加速模具制造：先进CAD/CAM与CAE优化设计生产

最新CAD/CAM和CAE软件助模具制造商大幅加速设计、压缩高质量模具制造周期

模具制造商面临持续压力加速模具制造过程，改进工艺产品质量同时提升生产力。为达标，模具商采用最新模具软件，利用CAD/CAM和CAE新技术，大幅改进共形冷却等模具制造关键特性仿真。

模具工艺应用软件涵盖主流软件开发商CAD/CAM软件及提供详细产品配合精度、热性能、关键差异化因素仿真分析的复杂CAE软件。这些模具包含集成包，允许在设计师主CAD/CAM软件内运行，实现从设计到零件潜力仿真分析的轻松过渡。

快速准确

模具商主要软件需求过去几年保持一致，聚焦更高生产力，CNC Software Inc.（康涅狄格州托兰德）高级市场分析师Ben Mund称，Mastercam CAD/CAM软件开发商。“贯穿全过程，驱动CAD/CAM软件开发趋势——机上更快、机下更快、质量尽可能高。”

Mund说：“另一增长趋势是制造连通性——确保软件、机器、车间流程互通。CAM中可见刀具库、检测、车间监控等连接。这是确保车间为数字制造转型就绪的部分。”

生产力追求关键是高效CAD/CAM系统，Mund说，提供用户大量工具快速轻松完成工作。“始于CAD；车间对专业CAD工具需求增加，帮助将概念或零件模型转为生产模具，”Mund称。“意味着模型准备、实体修复、填补间隙、夹具创建、高聚焦需求如电极、型芯/型腔模型分离、分型线创建——所有刀具触金属前应完成的事。”

毛坯上机后，车间持续激进推求更快循环时间。他补充：“模具商最关注领域之一是去除块料至近净形状最高效方式。‘智能’粗加工刀具路径进步持续大幅压缩加工时间。当然，最终模具精度质量最重要，车间更密切关注不仅新刀具路径运动，还有新刀具，所有需编程软件支持。”

CNC Software“CAD for CAM”准备工具持续聚焦，Mund说，公司即将发布的Mastercam版本将有新工具帮助模具商快速清洁修复模型、补孔、纠正给定CAD模型错误。“这些问题导致长延迟，最小化它们帮助确保模具尽快上机。”

除Mastercam Dynamic Motion引擎，软件还有新NC编程技术Accelerated Finishing，Mund补充。“让车间按预期使用新型刀具。我们紧密与刀具制造商合作开发针对椭圆形铣刀、桶铣刀、锥度铣刀、透镜形铣刀等的切削策略，”他说。“编程正确时，这些铣刀允许小直径刀具拥有大有效切削半径，可减少循环时间、提升表面光洁度，或两者兼得。”

寻找更易更智能方案

软件易用性在模具设计师建造者中排名首位，CoreTech System Co. Ltd.（密歇根州法明顿山和台湾新竹）总裁兼联合创始人Anthony Yang说，Moldex3D模具仿真CAE套件开发商。

共形冷却等功能让塑料注射成型更易高效，但用户追求更易用软件，Yang指出。“当前趋势是前期仿真配合DFM[可制造性设计]，”他补充，“另一主要趋势让软件更智能。”

今软件让用户更易设置边界条件、创建网格。他说：“模拟模具反应，必须指定热源。设计不易。软件越易用，对追求更快更高效模具设计流程的模具商越好。”

CoreTech Moldex3D软件主要用于工程部门也用于零件设计师。Moldex3D软件与Siemens PLM NX Mold集成，也与Dassault Systèmes Solidworks和PTC Creo CAD/CAM软件等主流开发商产品合作。

Faurecia Interior Systems India Pvt. Ltd.（印度浦那）汽车座椅内饰设计用Moldex3D仿真减少塑料注射成型内饰件翘曲提升尺寸精度。公司用软件于一仪表台中控台饰板，结果含：避免可见区熔接线；减少零件挠度保持间隙平齐在公差内；刀具调试成本降68%；传统高废率降至可忽略。部分得益于Moldex3D翘曲预测仿真。

复杂度驱动工艺

复杂产品工具增加，模具车间与其他制造商转向先进制造工艺。“自动化和集成是客户改进工具的赋能者，含工具设计工作流优化和验证工具使产品更准确，”Siemens PLM Software（德克萨斯州普拉诺）NX产品营销经理Himanshu Iyer指出。制造商首要任务是“确保错误尽早在设计周期捕获。我们都知道后期处理多贵，必须让过程更高效。”

OEM和供应商沟通不畅常导致产品开发后期痛苦。“问题之一是早期设计阶段让客户参与，”NX Mold Wizard产品经理Daks Azhagappan指出。“必须看所有可制造性问题。除非紧密合作否则耗时费钱。许多客户、大多工具厂问如何早期与OEM合作？”

用NX中CAE工具（Moldex3D引擎驱动），用户可改进网格获更好整体设计。“过去做试模，”Azhagappan说。“面临问题翘曲。一是回设计改冷却。然后可能说‘如何补偿翘曲？’”NX 10新增网格变换器让用户优化网格并带入CAD环境。

最新工具允许用户在设计阶段和CAE软件两阶段做网格变换。他指出：“用Moldex3D模流分析，我们有许多[那些]能力集成进NX。”

NX CAM更快加工技术在提升模具制造生产力、实现高速技术更快加工时间起巨大作用，Siemens产品营销经理、制造解决方案和NX CAM Sashko Kurciski指出。“一些案例减少加工时间60%，”他说。“也可延长刀具寿命四倍。”

最新NX 12 CAM，Siemens新增内部开发高速粗加工策略用组件技术。“对我们是新技术，类似Volumill但某些情况更好，”Kurciski说。“非插件。”

增材技术另一重要因素。“我们认为将对刀具行业有多方面影响。其中领域是共形冷却，”Iyer说。“增材技术下，客户已开始不同思考。”

市场有混合减材/增材机床，优势是机器两侧及之间自动化工艺，Kurciski说。车间可用增材侧造内部冷却通道模具，然后“用同台机器实现模具所需高质量表面。”

加速加工，引入增材

加工更快是模具商关键，CAD/CAM开发商提供多途径。Autodesk Inc.（加州圣拉斐尔）PowerMill产品营销经理Clinton Perry指出：“非重大揭示模具商承受压力如以往。每天挑战满足客户期望：缩短交期、维持或提升零件质量、最小化成本，提供高水平客户服务。同时模具商须关注可能给竞争优势的新兴技术类型。”

满足需求需软件快速转换客户设计为高质量工装。“速度无疑是头号挑战。CAD/CAM/CAE软件需精简整个设计、仿真、制造工作流缩短整体上市时间，”Perry说。“硬件能力提升当然帮助——如64位处理器、多核、云计算——但有更根本东西。Autodesk等软件公司持续开发建模工具帮助导入客户模型快速转为可用工装。此过程常需程度模型修复工作修正导入数据故障。”

CAD建模产品如Autodesk PowerShape提供工具防修复导致延迟，他补充。最强建模软件能分析导入CAD文件识别并（自动）修复可能使下游制造复杂化的问题，Perry说，曲面、实体、直接建模工具允许模具商快速转换客户设计为工装。

另一主要趋势是基于物理仿真，Autodesk仿真业务线经理Mark Hennebique说。仿真允许设计在钢块加工前“签署”。

Autodesk Moldflow分析工具可用于开发过程优化零件设计可制造性和模具工装早期设计阶段性能，Hennebique说。“仿真允许多设计尝试测试，快速反馈确认对成型周期和零件质量影响。浇口位置、壁厚、成型工艺、冷却回路设计、材料属性等变量均可快速反馈修改，建立信心模具首次成型交付预期结果。”

最新Moldflow版本用户现可访问公共材料数据库超10,000材料，他说。“访问更多材料，用户能看到制造工艺对最终零件形状和可制造性影响，获得选择正确工艺/材料组合能力满足项目需求。用户也将见其他性能改进，从求解器速度到操作速度，使向解决方案迈进更容易。”此外，Moldflow将随Autodesk Fusion 360发布，提供改进互操作性和CAD/CAE能力迭代设计共享数据等益处。

3D打印作为制造工具兴起给模具商改变模具设计制造方式机会，Perry补充。“绝佳例子见3D打印用于设计包含更紧贴成型形状冷却回路模具。这些共形冷却回路允许成型周期大幅削减。”模具商如Fado，Perry说，现用Autodesk设计制造软件给越来越多模具增加共形冷却。

新模具模块

Vero Software另一新更新VISI 2018 R1推出基于VISI Assembly-Ng技术新Mold Tool模块。重新开发模块在构建供应商和非标准工具配置提供更大灵活性。可定制模板，含毛坯和预钻板管理，允许轻松创建工具布局、任何设计阶段增强编辑。

Vero VISI产品经理Marco Cafasso说：“新Mold Tool为工具创建和高级编辑提供更大灵活性。允许工具设计任何阶段调整。调整板材时所有装配组件自动更新，含型腔制造数据。”

塑料流动翘曲预测模块增强，提升复杂技术聚合物结果准确性。通过完全修订保压阶段算法实现。压力流量计算调整结合新形状求解器，可减少该过程计算时间高达40%。

验证仿真

模具设计师公差严，防微小错误和划伤重要，CGTech（加州欧文）Vericut产品经理Gene Granata指出。“模具程序通常多且大，离线验证是保持机器运行关键。用户可批量跑仿真确保[所有]NC程序创建你期望的最终模具。此外，制造模具方法更多[加工、增材、EDM放电加工等]，仿真软件可提供有价值信息帮助车间预测制造时间保持最优生产率。”

压缩时间表意味模具商找方法更精益更快，他补充。“Vericut Force是基于物理NC程序模块，微观分析切削条件优化程序进给率达理想切屑厚度，但不超刀具力极限或机床主轴功率。Force优化为给定切削刀具、毛坯材料、加工条件创建最高效NC程序。结果显著节时、更高质量零件更好表面光洁度、改进切削刀具和机床寿命，”他说。

模具商对增材兴趣浓，Granata指出，新Vericut增材模块在新型混合CNC机床上仿真增材材料沉积和传统加工能力。“混合机增材能让特定精密模具制造和模具修复更易更快。随增材编程软件更强，见新趋势：欲仿真任何制造工艺、任何顺序，获信心[将]造出预期最终零件，”Granata说。“用户依赖我们软件确保所有NC程序在CNC机床正确最优运行。为最好工作，用户[应]选由驱动机床相同NC代码驱动的仿真软件，从而确保最高验证级别。”