AutoCAD与模具设计

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摘要:图形是表达设计意图和设计效果的最佳方式之一。autocad作为目前应用最广泛的cad 软件，其最大优势在于它可以将一种概要的框架结构粗略地表达为设计效果，使机械设计师们的设计思想与业主的规划意图得到有机融合，并直观地体现出来。本文将通过对模具设计行业的特点与现状的分析，浅淡autocad在模具设计中的应用。

关键词:autocad;模具设计;绘图

一、autocad简介

（一）autocad的含义

autocad是自动计算机辅助设计软件，是美国autodesk公司为计算机上应用cad技术而开发的绘图程序软件包。[1]绘制和创建图形是autocad的最基本的功能，用户可以使用它来创建、修改、浏览、管理、打印、输出、共享及准确复用富含信息的设计图形。

由于其适用面广且易学易用，所以autocad成为一般设计人员喜欢使用的cad软件之一，在国内外应用非常广泛。如今,autocad 的[.dwg]文件格式已经成为二维绘图的事实标准格式，是计算机技术的一个重要的应用领域。

（二）autocad的特点及其基本作用

autocad作为一款市场占有率位居世界第一的软件，是目前pc平台上应用最普遍的cad软件。同时，它拥有众多软硬件发展支持商、优秀的市场拓展合作伙伴及雄厚实力的技术团队。该软件支持多种硬件设备以及多种操作平台，具有通用性、易用性，适用于各类用户。

autocad是用于二维及三维设计、绘图的系统工具，该软件具有强大的绘图功能，不但能够用来绘制一般的二维工程图形，而且能够进行三维实体造型，生成三维质感的图形。[2]其线框、曲面和实体造型功能已经非常强大，是进行三维空间模型创意设计最有力的工具之一。

另外，autocad不但可以用来绘制与创建图形，而且还可以在其基础上进行二次资源开发，可以采用多种方式进行二次开发或用户定制，可以进行多种图形格式的转换以适应更广的应用领域，具有很强的数据交换能力。

对于一个机械设计师来说，熟练地掌握和应用autocad创建机械模型是十分必要的。这样不仅可以向客户清楚地表达自己的设计意图，促进交流，还可以增强自身能力，提高工作效率。

二、我国模具设计的发展现状及其特点

（一）我国模具设计的发展现状

改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。

近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维cad，以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具cad/cae/cam技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。

另外，在设计和加工技术方面，我国企业使用cad技术的也已经越来越多。这对产品设计与工艺分析、提高模具特别是拉延模的成功率、缩短模具制造周期、提高模具质量都有显著作用。同时数字化制造、逆向工程、并行工程、敏捷制造、精益生产等先进技术也已在模具生产中得到了应用，并产生了良好效果。

由于装备水平和设计加工技术的提高，再加上人员素质的提高及一些新技术的应用，近年来，模具设计生产水平也随之有了很大提高。

（二）模具设计的特点

有些形面复杂的产品如汽车覆盖件、飞机零件、玩具、家用电器，其形状的表面是由多种曲面组合而成，因此，模具型腔面就很复杂。此类模具设计通常分为三个部分：冲压工艺设计、模面设计和结构设计。这三种设计的内容和侧重点是完全不同的。

工艺设计主要包括工艺草图、dl图设计、作详细的模具设计任务书、模面构想等。[3] 模面设计是各种曲面造型。结构设计则是模具结构的具体实现。

在这些设计过程中，设计者必须通过计算机的曲面造型，完成模面的精细设计。比如：针对进料量不同设计各种拉延筋，同一套模不同部位的拉延筋截面不同，防回弹、过拉延处理，最小压料面设计，凸凹模不等间隙设计等等。[4]运用好的软件精细设计的结果，可以极大的减少型面加工，减少钳修，减少试模工时，降低生产成本。因此，在产品设计的过程中，性能强大的设计绘图软件的作用非同小可。

三、autocad在模具设计中的应用

众所周知，设计有两个目的：一个是面向设计本身，一个是面向制造。设计者在画图过程中逐步完善自己的设计思路，图形完成之后，自己思路业已清晰，因此图纸首先要设计者自己看得方便，并使设计的工作效率高。另一方面，设计要面向制造，以提高生产效率为最终目的。

许多人认为，在cad技术不断发展的今天，从三维开始设计是必然趋势。但从三维开始的设计，二维工程图的表达仍然要遵守传统设计的要求，因为加工、装配现场还不可能安装计算机系统。这样，支持软件就必须有从三维生成二维工作图，并双向关联的能力。如今的autocad软件，特别是autocad2008版的出现，在分析内容的广泛性、实用性、精确性方面较之之前的版本不断的进步。而且该版本中3d功能得到了很大的加强，更加适合机械设计师。

（一）autocad精确地绘制二维图形及帮助三维图形建模

autocad可以方便地绘制二维图形或帮助三维图形建模，同传统的手工绘图相比，autocad绘图速度更快、精度更高。这个软件在二维图处理上，具有独特的、极强的几何设计功能，精度也极可靠。同时，如果将autocad作为有限设计数据库来使用，在掌握了操作技巧或者用不太复杂的程序辅助一下，就能解决许多解析法难以解决的工程数据求解或是专业设计模拟这样真正的cad需求，有效地提高设计质量。建立二维设计数据库，在二维绘图范围内也是很有应用潜力的。

（二）autocad在模具结构设计中运用特点

在二维设计中，往往设计者并没有真正的建立起三维的模具形象，对复杂的空间问题只能靠断面图，一旦经验不足，考虑不周，空间干涉就在所难免。三维实体设计最直接的好处，就是非常直观方便的干涉检查，甚至可以作运动干涉分析。最新的autocad平台拥有强大直观的界面，可以轻松而快速的进行外观图形的创作和修改，它还具有的一些新特性能够使得更多行业的用户可以在项目设计初期探索设计构思，为设计探索提供了更快的反馈和更多的机会。

1. 实现模面设计与结构设计的分开

例如在汽车覆盖件模具设计中使用autocad可以把模具结构设计与模面设计分开，因为在汽车覆盖件模具设计中前者是实体设计，后者仍然是曲面设计。在结构设计中模面部分只是示意性的，可用于实型加工，不能用于模具加工。这种分工大大简化了模具实体设计，对汽车覆盖件模具结构设计的成败很重要。

autocad在实体设计中可以采用搭积木式设计，依靠二维或三维标准件和典型结构库，使模具结构极大的标准化。同时大量借用已有的相似模具结构，经过简单编辑、修改，完成新模设计。

3. 半自动设计

在汽车覆盖件模具实体设计的基础上，对拉延模等一些结构典型而标准化比较高的模具，autocad可以与其他辅助程序结合(如pro/e等)，[5]做到半自动设计。这样拉延模结构设计就可以交给新手来完成，设计一套模具全部工作也不用一周时间。

4. 实型数控加工

autocad与pro/e结合，可以实行实型数控加工，把铸件泡沫实型完全采用数控加工。目前许多汽车覆盖件实型模是用一整块矩形泡沫数控加工出来的。

实型的数控化加工生产，就是通过对实体模型的工艺编辑（如：加工面贴加工余量，模型分层编辑等），再经过数控编程，泡沫毛坯下料，数控加工，人工粘接和修整等几道工序完成的。实型的数控化生产直接得利于实体设计，而又提高了铸件的精度，为后序的精细加工带来极大的优势。

（三）设计中可以删繁就简

1. 产品前期开发结构设计

工厂常常会出现一个模具需要进行局部结构的改进之类的情况。按以往的方式，主管工程师需画一大堆设计方案图，提供许多计算书供大家讨论，并要论证、修改再论证的多次反复，才能最后定稿。如今，工程师除了提供必要的计算书外，其余零件都储存于电脑中，并将运用autocad制作完成的虚拟装配模打印成图纸，[8] 以供现场使用。

在现场讨论会上，工程师可以根据与会者的要求，将每一个结构、每一层装配关系都清晰、直观地显示出来，还可当场作出修改后的模拟显示和需增加的零件模型和装配关系，保证了修改后结构的合理性和准确性。

2. 变型产品设计方面

产品的变型设计，是厂商为适应不同市场的要求，而推出的一项经常性工作。在已建立产品模拟显示的基础上，根据客户的不同要求、或修改、或增加、或删除各种结构和零部件。这时候，autocad软件能使我们更快速、更经济地完成所要进行的工作，更可避免变型设计中容易产生的碰撞等不合理结构，使变型产品的设计更趋完美。

随著应用领域的不断扩大，我认为autocad软件依然是模具设计行业中产品开发和制造不可缺少的基础软件。它为建模、制图、加工及数据传递，减少了可能产生的误差，为建立优质、高效的产品打下了基础，并带来了十分明显的经济效益。

参考文献

[1] 任仲贵，，清华大学出版社，1992-11。

[2] 戴同，，机械工业出版社，1997-4。

[3] 薛劲松/宋宏等，，机械工业出版社，1997-4。

[4] 卢秉恒， [m] ，陕西科学技术出版社，1998-10。

[5] 周雄辉等，<现代模具设计制造理论与技术> [m] ，上海交通大学出版社，2000-7。

[6] 许鹤峰，<数字化模具制造技术> [m] ，北京化学工业出版社，2001-8。

[7] 林波/胡树根，<计算机辅助设计与制造>/全国第四届cad/cam学术报告会论文集，机械工业出版社，1996-8。

[8] 海锦涛/张立斌/陆辛，<先进制造技术>，机械工业出版社，1996-12。

[9] 龚柄铮/章以钧，<第四届全国计算机应用联合学术会议论文集(上下册)>，电子工业出版社，1997-5。

[10] byoung k choi and robert b jerard，[m ] ，u s a:k luwera cademic publishers，1998。