杨建西， 徐 博， 张 健

（1.台州职业技术学院 机电工程学院，浙江 台州 318000；2.台州电业局，浙江 台州 318000）

0 引言

模具是一种将材料填充到其型腔中，以获得所需尺寸和形状的工具。随着市场竞争的日益激烈，企业要在短时间内开发出高质量、高附加值的产品，以最快的速度响应市场需求。目前，模具CAD/CAM技术向集成化、智能化发展。传统模具设计和加工方式远不能满足模具生产的新技术，新工艺，新设备发展。这就需要采用现代产品设计技术，将模具设计过程中的信息流进行有机集成，并模拟产品性能及制造全过程，减少设计过程中的主观误差，缩短生产周期，进而做出正确的决策与设计方案，减少制造成本，提高制造精度。

利用计算机大容量、运算快的特点，同时借助存储在数据库中的大量数据，进行优化设计方案，保证方案的可行性。利用CAD系统产生的数据，经CAM软件处理成能够被数控机床能够识别的代码，实现数控加工，使生产实现高精度、高效率和高度自动化。目前我国多数企业利用UG技术进行数控加工，准确掌握模具尺寸的参数，进而对复杂型腔模具进行快速优质的生产。

1 CAD/CAM在模具加工中的作用及UG的功能

1.1 CAD/CAM在模具加工中的作用

（1）模具CAD/CAM系统具备描述物体几何形状的能力。根据产品零件的形状，进行模具工作部分是设计，需要提供产品零件的二位图纸和形状描述。这就需要CAD系统具备描述几何形状的能力和造型能力，也为编制NC加工程序、计算刀具轨迹作基础准备。

（2）模具CAD/CAM要实现标准化。建立模具CAD系统时，首先要解决的问题是实现标准化，减少数据的存储量。采用标准化的模具结构，在设计模具时选用标准模具零件进行组合，减少工作零件数目。

（3）模具CAD/CAM系统应具有充分的柔性。模具的结构多样，型面复杂，很大程度上属于经验设计，多数为单件或小批量，这就要求模具CAD/CAM系统，具有充分的柔性，即可根据不同产品的特点，灵活抉择，方便修改设计。CAD/CAM/CAE一体化系统覆盖工程制图、建模、工业设计、逆向工程、仿真分析、快速原型、数控编程、测量分析等领域。即可独立运行，又可通过数据接口与其他系统相兼容，按要求进行组合。

1.2 UG的功能

UG的功能涉及到平面工程制图、三维造型、机构分析、运动分析、制造、渲染和动画仿真、工业标准交互传输、模拟加工过程等。CAD功能实现了目前制造行业中常规的工程技术、设计和绘画的自动化；CAE功能能够进行有限元分析、静力学分析、动力学分析；CAM功能则为数控机床提供NC编程技术。同时，它还提供了一整套CAD/CAM/CAE业界最先进的二次开发的工具集，为不同的用户提供相应的开发工具，去定制UG使它满足一个企业具体的需求，达到减少产品上市时间，实现产品创新，减少成本，捕捉和再使用知识，致力于从概念设计到工程分析到制造的整个产品开发过程。

通过应用主模型方法，使得从设计到制造的所有应用保持相关性和参数化。通过使用主模型，产品数据管理PDM（iMAN），产品可视化（PV）以及运用 Internet技术，支持扩展企业范围的并行协作。为了在并行工程团队间实现数据共同识别与共同享用，则必须建立、执行与检查企业CAD（三维建模）标准。利用知识驱动的自动化，UG解决了怎样捕捉、再使用和运用累积在制造产品中的知识。

2 CAD/CAM技术在花纹块基模中的应用

UG是知识驱动自动化技术领域中的领先者。其实现了设计优化技术与基于产品和过程的知识工程的组合，显著地改进了汽车、航天、航空、机械等工业的生产。为各种规模的企业带来了显著的价值，简化复杂产品的设计和产品成本，增加企业的核心竞争实力。

轮胎在汽车、航天、航空、机械等领域中占有重要地位，其中轮胎花纹是提高汽车轮胎使用性能，影响轮胎的寿命，确保行驶安全的重要一环。轮胎花纹的造型非常困难，有以下几个原因：花纹的顶部在轮胎的胎面上，而轮胎的截面由很多段圆弧构成，基本形状是一个不规则环形。花纹的深度是平滑连续变化的，中间深，两边浅，如图1所示，就是轮胎截面图顶部的第二条曲线。轮胎花纹的底部是圆弧，壁是不同角度的斜线，截面形状共分为B—B、C—C、D—D、E—E、F—F、G—G、M—M、P—P 八 种 ，图1所示为其中三种典型截面形状。

图1 轮胎花纹截面（底部为椭圆）Fig.1 Pattern’s section

2.1 轮胎花纹块基模的的工艺分析

轮胎花纹由三个基本花纹类型C、M、L按一定次序组成。C、M、L形状一样，宽度尺寸不同，花纹大小尺寸也不一样。宽度尺寸分别为22.0995mm，27.6243mm，33.1492mm。其排列次序如表1所示，表中C，M，L为花纹类型，数字代表该类花纹的数目。有21个C型花纹，23个M型花纹，20个L型花纹，总共63个花纹。这样组合以后，大小花纹相间，错落有致，满足了轮胎花纹的要求，但是增加了轮胎模具加工的难度。

表1 轮胎花纹排列表Tab.1 Range of tire’s pattern

2.2 花纹块基模造型

精密铸造花纹圈是轮胎活络模具中的重要部件，花纹块基模的加工精密程度的决定轮胎花纹质量。早期工艺把轮胎模具从中间分成左右两部分，该方法分模简单易行，但存在系列问题。目前是将轮胎模具沿圆周分成几部分，采用8个或10个完全不同的花纹块基模，专门的合模装置，是活络模技术，保证了轮胎生产的精度和要求。

2.3 花纹块基模加工工艺

在对造型经过详细的分析的基础上，利用CAD/CAM技术，确定加工方法和设置加工参数，需要从各个方面考虑，具体参数需要经过不断的实验，修改，再实验的过程，进而确定刀具及加工方法等。针对不同的机床，编制不同的后处理程序，在加工过程中，具体参数的设置，通过生成刀具轨迹，再模拟仿真，检查干涉和碰撞情况，需要经过不断的试验，修改，再试验的过程，即计算机验证和试切验证。

图2 轮胎模具Fig.2 Tire mould

3 结语

在对CAD/CAM技术研究与实践的基础上，该技术已逐渐取代了传统的模具设计理念和方法，就通过计算机模拟仿真，在产品生产之前，进行了精确的分析和交互设计。通过该方法，对花纹块基模的工艺进行分析与数控编程进行处理与验证加工。上述研究成果达到工程实用水平。研究的方法已应用于轮胎生产厂家和轮胎花纹研究设计部门，进行了实例验证。该方法已在生产实践中成功获得应用，可以推广至轮胎花纹、装饰件等类似的花纹曲面，借助CAD/CAM技术，可以提高模具设计效率，减少设计费用。