng)化方向發(fā)展，使得現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)不斷融入模具產(chǎn)品逆向工程設(shè)計(jì)中，進(jìn)一步推動(dòng)模具制造產(chǎn)品快速制造的響應(yīng)能力。逆向工程（Reverse Engineering，RE）也稱反向工程或反求

43、工程，是相對(duì)于傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程即所謂的正向工程（Forward Engineering，F(xiàn)E）而提出的。4. 技術(shù)水平不足 我國(guó)模具CAD/CAE/CAM技術(shù)近十年來(lái)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 一汽模具、天汽模、東風(fēng)模具、福田濰坊模具等企業(yè)的的三維CAD普及率很高。其他骨干企業(yè)正在加快進(jìn)行二維CAD到三維CAD的過(guò)渡。 但與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在一定的差距。 1）CAD/CAE/CAM軟件開(kāi)發(fā)進(jìn)度和水平低。目前三維CAD/CAM軟件的核心技術(shù)仍掌握在歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家手中，中國(guó)的三維CAD/CAM市場(chǎng)幾乎被國(guó)外產(chǎn)品壟斷。每年中國(guó)制造企業(yè)采購(gòu)三維CAD/CAM軟件的金額高達(dá)幾十億元。 2）CAM/CAE

44、的發(fā)展跟不上CAD。在應(yīng)用CAE進(jìn)行模具方案設(shè)計(jì)和分析計(jì)算方面，才剛剛起步，大多還處于試用階段；在應(yīng)用CAM技術(shù)制造模具方面，由于缺乏先進(jìn)適用的制造裝備，制造工藝水平不高，加工精度與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有很大的差距。 3）整體CAD/CAE/CAM應(yīng)用水平低。目前較有規(guī)模的模具企業(yè)都已彩圖，三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用尚處在開(kāi)始階段，數(shù)控加工在模具制造中所占比例仍然較低，與國(guó)外先進(jìn)水平相比，還有相當(dāng)大的差距。CAE在我國(guó)模具行業(yè)的應(yīng)用還有待提高。 1.3 模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)構(gòu)成完整的模具CAD/CAM/CAE系統(tǒng)包括快速數(shù)字計(jì)算及圖形處理功能、幾何建模功能、處理數(shù)控加工信息的功能、大量數(shù)據(jù)和知識(shí)的

45、存儲(chǔ)及快速檢索與操作功能、人機(jī)交互通信功能、輸入和輸出信息及圖形功能、工程分析功能等。模具CAD/CAM/CAE系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境由硬件、軟件所構(gòu)成。圖1.6為模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)集成圖。三維CAD系統(tǒng)優(yōu)化信息三維實(shí)體造型優(yōu)化信息工程圖設(shè)計(jì)NNNCAE模塊 CAE軟件靜力分析動(dòng)力分析運(yùn)動(dòng)仿真工藝知識(shí)獲取工藝規(guī)則數(shù)據(jù)庫(kù)最終工藝設(shè)計(jì)方案CAM系統(tǒng)后處理設(shè)置NC仿真NC加工數(shù) 據(jù) 庫(kù) 管 理 系 統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)圖1.6 CAD/CAE/CAM系統(tǒng)集成圖1.3.1 硬件條件 模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的硬件條件包括計(jì)算機(jī)主機(jī)、外存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)裝備等組成，如

46、圖1.7所示。繪圖儀數(shù)字化儀顯示器掃描儀CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)硬件環(huán)境外部存儲(chǔ)設(shè)備主機(jī)輸出設(shè)備圖1.7 模具CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)的硬件組成1主機(jī) 主機(jī)是模具CAD/CA/CAM系統(tǒng)硬件的核心，主要由中央處理器（CPU）及內(nèi)存儲(chǔ)器（也稱內(nèi)存）組成。CPU包括控制器和運(yùn)算器，控制器按照從內(nèi)存中取出的指令指揮和協(xié)調(diào)整個(gè)計(jì)算機(jī)的工作，運(yùn)算器負(fù)責(zé)執(zhí)行程序指令所要求的數(shù)值計(jì)算和邏輯運(yùn)算。CPU的性能決定著計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力、運(yùn)算精度和速度。內(nèi)存儲(chǔ)器是CPU可以直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元，用來(lái)存放常駐的控制程序、用戶指令、數(shù)據(jù)及運(yùn)算結(jié)果。衡量主機(jī)性能的指標(biāo)主要有CPU性能和內(nèi)存容量。按照主機(jī)性能

47、等級(jí)的不同，可將計(jì)算機(jī)分為大中型機(jī)、小型機(jī)、工作站和微型機(jī)等不同檔次。2. 外部存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱外存，用來(lái)存放暫時(shí)不用或等待調(diào)用的程序、數(shù)據(jù)等信息。當(dāng)使用這些信息時(shí)，由操作系統(tǒng)根據(jù)命令調(diào)入內(nèi)存。外存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是容量大，經(jīng)常達(dá)到數(shù)百M(fèi)B、數(shù)十GB或更多，但存取速度慢。常見(jiàn)的有磁帶、磁盤（軟盤、硬盤）和光盤等。隨著存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)硬盤、U盤等移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備成為外存儲(chǔ)器的重要組成部分3. 圖形終端輸入/輸出設(shè)備輸入設(shè)備是指通過(guò)人機(jī)交互作用將各種外部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的電子脈沖信號(hào)的裝置，主要分為鍵盤輸入類（如鍵盤）、指點(diǎn)輸入類（如鼠標(biāo)）、圖形輸入類（如數(shù)字化儀）、圖像輸入類（如掃描儀、數(shù)碼相

48、機(jī)）、語(yǔ)音輸入類等。將計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成用戶所需的形式，實(shí)現(xiàn)這一功能的裝置稱為輸出設(shè)備。輸出設(shè)備能將計(jì)算機(jī)運(yùn)行的中間或最終結(jié)果、過(guò)程，通過(guò)文字、圖形、影像、語(yǔ)音等形式表現(xiàn)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)與外界的直接交流與溝通。常用的輸出設(shè)備包括顯示輸出（如圖形顯示器）、打印輸出（如打印機(jī)）、繪圖輸出（如自動(dòng)繪圖儀）及影像輸出、語(yǔ)音輸出等。4. 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備 包括網(wǎng)絡(luò)適配器（也稱網(wǎng)卡）、中繼器、集線器、網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關(guān)及調(diào)制解調(diào)器等裝置，通過(guò)傳輸介質(zhì)聯(lián)接到網(wǎng)絡(luò)上以實(shí)現(xiàn)資源共享。網(wǎng)絡(luò)的連接方式即拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為星形、總線形、環(huán)形、樹(shù)形以及星形和環(huán)形的組合等形式。先進(jìn)的CAD/CAM系統(tǒng)都是以網(wǎng)絡(luò)的形式出現(xiàn)的。1.

49、3.2 軟件條件1. 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件主要包括操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信及其管理軟件，如圖1.8所示。操作系統(tǒng)語(yǔ)言加工系統(tǒng)工程數(shù)據(jù)庫(kù)圖形處理軟件分析模擬軟件專業(yè)模具軟件CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)軟件環(huán)境應(yīng)用軟件支撐軟件系統(tǒng)軟件圖1.8 模具CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)的軟件組成1） 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是CAD/CAM/CAE系統(tǒng)的核心，它控制計(jì)算機(jī)的軟件資源和硬件資源。其主要功能是硬件資源管理、任務(wù)管理、硬件驅(qū)動(dòng)、基本數(shù)學(xué)計(jì)算、日常事務(wù)管理、錯(cuò)誤診斷與糾正、用戶界面管理和作業(yè)管理等。目前廣泛應(yīng)用的操作系統(tǒng)有Windows、UNIX、Linux等。 2） 編程語(yǔ)言系統(tǒng)編程語(yǔ)言系統(tǒng)主要是

50、指源程序編輯、庫(kù)函數(shù)及管理、語(yǔ)法檢查、代碼編譯、程序連接與執(zhí)行。按照程序設(shè)計(jì)方法的不同，可分為結(jié)構(gòu)化編程語(yǔ)言和面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言。按照編程時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件依賴程度的不同，可分為低級(jí)語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。目前廣泛使用面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，如Visual C+、Visual Basic、Java等。 3） 網(wǎng)絡(luò)通信及其管理軟件網(wǎng)絡(luò)通信及其管理軟件主要包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)資源管理、網(wǎng)絡(luò)任務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)安全管理、通信瀏覽工具等內(nèi)容。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方案為“開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型”（OSI），它分為七層有應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。CAD/CAM/CAE系統(tǒng)中流行的主要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括TC

51、P/IP協(xié)議、MAP協(xié)議、TOP協(xié)議等。2. 支撐軟件支撐軟件一般具有較好的數(shù)據(jù)交換性能、軟件集成性能和二次開(kāi)發(fā)性能。功能單一型支撐軟件只提供CAD/CAM/CAE系統(tǒng)中某些典型過(guò)程的功能，如交互式繪圖軟件、三維幾何建模軟件、工程計(jì)算與分析軟件、數(shù)控編程軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等。功能集成型支撐軟件提供了設(shè)計(jì)、分析、造型、數(shù)控編程以及加工控制等綜合功能模塊。1）交互式繪圖軟件 這類軟件主要以交互方法完成二維工程圖樣的生成和繪制，具有圖形的編輯、變換、存儲(chǔ)、顯示控制、尺寸標(biāo)注等功能；具有尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)化繪圖功能；有較完備的機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化圖庫(kù)等。這類軟件繪圖功能很強(qiáng)、操作方便、價(jià)格便宜。在微機(jī)上采用的

52、典型產(chǎn)品是AutoCAD以及國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)的CAXA電子圖板、PICAD、高華CAD等。 2）三維幾何建模軟件 這類軟件主要解決零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，為用戶提供完整準(zhǔn)確地描述和顯示三維幾何形狀的方法和工具，具有消隱、著色、濃淡處理、實(shí)體參數(shù)計(jì)算、質(zhì)量特性計(jì)算、參數(shù)化特征造型及裝配和干涉檢驗(yàn)等功能，具有簡(jiǎn)單曲面造型功能，價(jià)格適中，易于學(xué)習(xí)掌握。這類軟件目前在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用主要以MDT、SolidWorks和SolidEdge為主。 3）工程計(jì)算與分析軟件 這類軟件的功能主要包括基本物理量計(jì)算、基本力學(xué)參數(shù)計(jì)算、產(chǎn)品裝配、公差分析、有限元分析、優(yōu)化算法、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析及仿真與模擬等，有限元分

53、析是核心工具。目前比較著名的商品化有限元分析軟件有SAP、ADINA、ANSYS、NASTRAN等，仿真與模擬軟件有ADAMS。 4）數(shù)控編程軟件 這類軟件一般具有刀具定義、工藝參數(shù)的設(shè)定、刀具軌跡的自動(dòng)生成、后置處理及切削加工模擬等功能。應(yīng)用較多的有MasterCAM、SurfCAM及CAXA制造工程師等。 5）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 工程數(shù)據(jù)庫(kù)是CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)的重要組成部分，工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)能夠有效地存儲(chǔ)、管理和使用工程數(shù)據(jù)，支持各子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞與共享。工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)可在通用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，根據(jù)工程特點(diǎn)進(jìn)行修改或補(bǔ)充。目前比較流行的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有ORACLE

54、、SYBASE、FOXPRO、FOXBASE等。1.4 CAD/CAE/CAM系統(tǒng)交換技術(shù)模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)是要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝分析、加工模擬，到產(chǎn)品制造的過(guò)程中的數(shù)據(jù)具有高度的一致性。即保證原始的數(shù)據(jù)信息能夠直接在各個(gè)系統(tǒng)間傳遞。目前所使用的CAD、CAE、CAM系統(tǒng)都是各自獨(dú)立發(fā)展起來(lái)的，彼此的數(shù)據(jù)模型互不相容。CAD系統(tǒng)主要用于描述零件完整的幾何信息，但是對(duì)于零件的精度、公差、表面粗糙度和熱處理等信息都沒(méi)有在計(jì)算機(jī)內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)中得到充分體現(xiàn)。CAE系統(tǒng)主要用于計(jì)算機(jī)輔助求解分析復(fù)雜工程和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能等。CAM核心是計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（簡(jiǎn)稱數(shù)控），是將計(jì)算機(jī)

55、應(yīng)用于制造生產(chǎn)過(guò)程的過(guò)程或系統(tǒng)。CAM加工所需要的上述非幾何信息也無(wú)法自動(dòng)從零件的工藝方案中提取。所以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在各部分之間自由交換、實(shí)現(xiàn)信息高度共享，是CAD/CAE/CAM系統(tǒng)集成的關(guān)鍵。國(guó)外對(duì)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)的研究制定比國(guó)內(nèi)早。如美國(guó)的DXF、IGES、ESP、PDES；法國(guó)的SET；德國(guó)的VDAIS、VDAFS，ISO的STEP等。這些標(biāo)準(zhǔn)都為CAD、CAE及CAM技術(shù)在各國(guó)的推廣應(yīng)用起到了極大的推進(jìn)作用。1.4.1 IGES標(biāo)準(zhǔn)1IGES標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)IGES（Initial Graphics Exchange Specification）是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ANSI）制定和公布的CAD/CA

56、E/CAM系統(tǒng)之間圖形信息交換的一種規(guī)范。目前廣泛應(yīng)用的UG、Pro/E、CATIA、ProCAST等都含有IGES接口，已經(jīng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。2IGES標(biāo)準(zhǔn)的組成IGES為CAD/CAE/CAM之間的傳遞定義了一套表示CAD/CAE/CAM系統(tǒng)中常用的幾何和非幾何數(shù)據(jù)格式，以及相應(yīng)的文件結(jié)構(gòu)，用這些格式表示的產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)可以通過(guò)多種物理介質(zhì)進(jìn)行交換。 系統(tǒng)A系統(tǒng)B前處理器IGES格式文件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)數(shù)據(jù)后處理器系統(tǒng)數(shù)據(jù)IGES格式文件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換圖1.9 IGES數(shù)據(jù)傳遞過(guò)程圖1.9為IGES系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳遞過(guò)程。數(shù)據(jù)要從系統(tǒng)A傳送到系統(tǒng)B，必須由系統(tǒng)A的IGES前處理器把這些傳送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成IGES格式，而實(shí)體數(shù)據(jù)還得由系統(tǒng)B的IGES后處理器把其從IGES格式轉(zhuǎn)換成該系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)格式。把系統(tǒng)B的