數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用

許鐵濤 郭迎春 宗 珂 楊志勇

1 數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 提升設(shè)計(jì)精度

在以往沖壓模具的設(shè)計(jì)中，沖壓件的排樣、沖裁力的計(jì)算等，主要依賴技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，稍有疏忽，就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，造成損失，而將數(shù)字化技術(shù)引入模具設(shè)計(jì)中則可以輕松解決這些問(wèn)題。計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及沖壓仿真模擬技術(shù)的更新?lián)Q代，使沖壓模具設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)便、設(shè)計(jì)準(zhǔn)確率更高、結(jié)構(gòu)更精巧、工序內(nèi)容更復(fù)雜、模具成本更低，沖壓模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量得到明顯改善[1]。而且，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助模具設(shè)計(jì)，可以使沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)對(duì)象參數(shù)化，這樣的設(shè)計(jì)方式更加方便快捷，沖壓模具開(kāi)發(fā)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)沖壓件設(shè)變的情況，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)使沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)的更改更加便捷，而且很大程度上降低了設(shè)計(jì)差錯(cuò)率，提升了設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，數(shù)字化技術(shù)在模具設(shè)計(jì)方面優(yōu)勢(shì)，是以往的設(shè)計(jì)方式無(wú)法企及的。

1.2 提高加工效率

將數(shù)字化技術(shù)引入沖壓模具的制造加工環(huán)節(jié)，是對(duì)以往加工方式的一種突破，在加工中，以往是借助單一的型面加工方式，這種加工形式有著非常大的局限性，所以加工效率以及加工質(zhì)量比較低，也無(wú)法滿足現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展需求。但是引入數(shù)字化技術(shù)后，如今采用的方法是模具結(jié)構(gòu)全三維數(shù)控加工，不僅大大提高了模具加工精度，使模具實(shí)體與設(shè)計(jì)輸出高度一致，而且數(shù)字化的三維模具造型已經(jīng)細(xì)致區(qū)分了模具各部分的加工精度，讓加工環(huán)節(jié)能夠準(zhǔn)確把握模具加工的工作量，使模具加工真正做到該精細(xì)的地方精細(xì)，改粗放的地方粗放，減少不必要的工作量。這樣，大面積加工型面的情況得以減少，試模工作量也得以有效減少，另外，模具本身的精度得到了提升。在刀具使用方面，根據(jù)模具不同部位的設(shè)計(jì)精度要求選用合適的刀具，避免“牛刀殺雞”的現(xiàn)象出現(xiàn)，這樣既可以滿足在設(shè)計(jì)精度方面提出的要求，又能使刀具費(fèi)用得到有效降低。

1.3 降低裝配損壞概率

裝配的方式可以分為四種，分別是互換法、分組法、修配法以及調(diào)整法。這四種方法在模具加工中可以進(jìn)行靈活運(yùn)用[2]。按照一定的順序在模具制造中應(yīng)用，可以提高模具的加工精度，降低沖壓模具在裝配中損壞的概率，這對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，一方面代表著裝配技術(shù)進(jìn)入新的發(fā)展階段，另一方面，意味著可以節(jié)約模具制造過(guò)程中的成本消耗，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，可見(jiàn)將數(shù)字化技術(shù)引入沖壓模具的裝配過(guò)程中優(yōu)勢(shì)明顯。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 沖壓模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)

在整個(gè)沖壓模具的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段，從最初的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，到后來(lái)產(chǎn)品沖壓工藝的分析，再到模具開(kāi)發(fā)，因?yàn)橛?jì)算機(jī)輔助技術(shù)的參與而變得高度統(tǒng)一，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)快速更改，沖壓工藝的制定和模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也能夠根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)變實(shí)現(xiàn)及時(shí)更改，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)貫穿整個(gè)模具開(kāi)發(fā)過(guò)程，甚至直接指導(dǎo)了后期的加工和裝配，為模具的開(kāi)發(fā)制造提供了可靠的數(shù)據(jù)保障。從中可以看出，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在沖壓模具開(kāi)發(fā)中占據(jù)重要地位。如今，各種CAD、CAE、CAM技術(shù)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、沖壓工藝分析、模面處理、回彈補(bǔ)償以及加工裝配，甚至沖壓生產(chǎn)過(guò)程模擬等沖壓設(shè)計(jì)方面都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這些技術(shù)的應(yīng)用，不僅大大縮短了沖壓產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)的開(kāi)發(fā)周期，而且精確的分析手段和模擬技術(shù)為更復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了可靠的沖壓工藝方案，使越來(lái)越復(fù)雜、精美的產(chǎn)品得以制造生產(chǎn)。分析軟件以及其他計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在非線性理論以及有限元方法的支持下，借助越來(lái)越完善的計(jì)算機(jī)硬件設(shè)施，在沖壓模具行業(yè)中已經(jīng)開(kāi)始顯露出自身的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)通用的設(shè)計(jì)和分析軟件來(lái)輔助設(shè)計(jì)和實(shí)際生產(chǎn)，使得模具設(shè)計(jì)和實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合得更加緊密，實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的模具問(wèn)題可以在逆向技術(shù)的幫助下映射到模具造型中，并通過(guò)圖紙修改重新完成型面修復(fù)，不需要依賴調(diào)試鉗工的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)就可以實(shí)現(xiàn)模具的快速修復(fù)或者復(fù)制，為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)提供了可靠方便的維護(hù)手段。

2.2 模塊化快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)

在模具設(shè)計(jì)中，最重要也是工作量最大的環(huán)節(jié)就是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如今計(jì)算機(jī)技術(shù)正處于迅猛發(fā)展階段，各類新型技術(shù)被應(yīng)用在設(shè)計(jì)中，CAD技術(shù)在模具設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用，但是對(duì)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)要求是非常高的，利用各種CAD軟件進(jìn)行沖壓模具設(shè)計(jì)，在國(guó)內(nèi)雖然已經(jīng)相當(dāng)普遍，但使用的是軟件中通用設(shè)計(jì)功能，借助普通的CAD軟件還無(wú)法發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，這就導(dǎo)致設(shè)計(jì)周期相對(duì)較長(zhǎng)，而且在一定程度上影響了設(shè)計(jì)質(zhì)量和后期的加工調(diào)試工作。而引入數(shù)字化技術(shù)后，各種專業(yè)的設(shè)計(jì)模塊和仿真模塊被集成應(yīng)用，模具設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)效率得到了有效提升。

2.3 數(shù)字化裝配

數(shù)字化裝配也是非常重要的一種技術(shù)應(yīng)用，在模具的早期加工中，需要先在加工中心進(jìn)行基本加工，然后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配，使用最多的就是分組法，這種方法有一個(gè)缺陷，就是單件裝配的狀態(tài)下，無(wú)法保證導(dǎo)柱精度，那么導(dǎo)板可能會(huì)產(chǎn)生拉傷，標(biāo)準(zhǔn)件的質(zhì)量也會(huì)受到影響。引入數(shù)字化技術(shù)后，則可以對(duì)加工后的單件進(jìn)行在線測(cè)量，然后將測(cè)量結(jié)果直接記錄在軟件中，與設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，若是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可以進(jìn)行修正，提升了裝配精度，同時(shí)也保證了加工質(zhì)量。

3 建立數(shù)字化管理體系

3.1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)系統(tǒng)

用數(shù)字化系統(tǒng)來(lái)管理沖壓模具，建立各類數(shù)據(jù)庫(kù)，將數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)人員可以在系統(tǒng)中按照屬于相關(guān)部門的編號(hào)和名稱來(lái)查詢具體的信息，同時(shí)也可以逐層展開(kāi)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，這樣可以獲得相關(guān)的信息，設(shè)計(jì)人員不需要了解資料在系統(tǒng)中具體的位置，可以通過(guò)檢索的方式快速查找。在數(shù)字化技術(shù)支持下，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，提升工作效率。

3.2 項(xiàng)目管理平臺(tái)

項(xiàng)目管理是沖壓模具生產(chǎn)中的一項(xiàng)難題，生產(chǎn)管理就是依據(jù)訂單，每一套模具從最初接單到生產(chǎn)，各個(gè)環(huán)節(jié)是獨(dú)立的，有專門的人員負(fù)責(zé)，在操作中，每個(gè)項(xiàng)目中會(huì)包括幾十上百套模具，每一套從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)通常需要幾個(gè)月運(yùn)轉(zhuǎn)，而同時(shí)應(yīng)對(duì)幾十上百套模具的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)是非常復(fù)雜的工作，最關(guān)鍵是工作效率無(wú)法保證，但是在引入數(shù)字化技術(shù)后，就可以用數(shù)字化系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行項(xiàng)目管理，在線上統(tǒng)一進(jìn)行訂單管理，對(duì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。

3.3 知識(shí)管理體系

沖壓模具從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)，不僅需要在技術(shù)上達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，在經(jīng)驗(yàn)上也需要一定的積累，無(wú)論是國(guó)內(nèi)企業(yè)還是國(guó)外的一些生產(chǎn)公司，基本上從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)都形成了自己的數(shù)據(jù)庫(kù)，那么就要搭建起專門的數(shù)字化平臺(tái)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣才能具備知識(shí)管理的核心，形成企業(yè)自身的經(jīng)營(yíng)特色。

4 結(jié)語(yǔ)

目前信息技術(shù)正處于高速發(fā)展中，沖壓模具制造已經(jīng)從原來(lái)的機(jī)械形式轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化體系，數(shù)字化技術(shù)的引入，讓模具的精度和加工效率得到了有效提升，國(guó)內(nèi)沖壓模具方面的發(fā)展速度得到了有效的提升，使用壽命也得到了延長(zhǎng)。

[1]王鑫，張耀虎.汽車零件沖壓模具用導(dǎo)柱表面Ni-SiO_2納米復(fù)合鍍層的耐磨性能[J].兵器材料科學(xué)與工程，2017，（6）：66-69.

[2]蔣琴仙，施江瀾，戴仁俊.“沖壓模具的結(jié)構(gòu)分析與拆裝”網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006，（5）：629-631，662.