探究CAD与CAM在铸造模具制造业中的实际应用

王昆仑 钱立方 郑君文 劳俊伟

摘 要：随着现代的科学技术的持续发展和优化，对模具制造业的技术程度也有了改变，将现有的高科技手段应用到模具制造业中是可以加大制件的尺寸精准度，还可以方便制件的制造过程。本文就针对在模具制造业中应用CAD/CAM 技术来优化制造过程和方法，提高模具的精准度。和传统的制造模具技术相比，CAD/CAM 技术性能优异、操作简单以及便于维护等优势，而常用的软件有UG、VATIA 等等。接下来就针对这一方面进行详细的说明和探讨。

关键词：CAD/CAM技术;模具制造;模具设计

引言

在CAD/CAM技术中，有着很多的一体化应用软件，而这些软件可以做到模具参数具体化和变量化的设计特点，此外还可以将造型技术和传统技术进行联合起来，形成一个完备的加工制件的过程，优化加工方式。在很大程度上提高了尺寸的精确性，有很强的实用效果和使用性能。转变传统的加工方式，进一步可以制造出更加精确和性能好的制件。在CAD/CAM技术在加工零件的过程中使用了数控加工的方式，有着自动化和智能化的优势，软件使用者可以在模具设计和加工方式进行研究和扩展。为了适应现阶段对产品性能和外观要求的不断提高，也是为了满足消费者的需求，这就需要模具设计和制造行业要及时更新新技术，采用更加先进的技术手段，改善现有的加工方式，实现效率和质量上的提高。现阶段已经有很多企业采用了CAD/CAM 技术来进行模具制造业的加工，且在这方面业很有成果，再者可以提升企业和核心竞争力。

CAD/CAM（计算机辅助设计与制造）技术从诞生到现在已经发展的很快了，最引人关注的一个技术手段，也是可以体现制造业水平的一个标志。这一项技术的应用和发展正在引起一场新的制造业改革，在很多方面都有巨大影响。CAD/CAM技术在模具设计与制造的运用比传统的方法更有优越性，也会让制造业的水平发展到一个很高的地步。

1 CAD/CAM系统软件简介

1.1 CAD常用软件

在模具制造业中使用CAD/CAM技术可以利用计算机系统来完成图纸的设计，相比于传统的手绘精确度也会更高。这一过程中对图纸的尺寸精确度要有保证。一般情况下是使用键盘来输入相关的尺寸，这就对图纸的尺寸精确度要求更高，通常情况下是精确在万分位上。而如果是数控机床加工的话就需要更高的精确度。还有就是图纸里面有线条在重合时，计算机会根据用户的需求来进行指令的操作，而没有这种情况可以清晰找到位置。利用计算机来进行绘图时要按照实际尺寸来进行，尺寸地精确度要把握好，减少实际失误。

常见的CAD软件有Auto CAD、Pro/E和Solidorks三种。Auto CAD的优势在于二维平面，缺点是三维功能不够充分，所以Auto CAD多使用于平面设计。Rro/E的功能较全面，有CAD和CAM 两个板块内容，现阶段是主要以CAD板块为主要内容，但是如果用这一软件进行建模，其在特征方面的修改难度太大，会导致对空间的利用率低下。Solidworks属于参变量式三维CAD软件，这个三维建模软件在空间分析有很大优势，而且操作简单，学起来也较快，所以这个软件多应用在机械制图、结构设计方面。

1.2 CAM 常用软件

CAM 的常用软件有UG、I-deas、Mastercam 和Cimatron。就目前CAD/CAM技术的发展状况发现，UG是一种相对先进的软件，主要以复合建模技术为主，采用实体、曲面以及线框等建模方式，具有强大的造型能力，可以应用在复杂曲面造型，另外也适用定轴、多轴和变轴，可以对UG造型模块中的任意几何体进行加工，但UG本身也有缺点，比如各个零件之间不能做到定位约束;I-deas具有高度集成化特点，可应用于单一数字模型之中，能够进行产品仿真分析、设计、测量或数控加工，利用CAM技术可以提升刀具、机床运动效率，也能够优化加工和自控过程，修改该模型的同时，可以修改形状几何拓扑关系，能够简化操作。

Mastercam由CNC公司开发，在CAD技术方面，具有构图快捷的优势，不论是二维还是三维构图，利用该软件都可以快速完成，且可以用于复杂外形、空间曲面模具零件设计;Cimatron主要应用于模具开发与设计，设计者可以利用该软件了解模具分型面与抽芯，并且利用软件进行动态检查，掌握各个操作过程，进而提升设计准确性，目前，国内有许多企业都利用该软件进行模具设计，具有较强的专业性，是模具制造业比较常用的软件之一[1]。

2 CAD/CAM 软件绘图的应用优势

使用CAD/CAM系统不但可以绘制模具的断面或几何造型，还可以计算截面边长、中心位置等其计算准确度也较高。使用CAD程序可以精确设计几何尺寸.从而降低了时间成本，而且对制作者技能的要求也较低。相比于传统手工绘制方式该绘图方法可以减少一零点五以上的绘制时间，并且节约了图纸的修改时间和材料通过使用此程序能够对现有图纸进行更改并且一旦根据客户要求重新绘制了新的图纸设计师也能够选择对相似图纸进行更改从而减少了设计难度和时间。此外本系列程序还可以有效检测出绘图中的设计错误和部件装配准确性。一方面通过使用本软件能够确定绘图尺寸保证了绘图清晰度并且方便读取，从而可以在较大程度上减少了差错发生：另一方面，通过使用本技术软件能够有效减少了尺寸公差问题。软件会为用户展示外观截面图，让用户更加直观地了解模型形状和各项参数， 且此类软软件可以存储大量图纸，可随时删除。 型材断面绘制完成后，可以利用 CAD/CAM 系统加工 型材，形成机床工具路线，并进行数控模具制造。在这个 过程中，利用电火花线切割机对线路进行加工，并利用计 算机数据库增加几何图形准确性。

3 CAD/CAM在模具设计和制作中的应用

3.1 CAD在模具设计制作中的应用流程

Pro/E是比较常用的模型设计、制作软件，本文主要以该软件为例，对塑料模型设计制作流程进行相关阐述。具体流程如下：1、创建模具模型，将设计好的零件相关尺寸和细节方面内容输入到系统中，然后再进行装料; 2、在模具的条件下来计算收缩率进，并可以设计出合理的收缩率;3、设计模具的分型面，这一过程是有很大难度，直接影响到制件的质量;4、将分胚料还分，利用分型面使其变为多个型芯，也可以将其创建为砂芯体积或斜顶体积;5、利用模具、木星组件对型芯体积进行转换，使其变为凹凸模、砂芯或滑块等应用组件;6、利用模具、特征对浇道系统进行设计， 主要包括四个部分，分别是Sprue、Runner、Gate和流道滞料部;7、利用模型或铸模对模型进行铸造，设计并浇筑出各个模型部件;8、利用Analysis 功能以及下拉式菜单对模具零件进行检测和分析，确保零件质量;9、利用模具打开功能，对开模动作进行模拟演示，在这个过程中可以对模具进行干涉检测，了解模具制作情况;10、模具底座装配与设计，确保底座与产品相互匹配，可以利用软件系统插件进行模板、底座零件生产，也可以在模具制作前就设计好模座零件数据，并建立专门数据库，便于后续使用。在模具设计过程中，模芯零件、开模与脱模三项内容设计尤为重要，大部分模具零件都可以直接到厂家采购，部件采购可以节约设计和制造时间[2]。

3.2 CAM在模具制造中的应用流程

通常模具设计结束后，要根据图纸采购模架、模具钢材，材料准备结束后才能开始模具近一步加工。根据工艺区别，可以分为两种加工类型，一种是粗加工，另一种是精加工。首先，由铣床进行粗加工，可以利用数控机床加工，加工后再开精框，其他部件加工方式也基本相似，都是先进行粗加工;生产出粗胚后，利用数控机床、火花机等机械来对零件进行进一步精加工;各项加工结束后，可以将部件装入模胚中，最终生产出完整模具。

在模具加工过程中，如果模具結构形状比较简单，如圆柱面形状，可以利用铣床、车床等技术进行加工;如果结构形状比较复杂，则可以采用CAM技术进行加工，其是模具加工的核心技术，可以利用电脑进行机床和加工中心的控制与加工操作，也就是CAM技术应用，核心应用软件有UG、Mastercam等。以使用Masitercam 软件为例，首先在主菜单中打开已经设计好的模芯零件;然后执行菜单中命令，在对话框中对零件尺寸、原点以及材料等进行输入和设置，设置完成后，根据零件特征选择相应加工方法，并在命令下达后设置刀具和加工参数，其中包括切削深度等;最后，按照相应操作要求，进入模拟界面进行模拟加工，在对话框中单击保存，可以将其村委 NCI 或 NC 形式文件，并对文件进行加工[3]。

4 结束语

在模具制造业中是必须要提升模具设计与制造效率和质量，在这样的条件下就必须使用CAD/CAM技术，不然就会让企业失去竞争力，不利于自身的发展。这项技术可以改变传统技术中存在的问题，极大程度上来提高了尺寸精准度和技术要求，减少加工过程中的不必要的时间、人工、资金等成本，以此提升模具制造的效率，对我国模具设计制造业有很大推进作用。

参考文献：

[1]罗海宏.CAD/CAM在模具设计与制造中的应用[J].现代制造技术与装备，2019（07）：77-78.

[2]姚长春.CAD/CAM在模具设计与制造中的应用[J].军民两用技术与产品，2014（07）：50-51.

[3]乔礼洪.CAD/CAM在铸造模具设计和制造中的应用[J].铸造，2000（08）：495-497.