压缩模具制造设计和生产过程

借助最新的 CAD/CAM 和 CAE 软件，模具制造商可以大大加快设计速度并压缩高质量模具和模具的制造周期

模具制造商一直面临着加快模具制造过程、改进其工艺和产品质量，同时提高生产力的压力。为了实现他们的目标，模具制造商采用最新的模具制造软件，利用 CAD/CAM 和 CAE 中的新技术，大大改进了随形冷却和模具制造中其他关键特性的模拟。

模具工艺中使用的应用程序包括来自大多数主要软件开发商的 CAD/CAM 软件以及复杂的 CAE 软件，这些软件可以对产品的装配和完成、热性能和关键差异因素进行详细的模拟和分析。在这些模具制造包中，有一个集成包，允许在设计师的主要 CAD/CAM 软件中运行，从而可以轻松地从设计过渡到模拟和分析零件的潜力。

使其快速准确

Mastercam CAD/CAM 软件开发商 CNC Software Inc.（康涅狄格州托兰市）高级市场分析师 Ben Mund 指出，过去几年模具制造商的主要软件要求保持一致，主要集中在提高生产力上。 “这种需求贯穿整个过程，推动了我们在 CAD/CAM 软件开发中看到的趋势——在机器上更快，在机器上更快，以及尽可能高的质量。

“另一个增长趋势是制造业的连通性——确保软件、机器和车间流程都能相互交流，”Mund 说。 “使用 CAM，您将看到与工具库、检查、车间监控和其他项目的连接。这是确保商店为转向数字制造做好准备的一部分。”

Mund 说，追求生产力的关键是高效的 CAD/CAM 系统，它为用户提供了大量工具来快速轻松地完成工作。 “从 CAD 开始；商店越来越需要专业的 CAD 工具，帮助他们将概念或零件模型转变为生产模具，”Mund 说。 “这意味着用于模型准备、实体模型修复、间隙填充、夹具创建和高度集中的需求（如电极、型芯/型腔模型分离和分型线创建）的设计工具——所有这些都应该在工具接触金属之前发生。”

他补充说，一旦库存在机器上，商店就会继续积极推动更快的周期时间。 “模具制造商关注的最大领域之一是将散装材料去除至接近最终形状的最有效方法。 “智能”粗加工刀具路径的进步继续显着缩短加工时间。当然，最终模具的精度和质量是最重要的，这里的商店不仅关注新的刀具路径运动，还关注新的刀具，所有这些都需要他们的编程软件支持。”

Mund 表示，CNC Software 的“CAD for CAM”准备工具等功能仍然是重点，该公司将在即将发布的 Mastercam 版本中提供新工具，以帮助模具制造商快速、干净地修复模型、修补孔并纠正 CAD 模型中的错误他们给了。 “这些问题可能会导致长时间的延误，最大限度地减少它们有助于确保模具尽快上机。”

Mund 补充说，除了 Mastercam 的 Dynamic Motion 引擎外，该软件还具有一种名为 Accelerated Finishing 的新 NC 编程技术。 “它让商店可以按照预期的方式使用新形状的工具。我们与刀具制造商密切合作，开发针对椭圆形刀具、桶铣刀、锥形刀具、透镜形刀具等的切削策略，”他说。 “如果编程正确，这些刀具可以使小直径刀具具有较大的有效切削半径，从而可以减少循环时间，提高表面光洁度，或两者兼而有之。”

寻找更简单、更智能的解决方案

模具制造商 Moldex3D CAE 套件开发商 CoreTech System Co. Ltd.（密歇根州法明顿希尔斯和台湾新竹）总裁兼联合创始人 Anthony Yang 表示，软件易用性在模具设计师和制造商中名列前茅模拟应用。

杨指出，随形冷却等功能使塑料注塑成型制造过程更容易、更高效，但用户追求的是更容易使用的软件。 “目前的趋势是使用 DFM [可制造性设计] 进行前期模拟，”他补充道，“另一个主要趋势是让软件更智能。”

他说，今天的软件使用户能够更轻松地设置边界条件并创建网格。 “你模拟模具的反应，你必须指定热量来自哪里。设计起来并不容易。”该软件越容易使用，对模具制造商就越好，他们正在寻找更好的用户界面，以实现更快、更高效的模具设计流程。

CoreTech 的 Moldex3D 软件主要用于工程部门，但也被零件设计师使用。 Moldex3D 软件与 Siemens PLM 的 NX Mold 等软件集成，该公司还与 Dassault Systèmes 的 Solidworks 和 PTC 的 Creo CAD/CAM 软件等主要开发商的产品合作。

在佛吉亚内部系统印度列兵。有限公司（印度浦那），汽车座椅和内饰设计使用 Moldex3D 模拟来减少注塑成型内饰零件的翘曲，从而提高尺寸精度。该公司在一个仪表板中控台面板上使用了该软件，其结果包括：避免可见区域的熔接线；减少零件变形以保持间隙和冲洗在零件装配的公差范围内保持良好；工具调整成本降低 68%；并将传统上的高废品率降低到可以忽略不计的数字。这部分得益于 Moldex3D 的翘曲预测模拟。

复杂性驱动流程

随着复杂产品工具的增加，模具车间以及其他制造商正在转向先进的制造工艺。 Siemens PLM Software（德克萨斯州普莱诺）NX 产品营销经理 Himanshu Iyer 指出：“自动化和集成是我们的客户改进工具的推动力，通过工具设计工作流程优化和验证工具使产品更加准确。”他说，对于制造商来说，最重要的是“确保在设计周期中尽早发现错误，如果有的话。我们都知道在流程后期处理这些问题是多么昂贵，我们必须让流程更有效率。”

原始设备制造商和供应商之间的沟通不畅通常会导致产品开发的痛苦。 “其中一个问题是在设计阶段的早期就让客户参与进来，”NX Mold Wizard 的产品经理 Daks Azhagappan 指出。 “你必须考虑所有可制造性问题。除非他们非常密切地工作，否则这会花费他们的时间和金钱。我们的很多客户，大多数工具店都问我如何尽早与 OEM 合作？”

使用由 Moldex3D 引擎驱动的 NX 中的 CAE 工具，用户可以改进网格以获得更好的整体设计。 “过去的一件事是通过选拔赛，”Azhagappan 说。 “他们面临的一个问题是翘曲。一件事是回到设计并改变冷却。然后他们可能会说‘我怎样才能补偿翘曲？’”添加到 NX 10 的网格转换器使用户能够优化网格并将该信息带入他们的 CAD 环境。

他指出，最新的工具允许用户在设计阶段和 CAE 软件两个阶段进行网格转换。通过 Moldex3D 模流分析，“我们将很多 [那些] 功能集成到 NX 中，”Azhagappan 补充道。

NX CAM 中更快的加工技术在提高模具制造效率和通过高速技术实现更快的加工时间方面也发挥着巨大作用，西门子产品营销经理、制造解决方案和 NX CAM 的 Sashko Kurciski 指出。 “在某些情况下，我们将加工时间减少了 60%，”他说。 “它还可以将刀具寿命延长四倍。”

借助最新的 NX 12 CAM，西门子添加了内部开发的使用组件技术的高速粗加工策略。 “对我们来说，这是一项类似于 Volumill 的新技术，但在某些情况下更好，”Kurciski 说。 “这不是附加组件。”

添加剂技术是另一个重要因素。 “在我们看来，这将对工具行业产生若干影响。其中一个领域是随形冷却，”Iyer 说。 “借助增材技术，我们看到客户已经有了不同的想法。”

库尔奇斯基说，使用市场上的混合减法/加法机器，优势在于能够在机器的任一侧以及这些侧之间实现流程自动化。一家车间可以制造带有内部冷却通道的添加剂面的模具，然后“您可以使用同一台机器来获得模具所需的高质量表面。”

加速加工，添加 AM

对于模具制造商来说，加工速度更快是关键，而 CAD/CAM 开发人员提供了多种方式来实现这一目标。 Autodesk Inc.（加利福尼亚州圣拉斐尔）的 PowerMill 产品营销经理 Clinton Perry 指出：“模具​​制造商今天承受的压力与以往一样大，这并不是什么重大发现。” “他们每天都面临着满足客户期望的挑战：缩短交货时间、保持或提高零件质量以及最大限度地降低成本，所有这些都是为了提供 [高] 水平的客户服务。与此同时，模具制造商必须密切关注能够赋予他们竞争优势的新兴技术类型。”

为了满足这些需求，模具制造商需要能够将客户设计快速转化为高质量模具的软件。 “速度无疑是这里的第一大挑战。 CAD/CAM/CAE 软件需要简化整个设计、模拟和制造工作流程，以缩短整体上市时间，”Perry 说。 “硬件能力的改进当然有所帮助——例如 64 位处理器、多核和云计算——但还有一些更根本的东西。 Autodesk 和其他软件公司继续开发有助于导入客户模型并将其快速转换为可用工具的建模工具。这个过程通常需要一定程度的模型修复工作来修复导入数据中的故障。”

他补充说，CAD 建模产品，例如 Autodesk PowerShape，提供了防止维修造成延误的工具。 Perry 说，功能最强大的建模软件可以分析导入的 CAD 文件，以识别和（自动）修复可能使下游制造复杂化的问题，而曲面、实体和直接建模工具允许模具制造商随后将客户设计快速转换为模具。

Autodesk 仿真业务线经理 Mark Hennebique 表示，另一个主要趋势是基于物理的仿真。模拟允许在加工一块钢之前“签署”设计。

Hennebique 说，Autodesk Moldflow 的分析工具等仿真软件可用于开发过程，以帮助优化零件设计的可制造性和早期设计阶段模具工具的性能。 “仿真允许对多种设计进行尝试和测试，并通过快速反馈确认对成型周期和零件质量的影响。浇口位置、壁厚、成型工艺、冷却回路设计和材料特性等变量都可以通过快速反馈进行修改，以建立对模具将在第一个成型周期提供预期结果的信心。”

他说，在最新的 Moldflow 版本中，用户现在可以访问公共材料数据库中的 10,000 多种材料。 “通过使用更多材料，用户将能够看到制造过程对最终零件形状和可制造性的影响，使他们能够选择正确的工艺/材料组合以满足项目需求。用户还将看到其他性能改进，从求解器速度到操作速度，使转向解决方案变得更加容易。”此外，Moldflow 将随 Autodesk Fusion 360 一起提供，为用户提供改进的互操作性和 CAD/CAE 功能以迭代设计和共享数据，以及其他好处。

Perry 补充说，3D 打印作为一种制造工具的出现为模具制造商提供了改变模具设计和制造方式的机会。 “一个很好的例子是 3D 打印被用于设计包含冷却回路的模具，这些冷却回路更接近于成型的形状。这些随形冷却回路可以缩短成型周期时间。” Perry 说，像 Fado 这样的模具制造商现在使用 Autodesk 设计和制造软件为其越来越多的模具添加随形冷却。

新模具模块

Vero Software 的另一个新更新是 VISI 2018 R1，它引入了基于 VISI 的 Assembly-Ng 技术的新模具模块。这个重新开发的模块在构建供应商和非标准工具配置时提供了更大的灵活性。可定制的模板，包括管理空白板和预钻孔板，可以在任何设计阶段轻松创建工具布局和增强编辑。

“新的模具工具为工具创建和高级编辑提供了更高水平的灵活性。这允许在工具设计的任何阶段进行调整。进行板调整时，所有装配组件都会自动更新，包括组件型腔制造数据，”Vero 的 VISI 产品经理 Marco Cafasso 说。

在塑料流动翘曲预测模块中进行了增强，以提高复杂技术聚合物的结果准确性。该公司表示，这些改进是通过对持有阶段算法的完整修订来实现的。压力和流量计算调整，结合新的形状求解器，可以将过程计算时间减少多达 40%。

验证模拟

CGTech (Irvine, CA) 的 Vericut 产品经理 Gene Granata 指出，模具设计人员具有严格的公差，因此防止小错误和过切非常重要。 “模具程序通常很多而且很大，因此离线验证是保持机器运行的关键。用户可以在批处理过程中运行模拟，以确保 [所有] NC 程序将创建您期望的最终模具。此外，随着可用于制造模具的制造方法越来越多（机械加工、增材制造、EDM 冲模等），仿真软件可以提供有价值的信息，帮助车间预测制造时间并保持最佳生产率。”

他补充说，压缩的时间安排意味着模具制造商正在寻找更精简、更快的工作方式。 “Vericut Force 是一个基于物理的 NC 程序模块，可对切削条件进行微观分析并优化程序进给率，以实现理想的切屑厚度，但不会超过刀具的力限制或机床的主轴功率。力优化可以为给定的切削刀具、原材料和加工条件创建最有效的 NC 程序。 The result is significant time savings, higher quality parts with better surface finishes, and improved cutting tool and machine life,” he said.

The interest in AM among moldmakers is keen, Granata noted, and the new Vericut Additive Module simulates both additive material deposition and traditional machining capabilities on new hybrid CNC machines. “AM on hybrid machines can make building certain precision molds, and mold repairs, easier and faster. And with additive programming software becoming more capable, we are seeing a new trend:the desire to simulate any manufacturing process, in any order, to obtain the confidence [they will] make the final part that was intended,” Granata said. “Users rely on our software to ensure all NC programs will run correctly, and optimally, on their CNC machines. To do the best job, users [should] choose simulation software that is driven by the same NC code that will drive the machine, thereby ensuring the highest level of verification possible.”