數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用探討

遲亨克

（一汽解放青島整車事業(yè)部，山東青島 266200）

0.引言

我國在近年來的整體經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，科學(xué)技術(shù)水平在此基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化并取得突出的進(jìn)步。在社會發(fā)展過程中，數(shù)字化水平得到了不斷的提升，其在各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)更是發(fā)揮了重要的作用。沖壓模具在我國屬于高新技術(shù)領(lǐng)域，其中的關(guān)鍵性生產(chǎn)工藝技術(shù)與設(shè)備具有重要作用。目前，我國在沖壓模具設(shè)計和制造方面仍存在一定不足，將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用其中，可以有效實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)過程。

1.數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用類型

1.1 快速設(shè)計技術(shù)

快速設(shè)計技術(shù)是沖壓模具設(shè)計與制造中的主要數(shù)字化技術(shù)之一，能夠有效提高模具制造的速度和效率，全方位提高其制造質(zhì)量。首先，利用快速設(shè)計技術(shù)可以依據(jù)實(shí)際設(shè)計需要和方案要求建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫信息，將沖壓模具設(shè)計中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)和信息全部輸入到數(shù)據(jù)庫中。其次，在數(shù)據(jù)庫的作用下，設(shè)計過程中各設(shè)計結(jié)構(gòu)和環(huán)節(jié)都能夠發(fā)揮其重要作用，幫助設(shè)計人員開展高效的設(shè)計工作，這不僅能夠有效提高設(shè)計的質(zhì)量，還能有效提高設(shè)計效率、減少設(shè)計時間和設(shè)計消耗的成本。并且在沖壓模具設(shè)計的過程中，快速設(shè)計技術(shù)能幫助設(shè)計人員快速了解設(shè)計方案及生產(chǎn)過程，有針對性地對模具進(jìn)行開發(fā)和應(yīng)用[1]。

1.2 高速加工技術(shù)

高速加工技術(shù)是沖壓模具設(shè)計與制造中的核心數(shù)字化技術(shù)之一，該技術(shù)的應(yīng)用能夠使整個設(shè)計制造過程在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化提高技術(shù)水平。應(yīng)用高速加工技術(shù)能夠有效提高技術(shù)加工過程的效率，節(jié)省時間成本，同時還能夠從根本上提高沖壓模具的制造水平。將高速加工技術(shù)應(yīng)用于沖壓模具制造環(huán)節(jié)，結(jié)合使用計算機(jī)設(shè)備中的硬件功能和軟件功能可以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)編程、機(jī)床及生產(chǎn)刀具整體的高效控制，使各設(shè)備在沖壓模具制造過程中被更合理地運(yùn)用。

1.3 數(shù)字化安裝技術(shù)

數(shù)字化安裝技術(shù)在應(yīng)用的過程中，通過運(yùn)用數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)及相關(guān)軟件，在對相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)的各項參數(shù)進(jìn)行深度了解后，將其中的各參數(shù)的精準(zhǔn)度與沖壓模具生產(chǎn)制造標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，若在對比過程中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的參數(shù)與實(shí)際技術(shù)需求參數(shù)有所出入，則可以利用數(shù)字化安裝技術(shù)對其加以調(diào)整，使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中能夠通過數(shù)字化的參數(shù)調(diào)整，降低其中不必要的結(jié)果誤差，使沖壓模具制造過程更為精細(xì)。在沖壓模具設(shè)計與制造過程中應(yīng)用數(shù)字化安裝技術(shù)還能夠有效實(shí)現(xiàn)對整個流程的全方位管理和控制，使工作人員能夠根據(jù)明確的要求判斷出正確的設(shè)計和制造方向，結(jié)合使用數(shù)字化安裝技術(shù)對設(shè)計尺寸等加以明確，完成高質(zhì)量的設(shè)計與制造工作。

1.4 沖壓成型CAE技術(shù)

在沖壓模具設(shè)計與制造過程中，沖壓成型CAE技術(shù)是其中較為常見的數(shù)字化技術(shù)，其主要工作原理是在沖壓模具成型過程中的物理規(guī)律和在模具制造過程中計算機(jī)的重要作用基礎(chǔ)下，對板料成型的整個過程進(jìn)行觀察。作為提供沖壓成型CAE技術(shù)的系統(tǒng)，在使用的過程中可以觀測和收集板料成型階段的各方面數(shù)據(jù)信息，對板料的厚薄變動狀況、板料的流動形狀和起皺狀況等有關(guān)數(shù)據(jù)信息全方位獲取，在整個系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生相對應(yīng)的仿真結(jié)論。在沖壓工藝模具設(shè)計流程中，系統(tǒng)使用的沖壓成型CAE技術(shù)可以有效地為產(chǎn)品設(shè)計人員提取有關(guān)信息，為其熱處理工藝、沖壓模具制造和成型等工作提供重要參考[2]。使用沖壓成型CAE技術(shù)能夠有效提高沖壓模具設(shè)計與制造效率，減少時間消耗，同時還能對該過程中各功能設(shè)計情況加以評估和推斷。

1.5 參數(shù)化編程技術(shù)

在目前沖壓模具更換速度不斷加快、生產(chǎn)需求不斷加大的環(huán)境下，對于沖壓模具制造業(yè)而言針對設(shè)計和制造工藝體系加以轉(zhuǎn)變和優(yōu)化是重要發(fā)展方向。在沖壓模具設(shè)計和制造過程中應(yīng)用參數(shù)化編程技術(shù)能夠有效實(shí)現(xiàn)“高進(jìn)給、小切深”，使制造過程中的打磨工作不斷減少，提高模具制造質(zhì)量。同時，在參數(shù)化編程技術(shù)下，不需要再進(jìn)行大量的試模工作，有效降低工作量還能夠保證較高的制造精準(zhǔn)度。在數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用中，用于加工的成本有所下降，不需要再重復(fù)多次使用不同規(guī)格的模具在制造過程中，使整個沖壓模具制造過程自動化程度不斷加大，對整個過程的控制能力增強(qiáng)，有效提高沖壓模具制造的效率和整體質(zhì)量。

2.數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中的具體應(yīng)用

2.1 建立參數(shù)庫及加工模板

沖壓模具設(shè)計與制造工作是一個不斷沉淀和進(jìn)步的過程，在設(shè)計和制造過程中，利用以往能力較強(qiáng)、經(jīng)驗豐富的工作人員建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫及加工模板，使后續(xù)技術(shù)工作人員能夠在設(shè)計制造過程中借鑒成功經(jīng)驗，并在數(shù)字化技術(shù)的幫助下完成簡單的程序編制。在編制程序的過程中，結(jié)合建立的參數(shù)庫及加工模板，保證整個過程的規(guī)范性，對設(shè)計與制造過程中的各因素加以明確和規(guī)范，包括機(jī)床型號的確定、刀具的選擇、走刀方向的明確以及加工余量等，在程序中將這些相關(guān)參數(shù)明確并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，在實(shí)際操作中根據(jù)不同的需求采取不同的加工工藝。

2.2 建立合適的坯料模型

創(chuàng)建恰當(dāng)?shù)呐髁夏Ｐ褪菦_壓模具設(shè)計和生產(chǎn)過程的重要環(huán)節(jié)，一般通過白光掃描方式來完成。在白光掃描技術(shù)的影響下，可以通過對其中的參考點(diǎn)和特定的數(shù)碼點(diǎn)構(gòu)建一個坐標(biāo)完整的定位，再結(jié)合使用光柵檢測技術(shù)和光學(xué)拍照定位技術(shù)，將沖壓模具表面的完整云點(diǎn)獲取并將其對應(yīng)到所構(gòu)建的定位系統(tǒng)當(dāng)中，此過程能夠高效進(jìn)行。在通常情況下，受到加工工藝和所使用的原材料的影響，模具的坯料模型建設(shè)較為粗糙、精確度較低，由于坯料模型的精確度較低常常會導(dǎo)致實(shí)際設(shè)計和加工過程中的理論數(shù)據(jù)信息等出現(xiàn)誤差，最終導(dǎo)致沖壓模具制造時出現(xiàn)撞擊等問題，影響模具質(zhì)量。在白光掃描技術(shù)的作用下，能夠在正式制造加工前就對坯料模型加以掃描并將其與三維模型相對比，幫助工程師提前發(fā)現(xiàn)其中在制造過程中所存在的不良因素和缺陷問題，提前根據(jù)異常問題和缺陷采取相應(yīng)的干涉措施，有效避免在實(shí)際制造過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題甚至安全事故，確保設(shè)計與制造過程順利進(jìn)行[3]。

2.3 仿真模擬加工

由于在實(shí)際沖壓模具設(shè)計和制造過程中，受到模具自身規(guī)模和結(jié)構(gòu)的影響，在制造時很容易出現(xiàn)主軸和刀具之間出現(xiàn)相互碰撞干擾的問題，不僅影響模具的正常制造生產(chǎn)，使模具受到損壞，還容易直接損壞機(jī)床，因此，為了保證沖壓模具設(shè)計和制造過程能夠順利進(jìn)行，保證生產(chǎn)質(zhì)量和安全性，工作人員可根據(jù)目前已有的機(jī)床設(shè)計建立所對應(yīng)的主軸庫、刀具庫和參數(shù)庫等。在這些數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，利用所編制完成的程序系統(tǒng)對整個設(shè)計制造過程進(jìn)行仿真模擬工作，對所設(shè)計的加工程序是否精確且符合要求加以驗證，并對其中可能引起質(zhì)量問題或安全問題的因素加以調(diào)整和優(yōu)化，確保沖壓模具設(shè)計制造過程的高質(zhì)量和安全性。

2.4 在機(jī)檢測

在機(jī)檢測在沖壓模具設(shè)計與制造的過程中主要是對其進(jìn)行檢測和測量，在測量時主要使用測頭作為主要工具，實(shí)現(xiàn)對工件加工之前、加工過程以及加工完成后的全方位檢測。這種在機(jī)檢測方式能夠有效降低在沖壓模具設(shè)計制造過程中出現(xiàn)錯誤操作的現(xiàn)象，提高整體加工質(zhì)量和效率。以往在沖壓模具設(shè)計制造完成后，通常采用三坐標(biāo)測量機(jī)對其加以測量和檢測，這一方式雖然也具備較好的檢測效果，但是卻要消耗大量的人力和時間。在機(jī)檢測就可以有效彌補(bǔ)其中的不足，實(shí)現(xiàn)對沖壓模具加工前后全過程的自動化檢測，不需要過多人力參與且檢測效果較為精確，有效減少檢測過程消耗的時間，提高檢測效率。

2.5 項目管理

在沖壓模具生產(chǎn)中，項目管理是一項統(tǒng)籌性應(yīng)用，具有重要作用。以往在沒有數(shù)字化技術(shù)的支持下，生產(chǎn)操作都是按照各訂單要求依次進(jìn)行的，導(dǎo)致沖壓模具制造過程相對獨(dú)立，只有在接單、設(shè)計整個過程的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行生產(chǎn)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中工作人員對各環(huán)節(jié)的控制和管理十分重要。由于實(shí)際生產(chǎn)過程中，各訂單項目中包含的沖壓模具都不是單一的，制造過程較為復(fù)雜，導(dǎo)致生產(chǎn)質(zhì)量和效率難以得到保障。在數(shù)字化技術(shù)下，能夠建立相應(yīng)的信息平臺，實(shí)現(xiàn)訂單的智能化管理，在集成管理的作用下，使沖壓模具高效設(shè)計和生產(chǎn)，并在數(shù)字化技術(shù)下，對生產(chǎn)過程實(shí)施全方位監(jiān)管，保障生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

2.6 數(shù)據(jù)管理

數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于沖壓模具設(shè)計與制造管理體系中，能夠有效建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)管理。在工作過程中，利用快速設(shè)計技術(shù)建立沖壓模具結(jié)構(gòu)庫及相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，為設(shè)計工作提供重要的數(shù)據(jù)支持。同時，在設(shè)計和制造過程中，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用還能將相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全方位搜集和保存。在正式設(shè)計和生產(chǎn)時，工作人員只需要根據(jù)生產(chǎn)需求，在數(shù)據(jù)庫中搜索相關(guān)的模具信息，能夠?qū)⑴c其相關(guān)的全部數(shù)據(jù)搜查出來，用于制造工作當(dāng)中，提高工作效率。將數(shù)據(jù)庫信息和資源保存且同步，同時應(yīng)用于設(shè)計和制造環(huán)節(jié)，能夠保證兩個環(huán)節(jié)的整體性和一致性，并保證數(shù)據(jù)信息的安全性，使設(shè)計加工過程更加合理。

2.7 經(jīng)驗管理

在沖壓模具設(shè)計和制造正式開始之前，相關(guān)工作人員可以根據(jù)實(shí)際的設(shè)計方案和數(shù)字化技術(shù)下形成的數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行了解，對設(shè)計與制造中設(shè)計到的參數(shù)加以分析，根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的經(jīng)驗信息進(jìn)行重點(diǎn)研究能夠有效幫助工作人員完成高效的工作。數(shù)字化技術(shù)能夠?qū)_壓模具設(shè)計與制造的相關(guān)信息輸入到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，作為后續(xù)制造的經(jīng)驗，工作人員在制造工作中可以從中了解生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和理念等，對沖壓模具的設(shè)計和制造工作有更深的了解，以此作為基礎(chǔ)使制造工作更加高效、高質(zhì)量地進(jìn)行。

3.數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用效果

3.1 沖壓模具設(shè)計精準(zhǔn)度有所提高

將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于沖壓模具設(shè)計與制造中，最突出的效果就是提高了設(shè)計的精準(zhǔn)度。在數(shù)字化技術(shù)下，沖壓模具設(shè)計方案會更加精準(zhǔn)，模具的實(shí)際設(shè)計與制造過程也會更加精確，使模具質(zhì)量有所保障，使生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高。在沖壓模具設(shè)計過程中，利用計算機(jī)技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用合理的數(shù)字化技術(shù)能夠有效使模具沖壓設(shè)計方案和制造過程更為簡便且高效，使設(shè)計方案更具合理性和科學(xué)性，將其作為基礎(chǔ)展開沖壓模具的設(shè)計與制造工作能夠有效提高生產(chǎn)加工質(zhì)量，節(jié)約其中的成本消耗。在數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用下，設(shè)計過程精準(zhǔn)度會全方位提高，設(shè)計水平整體不斷提升。

3.2 沖壓模具生產(chǎn)制造效果增強(qiáng)

數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用不僅在沖壓模具設(shè)計環(huán)節(jié)具有重要的作用，也能夠增強(qiáng)其生產(chǎn)制造的效果。應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)能夠有效將傳統(tǒng)的沖壓模具制造過程進(jìn)行改革和優(yōu)化，使制造過程中的數(shù)字化程度不斷加強(qiáng)，在技術(shù)的不斷進(jìn)步下，提高整體制造水平，使沖壓模具的制造質(zhì)量和效果進(jìn)一步提高。并且，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)還能夠有效提高模具制造中各零件的加工質(zhì)量和精準(zhǔn)度，使模具制造環(huán)節(jié)能夠嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行，滿足設(shè)計需求，使其自身的結(jié)構(gòu)制造更為精準(zhǔn)。在沖壓模具制造生產(chǎn)過程中，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)能夠有效提高加工精確度和加工效率，降低部分基礎(chǔ)工作的成本消耗，增強(qiáng)生產(chǎn)制造效果。

3.3 沖壓模具制造中損耗降低

應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)不僅能夠使沖壓模具制造質(zhì)量和效率有所提高，還能有效降低在制造過程中的損耗。在數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用下，整個制造過程會更加科學(xué)，在數(shù)據(jù)庫的支持下，使設(shè)計方案更加準(zhǔn)確合理，且以此作為依據(jù)，制造過程參考更為準(zhǔn)確的信息進(jìn)行，能夠使整個過程更加可靠。在沖壓模具制造中，相應(yīng)的模具安裝及配置過程的質(zhì)量是影響整體生產(chǎn)制造的關(guān)鍵性因素。而在以往的沖壓模具制造當(dāng)中，模具安裝及配置過程很容易出現(xiàn)模具損耗問題。應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)可以有效解決這一問題，才能夠從根本上提高制造的精準(zhǔn)度和質(zhì)量，降低在制造過程中的模具損耗情況，還能有效降低該過程中設(shè)備的損耗情況，在保證生產(chǎn)質(zhì)量的同時，最大程度地維護(hù)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4.結(jié)語

數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中具有廣泛應(yīng)用，且應(yīng)用效果較為明顯?？焖僭O(shè)計技術(shù)、高速加工技術(shù)、數(shù)字化安裝技術(shù)、沖壓成型CAE技術(shù)等都在沖壓模具設(shè)計養(yǎng)護(hù)制造中發(fā)揮了重要的作用。在沖壓模具設(shè)計與制造中，應(yīng)加強(qiáng)對數(shù)字化技術(shù)的研究和應(yīng)用，提高設(shè)計與制造水平。