模具CAD/CAE/CAM的现状与发展趋势

来源：网络作者：发布时间：2008-06-13

关键字：模具|CAD|CAE|CAM

摘要：本文论述了我国模具行业的概况及其近年来所取得的成绩，对国内外模具CAD/CAE/CAM技术的发展历程和现状作了简单概述，最后总结出模具CAD/CAE/CAM的专业化、标准化、集成化、智能化、虚拟化、网络化的发展趋势。

模具是工业生产中的基础工艺装备，也是发展和实现少无切削技术不可缺少的工具。在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯行业中，有60%-80%的零部件都需要模具加工，轻工制品的生产中应用模具更多，因此模具行业有“百业之母”的美誉。

模具生产的工艺水平及科技含量的高低，直接影响到工业产品的发展，它在很大程度上决定着产品的质量、企业的效益、新产品的开发能力，决定着一个国家制造业的国际竞争力，因此模具生产的工艺水平及科技含量的高低已经成为衡量一个国家工艺水平和产品制造水平的重要标志。随着模具CAD/CAE/CAM技术的广泛使用，模具生产的工艺水平和科技含量将有质的飞跃。

1 我国模具工业概况

我国虽然很早就开始制造和使用模具，但长期未形成高技术含量的产业。直到20世纪80年代后期，随着科技的进步，国务院和国家有关部门对发展模具工业的给与了高度重视和支持，模具工业才驶入快速发展轨道。

近年来，我国模具工业发生了巨大的变化，不仅国有模具企业取得了很大发展，三资企业、乡镇(个体)模具企业的发展也相当迅速，已经形成珠三角、长三角、安徽等具有一定规模的模具生产基地。模具工业的技术水平也有了很大的提高，冲压模具中具有代表性的是为汽车配套的汽车覆盖件模具，以及为农用车、工程机械和农机配套的覆盖件模具;覆盖件模具的技术要求高，大都是结构复杂的大中型模具，代表了冲压模具的水平，一汽模具公司、东风模具公司、天津模具厂等已能够生产出部分中档新型轿车的覆盖件模具。多工位级进模是一种高精度、高效率、长寿命的模具，是技术密集型模具的重要代表，美国UGS公司与我国华中科技大学合作在UG-NX软件平台上开发出基于三维几何模型的级进模CAD/CAM软件NX-PDW。此外，华中科技大学、上海交通大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模CAD/CAM系统的研究和开发。在塑料模具方面，大型塑料模具已能生产单套重量达50顿以上的注塑模，精密塑料模的精度已可达到3μm，多腔塑料模已能生产一模2560腔的塑封模，高速模具方面已能生和4m/min以上挤出速度的高速塑料异型材挤出模及主型材双腔共挤模具。其他类型的模具，也都达到了较高的水平。

目前，在我国模具生产企业中，数字化设备比较齐全，模具CAD/CAE/CAM技术已经被广泛的应用，采用高速加工及RP(Rapid Prototyping)/RT(Rapid Tooling)等先进技术的企业也逐渐增多。模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都已有较大幅度的提高，热流道技术在塑料模具行业中应用比例越来越高。

2 模具CAD/CAE/CAM技术的发展历程与现状

模具CAD/CAE/CAM技术具体就是模具设计人员和组织模具产品制造的工艺设计人员在CAD/CAE/CAM系统的辅助下，根据模具的设计和制造程序进行设计和制造的一项新技术。目前，模具CAD/CAE/CAM技术发展很快，广泛的应用于模具生产企业。采用模具CAD/CAE/CAM技术是模具生产革命化的措施，也是模具技术发展的一个显著特点。

2.1国外模具CAD/CAE/CAM技术的发展历程与现状

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DIE COMP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。

2.2国内模具CAD/CAE/CAM技术的发展历程与现状

我国模具CAD/CAM技术开始于20世纪70年代末，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(Finetool)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。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。

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，华北工学院的铸造分析软件CASTsoft等，但是与CAD/CAM系统的集成度相对较弱。