數(shù)字化技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用

陳瑞珠

珠海格力精密模具有限公司 廣東 珠海 519070

近年來(lái),模具市場(chǎng)需求量不斷增多,加工制作工藝快速發(fā)展,而模具制造在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的質(zhì)量要求較高,實(shí)現(xiàn)其生產(chǎn)制造的數(shù)字化、專(zhuān)業(yè)化和流水線化勢(shì)在必行。隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展,模具數(shù)字化制造技術(shù)取得了極大進(jìn)步,再加上各種新材料、新工藝、新技術(shù)在模具加工制造中的應(yīng)用,顯著提高了模具的數(shù)字化制造水平。

1 模具自動(dòng)化制造的意義

產(chǎn)品的個(gè)性化需求是人類(lèi)對(duì)于產(chǎn)品的終極性需求,應(yīng)對(duì)這一需求模式的是全社會(huì)基于網(wǎng)絡(luò)連接的智能制造資源的訂購(gòu)模式的運(yùn)行。但是在相當(dāng)長(zhǎng)的歷史時(shí)期內(nèi),滿足人們需求的產(chǎn)品生產(chǎn)方式將依然是大批量生產(chǎn)的大眾化需求產(chǎn)品(總量上漸漸呈現(xiàn)遞減狀態(tài))、中小批量快速變化的小眾化需求產(chǎn)品(總量呈現(xiàn)加速狀態(tài))與單件性個(gè)人定制的個(gè)性化產(chǎn)品(呈現(xiàn)出苗頭狀態(tài))并存。而適應(yīng)大批量與中小批量產(chǎn)品生產(chǎn)方式的模具設(shè)計(jì)與制造將長(zhǎng)期需要,不可能消失。

盡管大型模具企業(yè)的年產(chǎn)值呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì),但是與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比雖然在總量上高于他們,但是從人均生產(chǎn)效率來(lái)看依然與西方發(fā)達(dá)國(guó)家低。另外,因?yàn)樯a(chǎn)方式存在一定的單一性問(wèn)題,生產(chǎn)周期也造成了產(chǎn)品的難以預(yù)測(cè)性返工的情況也時(shí)有發(fā)生。因?yàn)檫@種生產(chǎn)方式過(guò)度依賴(lài)于經(jīng)驗(yàn)豐富的老員工,顯然經(jīng)驗(yàn)豐富的老員工數(shù)量肯定是不足的,也就造成了返工的現(xiàn)象更多。返工現(xiàn)象會(huì)帶來(lái)很多的問(wèn)題,首先會(huì)造成成本的增強(qiáng),其次工作人員也會(huì)因?yàn)榉倒?lái)極大的體力勞動(dòng)和工作厭煩。以上問(wèn)題也是模具制造人員的招收困難與人員流失嚴(yán)重是行業(yè)的一致的困境。這一切都迫切需要模具制造的自動(dòng)化來(lái)解決。

2 模具數(shù)字化設(shè)計(jì)

2.1 三維實(shí)體創(chuàng)建

三維實(shí)體設(shè)計(jì)的出現(xiàn)使CAD技術(shù)從單純模仿工程圖紙的三視圖模式中解放了出來(lái),三維實(shí)體設(shè)計(jì)能夠直觀地反映設(shè)計(jì)的真實(shí)狀態(tài),通過(guò)運(yùn)動(dòng)模擬、干涉檢查等分析手段,在設(shè)計(jì)階段就能避免以往在生產(chǎn)制造中才能發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題,從而降低模具制造的成本。

2.2 模具設(shè)計(jì)資料庫(kù)

模具設(shè)計(jì)資料庫(kù)包含標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、沖壓設(shè)備庫(kù)、典型結(jié)構(gòu)庫(kù)及基本結(jié)構(gòu)庫(kù)4部分。標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)為模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供可以直接裝配的參數(shù)化、系列化零件;沖壓設(shè)備庫(kù)、典型結(jié)構(gòu)庫(kù)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供可參考的模型;而參數(shù)化的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫(kù)使模具設(shè)計(jì)更加靈活、智能。模具標(biāo)準(zhǔn)化資料庫(kù)的建立,有效縮短了模具的設(shè)計(jì)周期,提高了模具質(zhì)量。

2.3 自動(dòng)沖壓過(guò)程仿真

自動(dòng)沖壓線中各機(jī)構(gòu)形狀和運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜,通過(guò)沖壓線的過(guò)程仿真既可以直觀地看到整個(gè)過(guò)程中的各部件位置關(guān)系,又可以輸出干涉曲線,從而發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中可能存在的干涉現(xiàn)象,及時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。這樣,就可以在設(shè)計(jì)中對(duì)端拾機(jī)構(gòu)以及斜楔機(jī)構(gòu)進(jìn)行修改,避免模具線上調(diào)試和生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生干涉,達(dá)到降低模具調(diào)試成本,縮短生產(chǎn)周期的目的。

3 數(shù)字化制造環(huán)節(jié)擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題與措施

20世紀(jì)80年代中后期,規(guī)模上從小作坊開(kāi)始,一部分企業(yè)發(fā)展成中大型模具企業(yè),少數(shù)進(jìn)入中國(guó)模具協(xié)會(huì)認(rèn)定的骨干企業(yè)。生產(chǎn)工具經(jīng)歷過(guò)短暫的手動(dòng)控制普通機(jī)床加工時(shí)期,90年代始逐步引入數(shù)控機(jī)床,到現(xiàn)在完全進(jìn)入由數(shù)字控制的機(jī)床時(shí)期。數(shù)字化程序控制取代了人手直接參與正在進(jìn)行的機(jī)床加工零件的過(guò)程,極大解放了人的體力,從理論上說(shuō)可以實(shí)現(xiàn)了機(jī)床生產(chǎn)的半自動(dòng)化;且產(chǎn)品質(zhì)量基本是由程序與機(jī)床質(zhì)量決定;同時(shí)機(jī)床的柔性化水平有了極大提高,只要在加工范圍之內(nèi),不同形狀尺寸的模具零件只要改變程序都能得到加工,解決了模具單件生產(chǎn)方式下機(jī)床最少化問(wèn)題,提高了高精度高成本機(jī)床的利用率。

目前,我國(guó)在數(shù)字化控制的半自動(dòng)實(shí)行中有很多問(wèn)題需要解決,因此半自動(dòng)實(shí)質(zhì)上還是需要投入不少的人工,不能真正做到少人化、無(wú)人化。其實(shí),造成問(wèn)題的主要原因還是因?yàn)榫幊倘藛T對(duì)機(jī)床的操作不熟悉,可能只是在書(shū)本中學(xué)習(xí)的理論知識(shí)沒(méi)有實(shí)際接觸過(guò)機(jī)床的操作。通用程序在機(jī)床具體加工前需要對(duì)每臺(tái)機(jī)床很熟練的操作者去修改程序、修改切削參數(shù)、作刀具補(bǔ)償?shù)纫幌盗屑庸で俺绦蛱幚砉ぷ?再加上裝夾工件、對(duì)刀等,每臺(tái)機(jī)床都需要機(jī)床操作人員做大量輔助工作。

4 數(shù)字化技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用

4.1 對(duì)參數(shù)化編程技術(shù)的應(yīng)用

模具中,高速加工和制造技術(shù)具有以下幾方面的特點(diǎn)：首先是可以低工件表面的加工質(zhì)量進(jìn)行有效的改善,從而減少打磨操作工作。其次可以大大減少試模的工作量,從而提高模具的加工精確度。然后可以對(duì)小刀具加工的細(xì)節(jié)進(jìn)行有效的把握,減少對(duì)刀具的使用次數(shù),從而提高細(xì)節(jié)把控質(zhì)量。最后可以采用高精度和大進(jìn)給的方式來(lái)完成淬火鋼精加工工作,提高模具的表面質(zhì)量,避免使用傳統(tǒng)加工方式而導(dǎo)致出現(xiàn)模具表面變形的問(wèn)題。對(duì)參數(shù)化編程技術(shù)的應(yīng)用,可以有效提高模具數(shù)控加工的自動(dòng)化水平,從而可以使模具的加工 精度和加工效率和質(zhì)量都能大大提高。

4.2 仿真模擬

一般情況下,模具結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜,側(cè)整形、側(cè)切模具上有很多斜楔機(jī)構(gòu),加工制造過(guò)程中主軸或刀具很容易和模具工件發(fā)生干涉,從而損傷機(jī)床和模具,不僅影響模具使用壽命,而且產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失,所以為了保障模具制造質(zhì)量和安全性,應(yīng)結(jié)合具體的機(jī)床設(shè)備情況,建立主軸頭庫(kù)、道具庫(kù)、參數(shù)庫(kù)等,完成計(jì)算機(jī)程序編程以后,從機(jī)床數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用相關(guān)參數(shù),做好切削仿真模擬,對(duì)干涉區(qū)域利用驗(yàn)證程序做好優(yōu)化和修正,保障現(xiàn)場(chǎng)加工過(guò)程中模具零件的安全性和正確性。

4.3 參數(shù)庫(kù)和加工模板

模具加工制造對(duì)于精確度要求較高,相關(guān)制造人員應(yīng)加強(qiáng)日常學(xué)習(xí),應(yīng)用一些成功經(jīng)驗(yàn),建立合適的參數(shù)庫(kù)和加工模板,編寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)、專(zhuān)業(yè)的程序,并且明確不同模具形狀和加工余量、走刀方向、道具選擇、機(jī)床選用等切削參數(shù)的NC加工工藝方法。

結(jié)束語(yǔ)

總之,數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造是計(jì)算機(jī)技術(shù)、制造技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與管理科學(xué)的交叉、融和、發(fā)展與應(yīng)用的結(jié)果,也是制造企業(yè)、制造系統(tǒng)與生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)系統(tǒng)不斷實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的必然趨勢(shì)。它使原有的傳統(tǒng)制造業(yè)變成了智力型的工業(yè),使企業(yè)主要通過(guò)資源要素(如勞動(dòng)力、設(shè)備、資金)競(jìng)爭(zhēng)逐漸變?yōu)橐詣?chuàng)新能力和指導(dǎo)本類(lèi)型企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)。