模具CAD/CAE/CAM技术的集成及其特点

来源：现代模具作者：发布时间：2008-04-24

　　所谓并行工程是设计工程师在进行产品三维零件设计时就考虑模具的成型工艺、影响模具寿命的因素，并进行校对、检查，预先发现设计过程的错误。在初步确立产品的三维模型后，设计、制造及辅助分析部门的多位工程师同时进行模具结构设计、工程详图设计、模具性能辅助分析及数控机床加工指令的编程，而且每一个工程师对产品所做的修改可自动反映到其他工程师那里，大大缩短设计、数控编程的时间。

　　在实际生产过程中，应用Pro/ENGINEER、UG等CAD/CAE/CAM集成技术软件，将原来模具结构设计→模具型腔、型芯设计及结构二维设计→工艺准备→模具型腔、型芯设计三维造型→数控加工指令编程→数控加工的串行工艺路线改为由不同的工程师同时进行设计、工艺准备的并行路线，不但提高了模具的制造精度，而且能缩短设计、数控编程时间达40%以上。

　　1.6模具高速测量及其逆向工程技术

　　随着三坐标测量机、扫描仪、便携式扫描仪、激光跟踪仪的技术不断发展与进步，检测技术向高速度、高精度、高适应性、数字化、自动化方向发展，使得现代测量技术不断融入模具产品逆向工程设计中，进一步推动模具制造产品快速制造的响应能力。

　　逆向工程(Reverse Engineering，RE)也称反向工程或反求工程，是相对于传统的产品设计流程即所谓的正向工程(Forward Engineering，FE)而提出的。

　　2 现代模具加工技术

　　2.1高速铣削技术

　　早在20世纪30年代，德国切削物理学家Carl Salomon根据一些实验曲线，即现在被称为“Salomon曲线”，提出了高速切削(High Speed Cutting，HSC)的概念[5]。铣削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速铣削具有工件温升低、切削力小，加工平稳、加工质量良好、加工效率高(为普通铣削加工的5～10倍)及可加工硬材料(<60HRC)等诸多优点。因而在模具的加工中日益受到重视。具体展开，高速铣削具有以下一些特点。

　　(1)高效、高速铣削的主轴转速一般为15000～40000r/min，最高可达100000r/min。在切削钢时，其切削速度约为400m/min，比传统的铣削加工高5～10倍;在加工型腔模时与传统的加工方法相比(传统铣削、电火花成形加工、抛光)其效率提高4～5倍;与完全采用EDM加工相比，其加工速度提高4～8倍。例如，加工一个插座外壳的压铸模，若采用传统铣削、电火花成形加工、抛光等工艺，约需50～60h，而采用高速铣削加工约需14h，效率提高近4倍。

　　(2)高精度。一般加工精度为10μm，有的精度还要高。

　　(3)高表面质量。由于高速铣削的工件温升小(约3℃)，故表面没有变质层及微裂纹，热变形也小。最好的表面粗糙度Ra小于1μm。

　　(4)可加工高硬材料。可铣削HRC 50～54的钢材，铣削的最高硬度可达HRC60。以上这些特点都优于EDM加工，由此可见，高速铣削加工工艺及装备无疑是模具制造技术重要的发展方向[5]。

　　瑞士克朗公司UCP 710型五轴联动加工中心，其机床定位精度可达8μm，自制的具有矢量闭环控制电主轴，最大转速为42000r/min。意大利RAMBAUDR公司的高速铣床，其加工范围达2500mm×5000mm×1800mm，转速达20500r/min，切削进给速度达20m/min。HSM一般主要用于大、中型模具加工，如汽车覆盖件模具、压铸模、大型塑料等曲面加工，其曲面加工精度可达0.01mm。

　　2.2 电火花加工技术和“绿色”产品技术

　　电火花加工是在一定的液体介质中，利用脉冲放电对导电材料的电蚀现象来蚀除材料，从而使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定技术要求的一种加工方法。在特种加工中，电火花加工的应用最为广泛。

　　从国外的电加工机床来看，不论从性能、工艺指标、智能化、自动化程度都已达到了相当高的水平，目前国外的新动向是进行电火花铣削加工技术(电火花创成加工技术)的研究开发，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是用高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。

　　在电火花加工技术进步的同时，电火花加工的安全和防护技术越来越受到人们的重视，许多电加工机床都考虑了安全防护技术。目前欧共体已规定没有“CE”标志的机床不能进入欧共体市场，同时国际市场也越来越重视安全防护技术的要求。目前，电火花加工机床的主要问题是辐射骚扰，因为它对安全、环保影响较大，在国际市场越来越重视“绿色”产品的情况下，作为模具加工的主导设备电火花加工机床的″绿色″产品技术，将是今后必须解决的难题。

　　日本沙迪克公司采用直线电机伺服驱动的AQ325L、AQ550LLS-WEDM具有驱动反应快、传动及定位精度高、热变形小等优点。瑞士夏米尔公司的NCEDM具有P-E3自适应控制、PCE能量控制及自动编程专家系统。另外有些EDM还采用了混粉加工工艺、微精加工脉冲电源及模糊控制(FC)等技术[4]。

　　2.3 基于RPM快速经济制模技术

　　快速原型/零件制造(Raprd Prototype/Part Manufacturing，简称RPM)技术就是20世纪后期起源于美国，并很快发展起来的一种先进制造技术，RPM技术是近20年来制造技术领域的一次重大突破。它是综合利用CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术的技术集成以实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术[1]。

　　RPM技术发展到今天，其发展重心已从快速原型制造(RPM)向快速模具(RT)制造及金属零件快速制造方向转移，各种各样的后续制造材料及工艺不断出现。目前RPM的快速制模主要是注塑模、冲压模、铸模等。

　　快速经济模具制造技术突出表现在快速原型(PP)与快速模具制造(RT)上。近年来，PP+RT的研究成为国内外RPM界十分关注并大力开发的领域之一。

　　2.4 模具工业新工艺、新理念、新模式进一步得到认同

　　在成形工艺方面，主要有冲压模具功能复合化、超塑性成形、塑性精密成形技术、塑料模气体辅助注射技术及热流道技术、高压注射成形技术等。另一方面，随着先进制造技术的不断发展和模具行业整体水平的提高，在模具行业出现了一些新的设计、生产、管理理念与模式。具体主要有：适应模具单件生产特点的柔性制造技术;创造最佳管理和效益的团队精神，精益生产;提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产哲理;广泛采用标准件通用件的分工协作生产模式;适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。