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[摘 要]本文从汽车注塑模具的特点、发展情况入手，阐述了CAD/CAE/CAM技术在汽车注塑模设计中的优越性及应用情况，并展望了CAD/CAE/CAM技术的未来发展方向。
[关键词]注塑模，汽车塑件，CAD/CAE/CAM
中图分类号：F407.471 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）09-0317-01
一、引言
随着汽车技术的发展，人们对汽车的外观、使用性能、内饰环境等方面要求越来越高，汽车低能耗、轻量化的发展要求使汽车零部件的材料结构以塑代钢趋势明显。汽车塑料模具作为汽车生产的重要工艺装备，直接制约着汽车的质量和新车型的开发周期。而先进的模具CAD/CAE/CAM技术能保证获得高质量的产品，解决汽车制造业发展的瓶颈。
二、汽车注塑模具概况
1、汽车注塑模具的特点
车用塑件主要有以下三类：汽车内饰件、汽车外饰件以及车用功能塑件。汽车零部件不同于一般的零件，它具有曲面多、尺寸大、材料薄、结构形状复杂、精度要求高等特点，其模具品种多、精度高、形状复杂、交货期短，制造技术难度大、成本高、开发周期和质量都难以控制。而汽车模具行业是一个竞争激烈、投入很高的行业，因此，汽车制造商对模具最重要的要求就是质量要高和周期要短。因此，汽车注塑模具制造技术发展的重点就是利用高科技手段生产模具。
2、国内外汽车注塑模具的发展
随着汽车制造业的高速发展，国内汽车模具设计制造业已有很大发展，模具水平也有较大幅度提高，车用塑料的使用量、种类也在逐步增多。但和国外相比仍有较大差距，主要体现在：（1）产需矛盾。汽车模具无论是数量还是质量都无法满足国内市场的需要；（2）模具自產自配比例较高，模具的商品化程度低；（3）模具材料及装备水平落后，带来钳工比例过高等问题；（4）模具开发能力差、产品水平低、经济效益欠佳。
3、发展趋势
从国外的发展经验看，要提高汽车大型精密复杂塑料模具的制造水平，需要在以下方面有所突破：（1）解决加工设备的升级换代，提高加工能力、加工精度及加工自动化，确保模具加工的精度与速度；（2）采用先进的数字信息化现代管理模式，对模具的设计、制造、检测等方面采用全方位监控来全面提升产品质量；（3）加大在人才方面的投入力度；（4）CAD/CAM/CAE技术的全面应用及有所创新。
三、CAD/CAE/CAM技术在汽车注塑模设计中的优越性
传统的注塑模开发方法主要依据设计者有限的经验和比较简单的计算公式。但在生产实际中塑料熔体的流动性千差万别，制品和模具的结构千变万化，工艺条件各不相同，仅凭有限的设计者经验无法跟上塑料材料的发展和制品复杂程度及精度要求的提高，因此开发过程中要反复试模和修模，导致生产周期长、费用高，产品质量难以得到保证，对于成型大型制品和精密制品，问题更加突出。高效、可靠、敏捷的CAD/CAE/CAM系统正是顺应了这种需求而产生，应用CAD/CAE/CAM技术从根本上改变了传统的产品开发和模具生产方式，大大提高了产品质量，缩短了产品开发周期，降低了生产成本，强有力地推动了模具行业的发展。据文献统计，国外采用模具CAD/CAE/CAM技术可使设计时间缩短50%，制造时间缩短30%，成本下降10%，塑料原料节省7%，一次试模成功率提高45%～50%。在先进工业国家中大多数专业塑料注射模厂均采用了CAD/CAE/CAM技术。
四、CAD/CAE/CAM技术在汽车注塑模设计与加工中的应用
1、CAD技术与塑料模设计
计算机辅助设计即CAD主要用于产品设计。设计者先在电脑上直接建立产品的三维模型，再进行模具结构设计及优化设计。三维CAD造型软件如Pro/E、UG、CATIA等为设计师提供了方便的设计平台，它们强大的曲面造型和编辑修改功能以及逼真的显示效果使设计者可以自如地表现自己的设计意图，而且制品的质量、体积等各种物理参数一并计算保存，为后续的模具设计和分析打下良好的基础，大大缩短了模具设计时间。
2、CAE技术与塑料模设计
计算机辅助工程即CAE借助有限元法对塑料的流动、成型过程进行模拟和分析塑料模具的应力应变情况。塑料模具CAE主要包括两部分：一种是模流分析，比较有代表性的软件有Moldflow等；另一种是零件的受力分析，常用的软件有ANSYS等。模流分析是指借助于模流分析软件仿真熔融塑料制品在型腔中的成型过程。对体积收缩，熔接痕，冷却效果以及变形等情况进行预估，在模具设计中可以起到指导作用并减少盲目性[2]。当塑料模具设计好后，有些零件要对其进行力学的校对，运用ANSYS等软件可以对其进行分析、优化，进而判断其是否满足要求。
3、CAM技术与塑料模制造
计算机辅助制造模具即CAM主要应用在模具制造过程中。此外，模具加工过程仿真能直观反映加工的结果，直接评估加工后零件的质量，以及检查出加工的错误。在检查加工后零件的质量时，可在计算机上对加工后的实体模型进行任意的剖切，直接测量其尺寸和精度。与传统加工方法相比，CAM使产品造型设计、模具设计、加工编程及工艺设计都以3D数据为基础，实现数据共享，具有准确、快速、简便的优势，不仅省去了代码编辑、调试等繁琐的工作，还能消除加工工艺编程设计的错误，减少加工后的修补和返工，大大提高模具制造效率和质量，降低成本。目前，注射模的CAM主要通过专业的CAM软件Mastercam或UG软件中的制造（即UG CAM）模块来实现。Mastercam提供刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等功能，可以自动生成加工程序并传输至数控机床，最终完成零件的加工。UG软件高度集成了CAD和CAE系统，可以实现无图纸加工。
五、展望CAD/CAE/CAM技术在汽车注塑模设计中的未来
模具CAD/CAE/CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。汽车注塑模CAD/CAE/CAM技术进一步的研究方向主要为：
（1）汽车注塑模CAD/CAE/CAM技术的集成化：消除分散应用CAD、CAE、CAM单项技术所形成的“信息孤岛”现象，最大限度地将计算机辅助设计所产生的实体模型被后续的分析、加工、工艺和仿真所利用。
（2）汽车注塑模具CAD/CAE/CAM技术的网络化：借助现有网络，使一个项目在多台计算机上协作完成，不同设计人员可以通过网络交流设计数据。
（3）汽车注塑模CAD/CAE/CAM技术的标准化：使模具CAD/CAE/CAM软件系统内部信息交流成为整体，以保障数据传递、转化过程中不丢失。
（4）汽车注塑模CAD/CAE/CAM技术的虚拟化：采用虚拟制造（VM）技术对整个工艺生产过程进行仿真，根据仿真结果优化设备参数后，成功完成生产系统的改造。
（5）汽车注塑模CAD/CAE/CAM技术的专业化：针对性的开发专用模具CAD/CAE/CAM系统软件，或根据模具生产企业自身的特点对软件系统进行二次开发。
（6）汽车注塑模CAD/CAE/CAM技术的智能化：使CAD/CAE/CAM系统具有专家的经验和知识，具有专家的推理方式和控制策略，以及智能化的视觉、听觉、语言的处理能力，从而达到设计自动化的目的。
参考文献
[1] 陈晖，周细应，李名尧.模具CAD/CAE/CAM技术的应用及其发展趋势[J].铸造技术，2010，Vol.31（11）：1454-1456.
[2] 梅峰，周永泰，郭青春，张和君，蔡考群，陈有甫，骆安君.如何让汽车模具企业登上新的台阶？——汽车大型精密复杂塑料模具发展高端论坛[J].金属加工（冷加工），2008.8：14.
[3] 刘方辉，钱心远，张杰.CAD/CAE/CAM技术在现代塑料模设计制造中的应用[J].模具工业，2010，Vol.36（1）：1-6.
[关键词]注塑模，汽车塑件，CAD/CAE/CAM
中图分类号：F407.471 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）09-0317-01
一、引言
随着汽车技术的发展，人们对汽车的外观、使用性能、内饰环境等方面要求越来越高，汽车低能耗、轻量化的发展要求使汽车零部件的材料结构以塑代钢趋势明显。汽车塑料模具作为汽车生产的重要工艺装备，直接制约着汽车的质量和新车型的开发周期。而先进的模具CAD/CAE/CAM技术能保证获得高质量的产品，解决汽车制造业发展的瓶颈。
二、汽车注塑模具概况
1、汽车注塑模具的特点
车用塑件主要有以下三类：汽车内饰件、汽车外饰件以及车用功能塑件。汽车零部件不同于一般的零件，它具有曲面多、尺寸大、材料薄、结构形状复杂、精度要求高等特点，其模具品种多、精度高、形状复杂、交货期短，制造技术难度大、成本高、开发周期和质量都难以控制。而汽车模具行业是一个竞争激烈、投入很高的行业，因此，汽车制造商对模具最重要的要求就是质量要高和周期要短。因此，汽车注塑模具制造技术发展的重点就是利用高科技手段生产模具。
2、国内外汽车注塑模具的发展
随着汽车制造业的高速发展，国内汽车模具设计制造业已有很大发展，模具水平也有较大幅度提高，车用塑料的使用量、种类也在逐步增多。但和国外相比仍有较大差距，主要体现在：（1）产需矛盾。汽车模具无论是数量还是质量都无法满足国内市场的需要；（2）模具自產自配比例较高，模具的商品化程度低；（3）模具材料及装备水平落后，带来钳工比例过高等问题；（4）模具开发能力差、产品水平低、经济效益欠佳。
3、发展趋势
从国外的发展经验看，要提高汽车大型精密复杂塑料模具的制造水平，需要在以下方面有所突破：（1）解决加工设备的升级换代，提高加工能力、加工精度及加工自动化，确保模具加工的精度与速度；（2）采用先进的数字信息化现代管理模式，对模具的设计、制造、检测等方面采用全方位监控来全面提升产品质量；（3）加大在人才方面的投入力度；（4）CAD/CAM/CAE技术的全面应用及有所创新。
三、CAD/CAE/CAM技术在汽车注塑模设计中的优越性
传统的注塑模开发方法主要依据设计者有限的经验和比较简单的计算公式。但在生产实际中塑料熔体的流动性千差万别，制品和模具的结构千变万化，工艺条件各不相同，仅凭有限的设计者经验无法跟上塑料材料的发展和制品复杂程度及精度要求的提高，因此开发过程中要反复试模和修模，导致生产周期长、费用高，产品质量难以得到保证，对于成型大型制品和精密制品，问题更加突出。高效、可靠、敏捷的CAD/CAE/CAM系统正是顺应了这种需求而产生，应用CAD/CAE/CAM技术从根本上改变了传统的产品开发和模具生产方式，大大提高了产品质量，缩短了产品开发周期，降低了生产成本，强有力地推动了模具行业的发展。据文献统计，国外采用模具CAD/CAE/CAM技术可使设计时间缩短50%，制造时间缩短30%，成本下降10%，塑料原料节省7%，一次试模成功率提高45%～50%。在先进工业国家中大多数专业塑料注射模厂均采用了CAD/CAE/CAM技术。
四、CAD/CAE/CAM技术在汽车注塑模设计与加工中的应用
1、CAD技术与塑料模设计
计算机辅助设计即CAD主要用于产品设计。设计者先在电脑上直接建立产品的三维模型，再进行模具结构设计及优化设计。三维CAD造型软件如Pro/E、UG、CATIA等为设计师提供了方便的设计平台，它们强大的曲面造型和编辑修改功能以及逼真的显示效果使设计者可以自如地表现自己的设计意图，而且制品的质量、体积等各种物理参数一并计算保存，为后续的模具设计和分析打下良好的基础，大大缩短了模具设计时间。
2、CAE技术与塑料模设计
计算机辅助工程即CAE借助有限元法对塑料的流动、成型过程进行模拟和分析塑料模具的应力应变情况。塑料模具CAE主要包括两部分：一种是模流分析，比较有代表性的软件有Moldflow等；另一种是零件的受力分析，常用的软件有ANSYS等。模流分析是指借助于模流分析软件仿真熔融塑料制品在型腔中的成型过程。对体积收缩，熔接痕，冷却效果以及变形等情况进行预估，在模具设计中可以起到指导作用并减少盲目性[2]。当塑料模具设计好后，有些零件要对其进行力学的校对，运用ANSYS等软件可以对其进行分析、优化，进而判断其是否满足要求。
3、CAM技术与塑料模制造
计算机辅助制造模具即CAM主要应用在模具制造过程中。此外，模具加工过程仿真能直观反映加工的结果，直接评估加工后零件的质量，以及检查出加工的错误。在检查加工后零件的质量时，可在计算机上对加工后的实体模型进行任意的剖切，直接测量其尺寸和精度。与传统加工方法相比，CAM使产品造型设计、模具设计、加工编程及工艺设计都以3D数据为基础，实现数据共享，具有准确、快速、简便的优势，不仅省去了代码编辑、调试等繁琐的工作，还能消除加工工艺编程设计的错误，减少加工后的修补和返工，大大提高模具制造效率和质量，降低成本。目前，注射模的CAM主要通过专业的CAM软件Mastercam或UG软件中的制造（即UG CAM）模块来实现。Mastercam提供刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等功能，可以自动生成加工程序并传输至数控机床，最终完成零件的加工。UG软件高度集成了CAD和CAE系统，可以实现无图纸加工。
五、展望CAD/CAE/CAM技术在汽车注塑模设计中的未来
模具CAD/CAE/CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。汽车注塑模CAD/CAE/CAM技术进一步的研究方向主要为：
（1）汽车注塑模CAD/CAE/CAM技术的集成化：消除分散应用CAD、CAE、CAM单项技术所形成的“信息孤岛”现象，最大限度地将计算机辅助设计所产生的实体模型被后续的分析、加工、工艺和仿真所利用。
（2）汽车注塑模具CAD/CAE/CAM技术的网络化：借助现有网络，使一个项目在多台计算机上协作完成，不同设计人员可以通过网络交流设计数据。
（3）汽车注塑模CAD/CAE/CAM技术的标准化：使模具CAD/CAE/CAM软件系统内部信息交流成为整体，以保障数据传递、转化过程中不丢失。
（4）汽车注塑模CAD/CAE/CAM技术的虚拟化：采用虚拟制造（VM）技术对整个工艺生产过程进行仿真，根据仿真结果优化设备参数后，成功完成生产系统的改造。
（5）汽车注塑模CAD/CAE/CAM技术的专业化：针对性的开发专用模具CAD/CAE/CAM系统软件，或根据模具生产企业自身的特点对软件系统进行二次开发。
（6）汽车注塑模CAD/CAE/CAM技术的智能化：使CAD/CAE/CAM系统具有专家的经验和知识，具有专家的推理方式和控制策略，以及智能化的视觉、听觉、语言的处理能力，从而达到设计自动化的目的。
参考文献
[1] 陈晖，周细应，李名尧.模具CAD/CAE/CAM技术的应用及其发展趋势[J].铸造技术，2010，Vol.31（11）：1454-1456.
[2] 梅峰，周永泰，郭青春，张和君，蔡考群，陈有甫，骆安君.如何让汽车模具企业登上新的台阶？——汽车大型精密复杂塑料模具发展高端论坛[J].金属加工（冷加工），2008.8：14.
[3] 刘方辉，钱心远，张杰.CAD/CAE/CAM技术在现代塑料模设计制造中的应用[J].模具工业，2010，Vol.36（1）：1-6.