沖壓模具設(shè)計(jì)與制造中數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用探討

摘 要：本文闡述了沖壓磨具目前在設(shè)計(jì)與制造中存在問題，列舉了數(shù)字化技術(shù)在沖壓磨具行業(yè)中的應(yīng)用情況，數(shù)字化技術(shù)在沖壓磨具行業(yè)的應(yīng)用需要依靠信息化管理，合理的信息化管理體系有利于發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高磨具生產(chǎn)效率及精度。

關(guān)鍵詞：沖壓磨具 數(shù)字化技術(shù) 信息化管理 應(yīng)用

0引言

制造業(yè)的不斷發(fā)展使沖壓產(chǎn)品在機(jī)械設(shè)備中占的比重越來越大，隨著沖壓產(chǎn)品精度要求及表面要求的不斷提高，沖壓磨具需要有更高的沖壓精度、沖壓效率、使用穩(wěn)定性及使用壽命。目前沖壓磨具每年的增長率為20%。但國產(chǎn)大型磨具的精密度、復(fù)雜化與國外有較大差距，其中50%的高端磨具依靠進(jìn)口。因此，在磨具精度、加工周期、使用壽命、使用可靠性等方面進(jìn)行突破，是提高沖壓磨具質(zhì)量的關(guān)鍵。目前模具數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)在磨具的生產(chǎn)中發(fā)揮重要的作用。磨具企業(yè)利用數(shù)字化技術(shù)做好磨具的設(shè)計(jì)、加工、分析以及制造過程中的控制，可有效地提高沖壓模具生產(chǎn)效率及質(zhì)量，促進(jìn)沖壓磨具行業(yè)的發(fā)展。

1.沖壓模具制造中存在的問題

目前，沖壓磨具研制周期長，質(zhì)量低，原因主要包括以下幾個(gè)方面：

⑴沖壓工藝方面

技術(shù)協(xié)調(diào)性不夠，成型分析修改反復(fù)，無專家系統(tǒng)，歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)少，對(duì)CAE技術(shù)應(yīng)用不足，成型精度不高。

⑵磨具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面

磨具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，浪費(fèi)原料嚴(yán)重，設(shè)計(jì)人員流動(dòng)量大，設(shè)計(jì)效率低，缺少標(biāo)準(zhǔn)化模板及智能化模板。

⑶制造調(diào)試

磨具工藝設(shè)計(jì)不合理，加工精度不高，無先進(jìn)的加工設(shè)備，人工加工工作量大，加工周期長，缺乏有效的在線檢測(cè)設(shè)備，零件超差。

2.模具設(shè)計(jì)與制造中的數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用

沖壓模具的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)及制造。提高磨具的精度及使用壽命。在沖壓磨具行業(yè)的應(yīng)用主要包括：

2.1沖壓成形CAE技術(shù)的應(yīng)用

沖壓CAE技術(shù)是根據(jù)沖壓成形過程磨具與板料變形的規(guī)律，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬板料實(shí)際變形的全過程及模具與板料的相互作用關(guān)系。沖壓CAE技術(shù)融合了非線性理論、有限元方法及計(jì)算機(jī)技術(shù)。目前已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)使用階段，其中比較典型有DynaForm、AutoForm、PAM-STAMP等，這些軟件能成功的模擬材料厚度的變化、回彈、起皺、破壞及殘余應(yīng)力等。便于在設(shè)計(jì)階段分析零件的成形性及工藝性，發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行優(yōu)化。

2.2基于模塊化的磨具的快速設(shè)計(jì)

目前在UG、Proe等三維設(shè)計(jì)軟件中有專用磨具設(shè)計(jì)模塊，磨具企業(yè)可通過建立參數(shù)化模塊、標(biāo)準(zhǔn)件庫及不同的模板實(shí)現(xiàn)“模具快速設(shè)計(jì)”。通過設(shè)計(jì)軟件把公用標(biāo)準(zhǔn)件（導(dǎo)柱、導(dǎo)板、沖頭等）統(tǒng)計(jì)人庫便于調(diào)用。將模具結(jié)構(gòu)制作成模板存入結(jié)構(gòu)庫。沖壓磨具的開發(fā)設(shè)計(jì)需要充分了解產(chǎn)品的加工工藝，并對(duì)沖壓工藝性進(jìn)行合理性分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，利用建好的模具結(jié)構(gòu)庫及標(biāo)準(zhǔn)件庫，完成磨具的參數(shù)化模塊設(shè)計(jì)。針對(duì)典型零件采用模板化設(shè)計(jì)。采用二次開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)過程中的重復(fù)工作的智能化操作，縮短設(shè)計(jì)周期。

2.3利用參數(shù)化程編實(shí)現(xiàn)模具的高速、高精度加工

合理的加工策略及安全的走刀軌跡是控制模具加工精度的關(guān)鍵。數(shù)控加工可實(shí)現(xiàn)磨具型面和結(jié)構(gòu)面的高速加工。高進(jìn)給，小切深、提高磨具表面質(zhì)量及加工精度，可直接對(duì)淬火鋼進(jìn)行精加工，并保證較高的表面質(zhì)量及尺寸精度，高速加工過程需要機(jī)床、刀具和數(shù)控編程三個(gè)方面的配合。通過建立刀具庫、機(jī)床庫及零件庫，并將各庫對(duì)應(yīng)的數(shù)字參數(shù)通過編程做成CAM加工模板。

2.4數(shù)字化裝配技術(shù)

目前，可通過OMV在機(jī)測(cè)量對(duì)精加工后的模具單件進(jìn)行在線測(cè)量，通過對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)及對(duì)比，發(fā)現(xiàn)超差立即更改。有效的保證模具合模質(zhì)量。另外，國外目前采用修配裝配法進(jìn)行模具的裝配。通過尺寸測(cè)量，配磨導(dǎo)板或其他零件，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向間隙的控制并保證裝配質(zhì)量。提高合模進(jìn)度，節(jié)省時(shí)間，為后續(xù)模具的調(diào)試提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

3.沖壓磨具企業(yè)的信息化管理

磨具企業(yè)通過信息化管理體系優(yōu)化磨具開發(fā)模式，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、加工工藝等重要數(shù)據(jù)的積累和共享。以車間作業(yè)調(diào)度為核心，實(shí)時(shí)采集及控制生產(chǎn)過程中的質(zhì)量、進(jìn)度及物料信息。實(shí)現(xiàn)磨具企業(yè)所有業(yè)務(wù)過程及管理過程的信息化的，提高企業(yè)磨具生產(chǎn)效率。具體包括：

3.1 合理的系統(tǒng)流程

PDM/CAPP系統(tǒng)可方便的實(shí)現(xiàn)流程的電子化操作，包括審批流程及發(fā)放流程等，所有流程按規(guī)則進(jìn)行執(zhí)行，系統(tǒng)對(duì)各個(gè)流程進(jìn)行記錄，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的可追溯性。

3.2 模具資料的管理

采用PDM/CAPP來實(shí)現(xiàn)模具檔案的管理，在管理系統(tǒng)中建立不同模具的分層BOM，將與模具零件相關(guān)的各類文件與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)起來。便于設(shè)計(jì)工程師及下游部門根據(jù)零件圖號(hào)、零件名稱來查詢技術(shù)資料，并保證數(shù)據(jù)的一致性。

3.3項(xiàng)目管理

模具的進(jìn)度采集與控制管理過程比較繁瑣。有的項(xiàng)目多達(dá)上百套模具，每套磨具需要同時(shí)監(jiān)控許多設(shè)計(jì)、制造及交付節(jié)點(diǎn)。ERP/MES系統(tǒng)作為計(jì)劃層和控制層之間的橋梁和紐帶，將計(jì)劃、生產(chǎn)與控制緊密聯(lián)系起來，可實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一平臺(tái)上進(jìn)行訂單管理。利用磨具項(xiàng)目計(jì)劃節(jié)點(diǎn)，作為數(shù)據(jù)采集與控制的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)磨具項(xiàng)目高效管理。

3.4知識(shí)管理體系管理

建立磨具知識(shí)管理體系，包括模具設(shè)計(jì)、加工工藝流程和生產(chǎn)參數(shù)等信息。通過搭建集成化平臺(tái)形成一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與設(shè)計(jì)、工藝及制造之間的對(duì)接。實(shí)現(xiàn)磨具資料的積累。

4.結(jié)論

數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具生產(chǎn)制造過程中的應(yīng)用，有利于提高磨具的生產(chǎn)效率、磨具精度及使用壽命，極大的促進(jìn)了沖壓磨具行業(yè)的發(fā)展。

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作者簡介：程梓桓（1982.07.10）；性別：男，籍貫：廣東陽江，民族：漢族，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于湛江師范學(xué)院；

現(xiàn)有職稱：助理機(jī)械工程師。