第一章 现代模具技术概论
模具计算机辅助设计，简称模具CAD（Computer Aided Design）；模具计算机辅助工程，简称模具CAE（Computer Aided Engineering）；模具计算机辅助制造，简称模具CAM（Computer Aided Manufacturing）。纵观国内外模具工业的发展，模具CAD/CAE/CAM技术是现代模具技术最重要的组成部分，同时也是改造传统模具技术的关键。模具CAD/CAE/CAM的一体化及软件的宜人化、集成化、智能化、网络化是现代模具技术发展的必然趋势。本章重点介绍现代模具技术的概念和CAD/CAE/CAM系统集成的相关知识。
1.1 现代模具技术发展概述
在现代机械制造业中，模具行业为许多行业起着强有力的支撑作用。随着DMC2010（第十三届中国国际模具技术和设备展览会）的召开，许多现代模具的新产品和新技术得以宣传并得到广泛的应用。特别是在汽车、家电行业、航天航空领域，甚至IT、医疗器械、轨道交通等电子专用装备及新兴产业配套领域，现代模具技术更是起着举足轻重的作用。模具制造能力的强弱和水平的高低是衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。
1.1.1国内模具工业发展概述
1. 中国模具工业的发展现状
20世纪80年代以来，中国模具工业迅速发展，国家也投入数千万元的研发经费，形成近百项技术成果。目前，中国国内共有模具生产企业（厂、点）约3万多个，从业人员近100万人，全球模具产量达1000亿元人民币。中国模具工业在国民GDP的比重也呈逐年增加的趋势，具体情况见表1.1。
表1.1 中国模具工业进出口情况
年 份 生产厂家 产 值 （亿元） 280 310 360 进口模具 （亿美元） 9.77 11.12 12.72 出口模具 （亿美元） 1.74 1.88 2.52 2000 2001 2002 17000 17000 17000 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010（4月底） 20000 20000 30000 30000 30000 30000 30000 30000 450 530 610 710 720 950 980 1000 13.69 18.13 20.68 20.47 20.53 20.4 19.6 20 3.37 4.91 7.38 10.41 14.13 19.22 18.43 19 在现代模具工业总产值中，冲压模约占37%，塑料模约占43%，铸造模（包含压铸模）约为10%，锻模、轮胎模、玻璃模等其他类模具约占10%，如图1.1所示。与工业发达国家的模具类别比例基本一致。
塑料模 43%
铸造模 10% 其他模具 10% 冲压模 37% 图1.1我国模具比例分配
模具具体生产状况如下。 1）冲模（Stamping Die）
使金属或非金属板材或型材分离、成形或接合而得到制件的工艺装备称为冲模。在整个机电产品制造中冲压工艺应用非常广泛，而冲模是实现冲压工艺最主要工艺装备。因此，冲模在机械制造业中占有重要的地位。近年来多工位级进模和多功能模具发展十分迅速，特别是精冲技术及精冲模具CAD系统的研究成为冲压技术一个新的发展领域。
冲模的生产过程包括从原材料通过铸造、锻造、切削加工和特种加工等加工成设计图样所要求的冲模零件，再按设计、工艺规程的技术要求，将冲模零件装配成模具的过程。其中精冲具有优质、高效及低消耗的特点，在钟表、仪器仪表、精密机械、摩托车和汽车等现代工业中得到了广泛的应用。图1.2为通过冲模得到的典型的冲模产品实体零件。
图1.2 典型的冲模产品
提高冲模技术水平可从两个方面入手，一方面是提高所体现的冲压工艺水平，开发冲压新工艺；另一方面是通过采用计算机技术（冲模CAD、CAE、CAM技术）和先进制造技术（数控多轴联动加工中心、CNC高精度电火花和线切割加工、CNC点位坐标镗、坐标磨和连续轨迹坐标磨等）提高冲模设计和制造的水平。
目前，基于变异模板的三维冷冲模CAD系统的研制成功，在全面系统地总结汽车配件冷冲模设计中各个组成部分的设计特征与变化特点的基础上，以参数化、变量化的零部件设计为先导，以模板的可变异组装逻辑为手段，解决冷冲压模具中落料、冲孔、弯曲、拉深、切断、压形、翻边、压印八种工艺和落料冲孔、落料拉深、冲孔拉深三种复合模的计算机辅助设计，包括输入制件处理、模具零件三维造型、平面图输出、模板修改、模板复合五个模块。软件独创了一套具有丰富语法结构的TDL模板设计语言，将模板技术灵活地运用于模具CAD系统中，通过统一性的模板修改丰富了模板变异的内涵，使系统具有良好的可扩展性。在处理三维制件时，从逻辑块分离出物理块，进而得到制件信息的分离算法。
冷冲模CAD专家系统，采用专家系统技术、CAD技术、面向对象技术、图形识别技术、数据库技术、优化方法等，在Windows98/NT平台上以AutoCADR14.0为支撑软件，以C+ +ObjectARX、Au-toLISP、VFP为开发工具，实现了冲裁模、拉深模、挤压模工艺设计和模具结构设计，可明显降低生产成本，提高生产效率，延长模具寿命。
2）汽车大型覆盖件模具（Automotive Large Cover Die）
汽车大型覆盖件是指汽车车身或驾驶室，覆盖发动机和盘底的薄金属板料制成的异形体零件。
随着汽车行业的发展壮大，汽车大型覆盖件模具也越来越受到人们的关注。近年来，无论是新建的企业还是经过技术改造的老企业，在汽车大型覆盖件的生产上，大量采用了先进的数控技术。包括三轴至五轴的高速加工机床、大型龙门式加工中心和数控铣床、大型的测量和调试设备及多轴数控激光切割机等。生产汽车覆盖件模具的水平和能力已经大大提高。企业使用三维CAD的已越来越多，有的企业已经达到百分之百的应用。与此同时，CAE技术也得到广泛应用。数字化制造、逆向工程、并行工程、灵敏制造、精益生产等先进技术也已在汽车覆盖件模具生产中得到了应用，并产生了良好效果。在模具厂普遍采用CAPP虽然有很大难度，但也不乏成功的例子，如图1.3为汽车覆盖件的模型图。
图1.3 汽车模具覆盖件的模型
一批留学美国和加拿大并在美国汽车模具行业从业多年的技术人员在重庆组建了DSI数码模系统（重庆）有限公司，创建和应用了数码模技术。这项技术依靠先进模具与冲压工艺的设计和模拟技术相结合的模具专家系统，将推进国内传统的制模方式向计算机技术为支撑的模具工程方向转变的进程，对缩短模具生产周期及降低成本，将起到很好的作用。
一些企业已实现了CAD/CAE/CAPP/CAM一体化，提升了企业的综合水平。其生产流程如图1.4所示。其它如测量技术、表面涂镀技术、综合检具工装、标准化应用以及快速成型技术与快速经济模具成功结合，取得了不小的进步。2010预计汽车覆盖件模具行业增速将达20％，汽车覆盖件模具的市场容量将达95～105亿元。
