模具CAD/CAE/CAM技术文献综述

摘要：模具是现代制造业必不可少的工具产品，使用量大，影响面广。而模

具CAD/CAE/CAM作为现代模具设计的先进技术，在国内外以获得广泛的应用，这项技术大幅提高了模具设计的工作效率。新工艺的使用以及新成型设备、装配自动化设备的发展更趋活跃。而增材制造快速成形作为制品开发手段与模具结合，将成为未来制造业的发展趋势,值得我们学习、探讨和发展。

关键词：CAD/CAE/CAM

引言：模具CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术, 是一项高科

技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式, 为企业提供一种有效的辅助工具, 使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。模具CAD/CAE/CAM 技术能显著缩短模具设计与制造周期, 降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。与任何新生事物一样, 模具CAD/CAE/CAM在近20 年中经历了从简单到复杂, 从试点到普及的过程。进入本世纪以来, 模具CAD/CAE/CAM技术发展速度更快、应用范围更广, 使广大模具工作者能进一步加深对该技术的认识, 更好发挥CAD/CAE/CAM的作用。

1. 模具CAD/CAE/CAM基本概念

CAD（Computer Aided Design）是利用计算机软件对模具的外观，绘图，工程分析等辅助设计活动的一项综合性技术。在模具设计中，主要体现在外

观绘制，精度尺寸设计等方面。大大提高了模具设计的效率和精确度。 CAM（Computer-aided manufacturing）计算机辅助制造，是工程师利用产品生命周期管理计算机软件的产品元件制作过程。计算机辅助设计中生成的元件三维模型用于生成驱动数字控制机床的计算机数码代码。这包括工程师选择工具的类型、加工过程以及加工路径。在模具制造前期大大减少了模具生产的失败率，提高材料利用率，为模具大批量生产打下基础。 CAE:（Computer Aided Design）计算机辅助工程技术，是一现代计算力学为基础，以计算机仿真为手段的工程分析技术。在模具优化中发挥重要作用，对模具未来的工作状态和运行进行模拟，可以尽早发现设计缺陷，并予以更正，提高了模具设计的工作效率。

2.模具CAD/CAE/CAM国内外技术发展现状及问题

2.1国内现状：

我国模具CAD/CAM 技术开始于20 世纪70 年代末，虽然起步较晚，与国外相比尚有一段距离，但目前也趋于成熟，并在模具生产企业得到广泛应用。特别是20 世纪80 年代后期，我国进入了CAD/CAM 技术迅猛发展的时期，各大院校和科研单位不仅自主研发适合国情、专业化极强的CAD/CAM 实用系统，也引进国外先进CAD/CAM，同时在国外的CAD/CAM 系统之上进行二次开发。如吉林大学依托一汽对汽车覆盖件CAD/CAM 系统的研究已经取得显著成效，华中科技大学模具技术国家重点实验室在AutoCAD 软件平台上开发出基于特征的级进模CAD/CAM 系统HMJC，上海交通大学为瑞士法因托精冲公司开发成功精密冲裁级进模CAD/CAM系统，西安交通大学开发出多工位弯曲级进模CAD 系统等，这些CAD/CAM系统的研发促进了国内模具行业快速发展。

经过这十几年的发展，我国模具CAD/CAM 软件的开发水平也逐渐接近国外先进水平。在政府的大力支持下先后出现了一批先进的模具CAD/CAM 示范企业，高校和企业也培养了一大批模具CAD/CAM 软件开发及应用人才。随着有限元技

术的快速发展，早在上世纪80 年代，国内就有一批科研单位和高校投入有限元技术的研究、开发和应用中。在此背景下，国内相继取得了可喜的成绩，如：大连理工大学的JIFEX，郑州机械研究所的紫瑞，北京农机学院的有限元分析系统。在模具CAE 方面： 如湖南大学的冲压CAE 系统，华中科技大学冲压成型快速分析软件FASTAMP，清华的铸造CAE分析软件FTstar等。但总的来说，我国目前模具CAD/CAM 软件不管是从产品开发水平还是从商品化、市场化程度都与发达国家有不小的差距，而自主研发的CAD/CAM系统集成度相对较弱。 2.2国外现状：

国外模具CAD/CAM技术的研究始于上世纪60年代，到70年代已经研制出了模具CAD/CAM的专门系统，推出了面向中小型企业的CAD/CAM的商业软件，可应用于各种类型的模具设计和制造。

1973年，美国的DIECOMP公司率先研制成功PDDC连续模系统。1977年，捷克斯洛伐克金属加工工业研究所研制成功AKT冲模CAD系统。1978年，日本机械工程实验室建立ME1连续模设计系统。1979年，日本旭光学工业公司研究成功的冲空模和弯曲模PENTAX的CAD系统。

1985年，日本NISSIN精密机器公司采用了冷冲模CAD/CAM系统。到80年代末，美国、日本等工业发达国家的模具生产已有近50%采用了CAD/CAM技术。

近二十多年来，随着计算机硬件的不断提升，工业发达国家的CAD/CAM技术不断创新、完善、逐步发展，已经形成一个从研究开发、生产制造到推广应用和销售服务的完整的高技术产业。

国外在上世纪60年代开始开发有限元进行软件，1976年发行了第一套流动分析软件。利用CAE技术可以在模具加工前，在计算机上对整个成型过程进行模拟分析，减少甚至避免模具返修报废、提高模具质量和降低成本等。目前国外的模具CAE技术已经相当成熟，完全走向实用化阶段，并取得了显著效果。国外著名的CAE软件有NASTRAN、ADINA、ANSYS、ABAQUS、MARC、COSMOS等。

2.3与国外相比存在的问题

我国由于模具发展起步较晚，虽然发展迅速但相比于国外技术水平仍有着不小的差距，目前三维CAD/CAM核心技术依旧掌握在欧美日等发达国家手中，我国的三维CAD/CAM市场几乎被国外产品垄断。每年中国制造企业采购三维CAD/CAM软件的金额高达几十亿元。即使我们有迎进一些国外的软件及系统，但每一个国家对于本国的模具技术都会有一定的保留，如美国福特公司，英国PSF公司，日本富士铁工等都有各自开发的CAD/CAM系统，并基本不会对外出售。而在应用CAE进行模具方案设计和分析计算方面，我们才刚刚起步，大多还处于试用阶段；在应用CAM技术制造模具方面，由于缺乏先进适用的制造装备，制造工艺水平不高，加工精度与国外先进水平相比还有很大的差距。整体CAD/CAE/CAM应用水平低。目前，较有规模的模具企业都已采图，三维设计的应用尚处在开始阶段，数控加工在模具制造中所占比例仍然较低，与国外先进水平相比，还有相当大的差距。CAE在我国模具行业的应用还不普遍。

3.未来CAD/CAM/CAE发展趋势

3.1标准化：

建立标准零件数据库，非标准零件数据库和模具参数数据库。标准零件库中的零件在模具CAD 设计中可以随时调用，并采用成组技术生产。非标准零件库中存放的零件，虽然与设计所需结构不尽相同，但利用系统自身的建模技术可以方便地进行修改，从而加快设计过程，使典型模具结构库在参数化设计的基础上实现。数据的传递、转化成为企业之间、企业与客户之间、软件之间、软件与设备之间进行信息传递的最大障碍。在模具CAD/CAE/CAM 软件系统中也存在这样的问题，为保障数据在传递、转化的过程中不丢失，建立数据转换的标准显得非常重要，这样可以模具CAD/CAE/CAM在真正意义上实现模具制造信息传递