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模具CAD/CAM软件实践报告
一、 模具CAD/CAM/CAE软件的现状与发展
随着CAD／CAM／CAE软件及其他应用软件的普及应用，计算机产生的各种类型、格式各异的数据资料，如市场分析报告、产品设计信息、加工图纸、零件加工工艺、数控加工程序清单、仿真测试结果分析及各种说明书等，迅速增加。如何有效管理这些异构数据资料成为了企业面临的一大难题。PDM系统作为一个信息沟通平台，可对企业的各种产品及其相关数据进行统一管理，并在产品整个的开发过程中协助管理者对开发过程进行有效控制和管理。与此同时，设计人员在产品生命周期内的各个环节与产品过程相关的各个地方均能及时、准确地获取产品的相关信息，并对产品数据进行一定权限范围内的操作。这种产品数据的高度集成和共享，使得新产品的开发时间和成本大为缩减。
“十一五”期间，我国模具CAD／CAE／CAM／PDM技术取得了长足的进步，具体表现在以下几个方面：
（一）开发出具有自主知识产权的系列CAD／CAM／CAE品牌软件。
华天软件、中创软件与日本最大的CAD／CAM软件公司UEL合作，结合日本工业界最佳实践，采取引进、消化、吸收、再创新的方式，开发完成具有中国自主知识产权的三维CAD／CAM软件SINOVATloNV1.0。这标志着我国在三维CAD／CAM软件研发领域实现了重大突破。SINOVATIoN软件是三维CAD／CAM一体化的应用软件系统，该软件具有最先进的混合型建模、参数化设计、丰富的特征造型功能。提供了经过业界验证的具有国际先进水平的CAM加工，冲压模具、注塑模具等应用技术。特别适合汽车、汽车零部件、机床、通用机械、模具及工艺装备等行业的设计及加工应用。SINOVA.TIoN冲压模具设计解决方案为专业设计人员提供了一套经过业界验证的CAD解决方案组合，包括高效的冲压工艺设计、精确的冲压回弹补偿和专业的冲压模具结构设计等功能。SINOVATION注塑模设计与加工解决方案是根据注塑模具设计、制造经验，将产品成形工艺与工程分析软件相结合，开发的适用于注塑模具设计专用的软件包。方案以三维参数化建模CAD软件为基础，涵盖了从零件设计、分析、自动分模创建模具、电极设计、工程图创建等整个过程，体现出高品质、灵活、高效的设计理念，为注塑模具设计工作提供了专业的技术应用平台。
CAXA系列化软件在开发自主知识产权的知名品牌的道路上不断取得新成果，如新一代集成软件CAXA V5PLM首次将成熟的2D、3D、CAPP、MPM和DDM技术在统一的数据模型基础上进行整合，覆盖了从概念设计、详细设计、工艺流程到生产制造管理的各个环节，并通过数字化仿真帮助企业优化产品设计和生产制造的整个过程。
上海模具CAD国家工程研究中心在国内较早地开始了基于知识的工程技术(KBE)研究，在塑性成形和模具设计知识的获取与表示、知识的推理机制、知识的集成与管理以及知识的发现等KBE关键技术上进行了行之有效的研究，形成了
适用于不同行业、不同类型KBE系统的一整套开发思路及相关的KBE应用软件。 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室开发的注塑成形模拟软件“华塑CAE”，铸造成形模拟软件“华铸CAE”和板料成形模拟软件“FASTAMP”又有新发展。目前研究的重点是微宏观分析相结合，数值计算和人工智能相结合，目标是将模拟软件由传统的被动式计算工具提升为主动式优化系统。随着应用的不断深入和广泛，系列化模拟软件华铸CAE、华铸CAE和FASTAMP已成为我国模具行业具有自主知识产权的主导技术和知名品牌。
湖南大学以先进冲压CAE技术为突破口，开发出一套包括冲压工艺设计和汽车覆盖件模具设计和制造的系列化软件。其冲压仿真CAE自动建模系统CADEM-I能利用模具表面数控轨迹数据作为网格生成的几何数据源，使建模效率成倍提高，对于汽车覆盖件成形，在同样精度下可使仿真模型网格单元减少近20％～40％。冲压仿真CAE系统CADEM采用先进的理论和算法，在保证冲压件大变形计算精度的前提下显著地提高了分析速度。冲压工艺分析与设计系统CADEM-III采用壳体失稳理论预测覆盖件成形中的起皱趋势，采用基于仿真的毛坯反算技术，实现了复杂零件的毛坯形状和尺寸的迭代反求。
（二）广泛采用了CAD／CAE／CAM技术并在应用中取得了显著效益。
其中最大的技术进步无疑是三维CAD方面的重大突破。一汽模具、天汽模、东风模具、福田潍坊模具等企业的三维CAD普及率达到100％。其他骨干企业正在加快进行二维CAD到三维CAD的过渡。国外的有些知名企业至今也尚未做到100％的三维CAD。由于采用三维CAD技术，使过去分散在各个信息孤岛的CAD、CAE、CAM连成一片，实现了一体化，为模具全程数字化制造提供了技术基础。少数企业的整个流程已完全实现了数字化加工和无图化生产，正在为将来的自动化加工和柔性生产积极创造条件。
一些先进企业在模具结构设计完成后，采用截面检查、干涉检查、静态运动干涉检查、运动模拟等分析手段，真实反映模具的实际工作状态，保证了实体设计的可靠性。
CAE分析普及率明显提高，少数企业已达到100％，CAE不再是高不可攀的技术，更不是束之高阁的摆设，而是一个必不可少的工具，它帮助设计者在设计阶段“先知先觉”，对模具调试时可能出现的问题进行处理，做到“防患于未然”。
在参数化设计方面也取得了长足的进步。国内一些骨干企业已建立了模具基础结构图库，还建立了标准件图库。利用参数化手段，根据模具结构特点，选择基础构架，设计者只需要控制几个基本的特征参数，系统将会根据事先输入到计算机中的结构规则，自动提供合理的结构方案，设计者只需做少许调整和装配即可完成设计。设计规则的引入，使三维实体模具结构设计达到了一个更高的层次。
（三）PDM技术不断发展。
目前，国外的公司已开发出一些产品功能齐全、开放性好、思想新颖、技术先进的PDM产品。如UGS公司的IMAN，1BM公司的Product Manager，SDRC公司的Metaphase，PTC公司的Windchill等，这些产品在波音、IBM、福特汽车、通用汽车等公司得到推广应用，取得了成功。国内的一些企业，如春兰、海尔、长虹和康佳等采用IMAN系统，西安飞机设计所采用IBM的PM系统，也取得了一定的成功。与此同时，国内的软件厂商也纷纷推出了自己的PDM产品，如武汉天喻公司的IntePDM，武汉开目技术集成公司的KMPDM，清华同方软件公司的TFPI)MS
等。国产的PDM系统。无论是在功能上、技术上、思想上还是稳定性方面与国外的产品都有较大的差距，但在价格和定制程度方面有一定优势，因此在国内的一些企业中也得到应用，如天喻公司的IntePDM系统，同方公司的TFPDM系统，大恒公司的DHPDM系统等。
二、 模具CAD/CAM/CAE软件实践
（一） 模具CAD 1、CAD零件
CAD中以solidworks为例设计零件。设计零件为塑料饭盒，样图如下：
选用材料：PP(聚丙烯) 比重:0.9-0.91克/立方厘米 成型收缩率:1.0-2.5% 成型温度：160-220℃
干燥条件：物料性能 密度小,强度刚度,硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响,但低温时变脆,不耐磨易老化. 适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件。
熔化温度：220~275℃，注意不要超过275℃。
模具温度：40~80℃，建议使用50℃。结晶程度主要由模具温度决定。 注射压力：可大到1800bar。
注射速度：通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。
流道和浇口：对于冷流道，典型的流道直径范围是4~7mm。建议使用通体为圆形的注入口和流道。所有类型的浇口都可以使用。典型的浇口直径范围是1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。PP材料完全可以使用热流道系统。 （1）根据零件尺寸拉伸凸台：
（2）抽壳，拉伸-薄壁：