模具企业数字制造技术现状与发展

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　　在现代工业生产中，60%～90%的工业产品需要使用模具，模具工业已经成为工业发展的基础。根据国际生产技术协会的预测，21世纪机械制造工业零件粗加工的75%，精加工的50%都需要通过模具来完成，其中汽车、电器、通信、石化和建筑等行业最为突出。

　　模具作为一种高附加值的技术密集产品，它的技术水平已经成为衡量一个国家制造业水平的重要评价指标。早在CAD/CAM技术还处于发展的初期，CAD/CAM就被模具制造业竞相吸收应用。目前国内的模具制造企业约20000家，并且以每年10%～15%的速度高速增长。在约400亿元的模具工业产值中，自产自用模具的企业约占2/3，50%～60%的企业较好地应用CAD/CAE/CAM/PDM技术。模具相关的CAD/CAE/CAM技术一直是研究开发、教育培训和推广应用的热点。

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　　一、模具CAD/CAM系统专用化程度不断提高

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　　随着模具工业的飞速发展以及CAD/CAM技术的重要性被模具界的广泛认可，近年来CAD/CAM开发商投入了很大的人力和物力，将通用CAD/CAM系统改造为模具行业专用的CAD/CAM系统，针对各类模具的特点，推出了宜人化、集成化和智能化的专用系统，受到了广大模具工作者的好评。例如以色列Cimatron公司推出的Quick系列产品，能在统一的系列环境下，使用统一的数据库，完成产品设计，生成三维实体模型，在此基础上进行自动分类，生成凸、凹模并完成模具的完整结构设计，能方便地对凸、凹模进行自动NC加工。又如英国DELCAM公司推出的PowerSHAPE系统，包括PSMoldmaker模块，是面向模具制造的模具总装设计专家系统，可自动为复杂注塑模、吹塑模创建模具结构及抽芯机构、自动产生分模面，加工信息被自动封装，并可直接输出到PowerMILL模块，自动产生加工程序。日本造船信息系统株式会社的三维CAD/CAM系统SpaceE中也增加了专用于注塑模的设计模块。日本UNISYS株式会社推出的专用于塑料模设计和制造系统的CADCEUS也颇具特色，该系统综合了塑料产品设计从产品形状设计、模具设计到模具生产所需要的全部功能，重点放在三维设计与二维视图的关联，体现了宜人化和集成化方面的技术进步。

　　二、面向模具企业的CAD/CAE/CAM技术的系统集成方案

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　　随着模具工业的科技进步和国际竞争的日益激烈，模具业对CAD/CAM系统的要求也从单纯的建模工具变为要求支持从设计、分析、管理和加工全过程的产品信息管理集成化系统。近几年来，有不少研究单位和公司都开发了面向模具企业的CAD/CAE/CAM系统集成方案，表现出较高的实用水平。如上海交通大学国家模具工程中心在数字化制造、系统集成、反向工程、快速原型/模具以及计算机辅助应用技术等方面已形成了全方位解决方案的能力，能够提供模具开发与工程服务的业务，全面地提高模具企业的水平和产品质量。又如浙江大学旭日科技开发公司，能为企业提供产品设计、三维造型与NC编程、逆向工程、三坐标测量、模具设计与分析、技术培训以及模具CAD/CAE/CAM技术开发的全方位技术支持。北航海尔软件有限公司推出的CAXA品牌系列CAD/CAE/CAM软件也能够为用户提供有关模具工程的全方位解决方案。

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　　值得注意的是，国际著名的CAD/CAM技术集团正在努力把数字化分析产品集成到CAD/CAM平台中。由于数字化分析产品广泛应用于航空航天、汽车、电子、医疗设备和重型机械等领域，因此仿真软件主要面向这些增长的CAE市场。根据全球领先的产品全生命周期管理(PLM)市场的资深分析公司Daratech的预测，到2007年，CAE市场的年增长率将保持在10.3%。

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　　制造商要求通过减少物理样机，提高产品质量来降低成本并加速产品上市，这种需求在模具制造业中尤为突出。因此在设计过程中加强前期的分析仿真，将有助于缩减对物理样机的需求量，并提高数字化设计的灵活性。例如，将NXNastran集成到EDSCAE产品软件包中，将进一步加强分析驱动设计技术的重要地位，有助于用户不断开发新产品，同时降低成本，缩短将产品推向市场的时间。另一个例子是，达索集团已经将MSC公司的NastranCAE技术产品，集成到CATIA系统中，并获得了日本丰田公司的青睐。

　　因此，在模具CAD/CAM技术中集成数字化分析技术，获得完善的CAD/CAE/CAM解决方案，是目前的一个重要发展方向。

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　　模具分类方法很多，过去常使用的有：按模具结构形式分类，如单工序模，复式冲模等；按使用对象分类，如汽车覆盖件模具、电机模具等；按加工材料性质分类，如金属制品用模具，非金属制用模具等；按模具制造材料分类，如硬质合金模具等；按工艺性质分类，如拉深模、粉末冶金模、锻模等。这些分类方法中，有些不能全面地反映各种模具的结构和成形加工工艺的特点，以及它们的使用功能。为此，采用以使用模具进行成形加工的工艺性质和使用对象为主的综合分类方法，将模具分为十大类，见表1各大类模具，又可根据模具结构、材料、使用功能以及制模方法等分为若干小类或品种。 【MechNet】

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