1、用于三維模具設計制造的CAD軟件專用于注塑模具設計的三維計算機輔助設計軟件包已經推出了至少10年了。這種軟件通過將一些操作頻繁或重復性高的任務實現自動設置，或輸入預先設定的標準部件，并“記住”用戶專用的模具設計“準則”，不僅可避免誤差的產生，還能夠有效減少生成模具內、外部基礎結構所需要的時間。 “使常規操作實現自動化，意味著軟件能夠更快地執行對于模具尺寸的標準化計算，同時保證了更小的犯錯幾率和更短的設計時間。”英國基礎軟件供應商Delcam公司的市場經理Peter Dickin如是說。 “開發模具設計軟件的目的是通過自動化或簡化更多的常規任務，讓用戶更專注于模具設計中更復雜的方面，從而有效縮短

2、模具設計的時間，提高模具的整體質量和工作效率，并最終降低生產成本。”Clear Cut Solutions公司的總裁Bill Genc先生補充道。該公司是法國Mssler Software公司的TopSolid CAD軟件在美國的經銷商。 圖1 用于模具設計的三維輔助工具可幫助制造商提高對模具模型最至關重要的方面的界定和分析能力，如型芯和型腔的幾何形狀和分模線的確定以及分型面等（照片來源：Delcam公司）現在較為典型的模具設計CAD軟件通過編寫程序或設定模塊，可構建出模具的全景圖像，而這一建模過程看似容易，實際上則相當復雜，它包括利用零部件的模型來生成模具的型芯和型腔結構，確定分型線的位置、

3、優化分型面、選擇合適的模基結構，以及對諸如閥門、冷卻線、流道系統、澆口、滑塊、頂桿、出模器、立柱、墊片、導向器、噴嘴、螺桿和銷釘等附加物的設計考慮。 模具設計軟件還含有多數企業（如D-M-E公司、Hasco公司、Futaba公司和Progressive Components公司等）的模具標準件數據庫，或具有直接在線連接這些數據庫的功能。這樣，在設計這些零部件時，相關數據可直接導入3D立體構型或2D程序中。 圖2 標準部件的在線數據庫可直接導出的銷釘、螺桿和其他常用部件的幾何構型，大大簡化了模具設計的工作（圖片來源：VX Corp公司）CAD軟件供應商不僅改進了軟件的許多模具設計功能，而且還引進

4、了大量的附加功能和增強功能，如更加形象化的圖解工具、用于模具初步設計的“快速引用”功能、基于EDM電極的某種特定功能而專門開發的快速建模功能，以及能夠創建和精確控制型孔、腔體、型腔和側抽芯（side actions）等部件。 CAD工具包中新增的功能還有模具“可行性分析”工具以及流動和冷卻模擬技術。其中，模具分析工具能預估模具設計的整體質量和模壓加工性，而新的模擬技術則是一種檢測材料的流動性、循環時間、靜電應力（potential stresses）和翹曲變形等的應用技術。目前，CAD工具包還添加了一些處理加工數據的新方法，如通過對某些參數，如拔模角度（draft angle）和最小鋼厚度等規

5、則進行重新設定或約束限制，用戶能夠在原來的模板上更快捷地構建新模板。 模具設計者也可以在其他CAD軟件中完成相關部件模型的創建工作，但不好的是，在導入相關數據和生成模具模型時，往往會導致模具在尺寸和公差方面出現問題，從而導致兩個部件或模具表面之間產生間隙。然而，這并不是什么大問題，通過數據轉換、修復程序或采用更具兼容性的模具設計模塊等手段，就能輕松解決這種問題。 圖3 模具設計軟件中的分析程序能預估側抽芯、頂桿和型芯抽芯的位置（圖片來源：Vero Software公司）由于模具的幾何結構非常復雜，模具制造商希望能夠使制件的脫模變得更簡單有效，從而有效控制模具的整體加工成本。基于上述考慮，軟件供

6、應商認為，建立模具模型最關鍵的方面之一就是對型芯和型腔的構建和對分型線的確定。Delcam公司的Dickin介紹說，早期的軟件都需要模具設計者手動劃分半模的表面，將它們分成幾個不同的曲面，再在這些曲面上創建型芯和型腔的幾何構型。對于分型面的創建，則是從模具的邊緣逐步向里過渡的過程中分割出幾組曲面，然后通過填補所有的縫隙，并修平所有的重疊部分，最終生成一個完整的分割曲面。毫無疑問，這是一個非常耗時的工作，而且用戶還必須另外設計銷釘、滑塊以及型芯或型腔表面上的其他部件。相比之下，現在的軟件能夠為模具設計者提供更多的幫助：快速地生成更高質量的分模線，同時植入了“智能功能”，能向設計者提供模具的幾何結

7、構和分型面的位置等方面的建議。新型CAD軟件的使用帶來了生產力的顯著提高，這對今天的模具制造商來說至關重要。“由于部件間的相互組合，注塑零部件的設計要求相應地也變得越來越復雜。然而，與此同時，模具制造者和用戶對模具的加工速度提出了更高的要求，這就要求模具能夠被更快地創建和建模出來。模具軟件供應商已經開始在其模具設計軟件中整合進更多的功能，所設計出的部件也具有更復雜的形狀和更舒服的觸感。” Dickin如是說。 獨立軟件包和集成軟件包 市場上出現的CAD軟件非常多元化，其中一種是獨立軟件包，如Cornerstone Technologies公司和R&B Mold and Die Desi

8、gn Solutions公司的相關產品。事實上，這種獨立軟件包并不是獨自運行的，而是作為其他公司的CAD軟件包的插件出現的。 還有這樣一種模具設計集成模塊，它可以是一個主要用于零部件設計的CAD軟件包（如Kubotek公司的產品）的一部分，同時還是專注于設備設計制造的計算機輔助管理（CAM）軟件包的一部分，如Cimatron公司、Delcam公司和Sescoi公司等的軟件產品。很多CAD/CAM集成軟件包供應商，如TopSolid公司、Vero Software公司和 VX公司等也都有相應的模具設計模塊產品。目前， Dassault Systems公司、Parametric Technolog

9、y公司和Siemens PLM公司 (其前身是UGS公司) 都有能力提供這種模塊。 將模具設計軟件綁定到上游廠商的部件建模系統或者下游廠商的CAM軟件中，可有助于減少用戶在理解設計和制造意圖方面產生的偏差，從而避免在數據轉換的過程中出現問題，美國Sescoi公司的市場和商務經理Jeff Jajae如是說。Sescoi公司是一家供應具有模具設計功能的CAM軟件的供應商。 圖4 在“Wizards”和其他“smart”模具設計軟件的最新版本中，加入了能夠探測和修復設計缺陷的功能，如發現并去除無效的分型面（圖片來源：Clear Cut Solutions 公司）“將模具設計的不同方面整合起來并不容易

10、，這主要是因為模具制造商通常并不從事零部件的設計工作，”Cimatron公司的副工程師Hari Sridharan先生說，“如果零部件設計者和模具設計者都能夠同時使用同一種軟件，就能創造出一個更加統一的數據環境。因為當對產品做出改動時，也同時會改變模具的設計。若兩者沒有統一起來，將會在數據轉換和程序改編上浪費大量的時間。因此，有一個綜合的解決方案，并在統一的數據結構下展開工作是非常重要的。”Cimatron公司是一家專為塑料模具提供CAM軟件的供應商。 參數式模式還是無歷史約束式模式？ 模具設計者可以通過使用3D實體模擬或曲面模擬軟件，直接生成他們所需的工具模塊，也可以通過調用可提供相同功能的

11、程序來完成。實體模擬軟件可模擬具有一定厚度的部件的外觀特征，而曲面造型工具則可生成殼狀的幾何結構。這兩種系統都能設計模具表面的外部結構，如型芯、型腔和分模線等，以及內部部件，如流道系統等。當然，這兩種模式在進行模擬造型時使用了不同的方法，造型設計的難易程度也不盡相同。 從實體或曲面環境中獲得的數據可以通過兩種方法進行處理。一種是參數模型，它能夠保存模型設計的歷史進程信息，并可“智能”地在不同的模型或功能之間建立相應的關聯。例如，如果設計者選擇了一種特定尺寸的模基，這意味著同時也就確定了模基上的鉆孔數量、孔與孔之間的間距以及孔的直徑和深度等相關參數。 參數模型的優勢在于，當一項參數改變了，該模型

12、就會自動更新與之相關的其他參數的數據信息。另外，它還允許設計者在其他模具設計中保存和重復利用先前的設定，從而極大地節省了時間。當然，這種參數模型軟件也存在缺點，那就是設計者無法在不影響所有其他相關數據的情況下，對其中一項參數做微小的變動。因此，若要在模基上增大一個孔的直徑，可能會導致模基上所有孔的直徑都要發生變化，但有時這并不是人們想要的結果。 還有一種是“無歷史約束”模型（也稱為動態建模或直接建模）。不同于參數模型，這種模型所構建的模型不會和其他的模型和功能建立相關連接，也不會生成“歷史樹”，因此，關聯部件之間沒有任何聯系，用戶可直接對單個部件進行獨立更改，從而設計出與眾不同的部件結構或式樣

13、，而不用擔心會對其他標準部件產生任何影響。當只需要對少數部件做調整時，用戶就能通過應用該模型快速地更新模具設計。 圖5 模具向導能幫助設計人員創建冷卻線，這樣用戶能夠自主創建可應用于更多模型的模板（上圖來源：Delcam公司，下圖來源：VX公司）在更改一個元件的特定參數或部件的某個特性時，如孔、柱或銷等，若使用“無歷史約束”模型軟件，用戶必須逐個對其進行更改。此外，設計者還必須變更所有與之相關的參數，例如，改變了一個銷釘的尺寸后，還需要更改孔的大小。相比之下，參數模型通過對相關參數進行自動更新，可有效減少工作中可能出現的失誤，同時也節省了時間。 現在，一些CAD軟件包已經具有了可允許用戶在同一

14、個模型中對不同部分進行不同參數設定的功能。一些供應參數模型軟件的商家也開始為其軟件增加無歷史約束的直接建模指令，而這種功能也正變得越來越普遍。“這些供應商開始將直接建模功能整合進來，為其軟件增加快速選擇特定部件的功能，而不再是通過歷史樹將整個模型相互關聯在一起。” Kubotek公司的執行副總裁Robert Bean如是說。 Parametric Technology公司（PTC）是一家專業生產Pro/Engineer參數式CAD軟件的供應商。該公司在去年收購了德國CoCreate公司，從而擁有了CoCreate公司的OneSpace表面直接模擬軟件及其相關技術。該公司的市場主管Sandy J

15、oung介紹說，PTC公司不打算合并或兼容兩套系統，而是希望為模具設計者提供更多的選擇。“對于一家擁有平臺驅動產品戰略的公司，他們在制造產品及其衍生物的同時，還希望能夠繼續重復利用這些模型，因此，他們就需要參數式解決方案來幫助他們實現相應的意圖和想法。如果一家公司從事的是一次性設計，這在消費電子領域極為典型，例如設計手機或打印機，它們的壽命周期很短，而且數據的再利用率很低，那么無歷史約束模型可能是最恰當的選擇。在這里，這兩種制造商應用的是兩種完全不同的方法。”Pro/Engineer軟件只適用于全實體環境，而OneSpace軟件則可同時應用于曲面和實體環境。 更多新消息 Cornerstone

16、 Technology公司的Expert Mold Designer獨立軟件（XMD）是Kubotek公司KeyCreator部件設計軟件的獨立插件，它擁有全新的模具可行性分析模塊，可通過檢測拔模和壁厚等因素預估零部件的可塑性。Cornerstone公司的總裁Paul Coleman介紹說，該軟件可指出所需模具的復雜程度以及可能出現的成型問題，而且還可對可塑零件的生產提出可能必要的修改建議。 目前，該公司正致力于開發一種新型的軟件，以期幫助用戶創建可變動的參數規則。“用戶能為模具設計的各個方面創建相應的參數規則，而那些帶有約束性限制的參數規則將不與特定的模具設計相聯系。這樣，設計者可以將這些規

17、則和相關聯的零部件的幾何構型整合在一起，制成通用模板。”Coleman說，“目前，絕大多數的CAD軟件包都不允許修改參數規則或是為用戶提供定制化的模具設計任務，而這種軟件的推出可顯著提高資源和技術的重復利用率。” 用戶還可以直接通過定制化的“規則導向”按鈕，讓軟件直接自動重復用戶想要的參數規則。Cornerstone公司已經對這一Virtual Moldmaker軟件的相關技術申請了專利，并正致力于研發具有更多應用功能的設計軟件。目前，該公司正在對該軟件與彈性加載功能模具之間的職能聯系進行測試。若測試成功，該軟件就能夠根據設計者所選擇的相關參數，為給定的模具設計工作提出合理的建議。此外，該軟件

18、還可以幫助供應商確定模具的報價。 圖6 現在，已有數種模具設計模塊都包含能夠自動生成EDM電極設計的程序（圖片來源：VX公司）R&B Mold and Die Design Solutions公司已經升級了其計算機輔助模具設計軟件（CAMD），該軟件是諸如SolidWorks和CoCreate等CAD軟件的插件包。據R&B公司的市場運營副總裁George Berold介紹，公司還在該軟件中添加了冷卻線的生成程序，這樣用戶可以直接在模具的3D和2D模型中自動生成完整的冷卻設計。在預覽階段，設計者還能隨時增加和修改柱塞、接頭和隔板等部件。該軟件還添加了一個可自動生成EDM電極的全新

19、模塊，Berold補充道。 R&B公司還開發了一種新型的MoldXpress程序。該程序可預先生成模具設計的初步形式，為用戶在模具設計開發過程中提供報價根據。該軟件有望在今年第3季度實現商業化生產。 先進的集成系統 Missler Software公司推出了其最新的TopSolid Mold參數模型軟件。該軟件加入了新的分析工具，可使用戶更容易地完成對復雜的分模線的分割工作。新的Parting Line Verification工具能夠幫助設計者分析和確定分模線的具體位置和幾何結構。該軟件可將模具單元分成兩個相互聯系的殼狀曲面，并顯示出分模線的整體分割情況，如影響表面分模的因素等。In

20、valid Parting Line分析工具能夠檢測出未對齊的或是精密度不夠的分型面，并幫助設計者彌補這些缺陷。還有一種新型的Predefined Mold Sub-Assemblies工具，該軟件允許設計者在其軟件工具中創建和有機裝配螺栓、螺桿、推頂桿、標準件和機械零件等硬件設備。 Missler公司還計劃將Moldflow公司的流動模擬軟件整合進其軟件設計中，使人們通過點擊圖表按鈕，即可輕松實現相應的功能。 更多功能的CAD軟件 還有一些CAD軟件供應商，他們將模具設計功能整合進了其部件設計軟件包中。Kubotek公司已經在其KeyCreator 7.0版軟件中添加了剪切和粘貼功能，使模具

21、設計人員能夠更容易地增加和移除某些功能部件，如槽腔（pockets）和側抽芯等。該軟件還改進了其模具分離指令，從而能夠快速地生成分模線。Kubotek公司還在該版本中新增了一個確認程序，可通過對比不同版本的模具設計工作，找出哪怕最微小的改動。對于不同的設計版本，相互重合的部分都是透明的，而改動的部分則用醒目的紅色標識。該公司的產品市場經理John McCullogh說，公司正在開發更新一代的軟件版本KeyCreator 7.5，它將擁有更高效的直接模擬（無歷史約束）工具。 與此同時，Vero Software公司也推出了其新版的Visi Mold 15軟件。該軟件不僅集成了曲面和實體造型功能，

22、還在其Visi Mold hybrid軟件的基礎上新增了超過60種標準部件的參數數據庫，為模具設計提供了更大的選擇空間，包括移動部件，如推頂桿等。Visi Mold軟件還新增了8種自動運行功能，可自動完成型芯和型腔的分離以及引出口的幾何構型。用戶還能夠通過無約束限制的動態曲面分割方法確定分模線的位置，或通過“曲面分割功能”將模具分成若干表面，最終生成分模線。Vero公司還在其最新的Visi Flow模具仿真軟件包中整合進了更多組件。目前，該軟件包已經能夠模擬和設計冷卻線了。 VX公司的模具設計工具新添了一個模具參數數據庫，數據庫里包含了所有常用零部件的相關信息，同時還改進了用戶界面，使其圖像顯

23、示更加直觀。該軟件還增加了可自動放大和帶網格支持功能的分模線工具，并能夠幫助用戶發現和修復在模具分離過程中產生的分模線間隙。該軟件還支持跳過修復過程而直接進入下一道工序，這樣就極大地節約了用戶的時間。 VX公司還推出了一種增強型工具包，可在復雜的曲面上生成分模線，修復幾何構型的錯誤，并為用戶提供合理的拔模角度。最近發布的CAD/CAM suite13版本還可直接對拔模進行實時分析，使模具設計人員可以在分析模式下直接修改拔模角度。 VX公司的模具建模軟件整合了Mold Expert軟件的許多功能。Mold Expert是一套“智能”數據庫系統，可仿真出成型過程中的充填、保壓、冷卻以及脫模塑件的翹

24、曲變形過程，并可在實際開模前準確預測塑料熔膠的流動狀況、溫度、壓力、剪切應力和體積收縮量等變量在各程序結束瞬間的分布情形，以及模穴壓力和鎖模力等變量隨時間變化的曲線和可能發生縫合線及包封 (Air Trap) 的位置。該軟件也可用來評估冷卻系統的好壞，并預估成型件的收縮翹曲行為。在用戶選擇相應的部件后，該軟件可計算出成型部件的長度、模板間歇和加工方法。 更新了的CAM軟件 Cimatron公司在其Cimatron E-Mold CAM 8版本中增加了幾種新工具，以加快分模線的確定工作。該軟件還新添了一個Quick Electrode模塊，可將電極的設計速度提高近80%。該模塊可以迅速地選擇放電加工區域，自動生成電極的設計、管理等工藝參數表以及電極定位圖紙