模具數(shù)字化制造技術(shù)分析

曾薇子

（廣東省技師學(xué)院，廣東 廣州 516100）

模具數(shù)字化制造技術(shù)分析

曾薇子

（廣東省技師學(xué)院，廣東 廣州 516100）

模具在醫(yī)療器械、食品、新能源、軌道交通、汽車、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。而數(shù)字化模具制造技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地提高了模具的加工制作水平，也推動(dòng)了我國(guó)模具產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。加大對(duì)模具數(shù)字化制造技術(shù)的分析和研究，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，便能不斷提高模具制造技術(shù)水平。本文簡(jiǎn)要介紹了模具的數(shù)字化制造，分析了模具數(shù)字化制造技術(shù)和模具數(shù)字化制造技術(shù)應(yīng)用需要注意的問題。

模具；數(shù)字化；制造技術(shù)

近年來，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 模具數(shù)字化制造概述

模具數(shù)字化制造主要是采用數(shù)字化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)模具制造，包括模具的加工制造、虛擬成形、虛擬檢測(cè)、虛擬制造、仿真、虛擬裝配、三維可視化設(shè)計(jì)等整個(gè)過程，是整個(gè)加工制造的核心。近年來，模具制造技術(shù)快速發(fā)展，并且呈現(xiàn)出知識(shí)化、集成化、并行化和數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì)，而數(shù)字化技術(shù)在模具的創(chuàng)新開發(fā)制造中發(fā)揮著越來越重要的作用。模具數(shù)字化制造通過數(shù)字化技術(shù)對(duì)模具制造中的各種數(shù)據(jù)、圖形和信息定量地進(jìn)行控制、處理、存儲(chǔ)和表達(dá)，科學(xué)預(yù)測(cè)模具性能，分析其可制造性，推動(dòng)模具制造業(yè)向知識(shí)化模式發(fā)展。在模具生產(chǎn)制造周期中數(shù)字化已經(jīng)成為一項(xiàng)重要的驅(qū)動(dòng)因素，而數(shù)字化制造技術(shù)也成為模具加工制造的關(guān)鍵，因此應(yīng)積極推動(dòng)模具數(shù)字化制造技術(shù)的不斷發(fā)展。

2 模具數(shù)字化制造技術(shù)

2.1 模具的快速設(shè)計(jì)和管理系統(tǒng)

標(biāo)準(zhǔn)化的模具設(shè)計(jì)、知識(shí)工程技術(shù)和CAD技術(shù)的發(fā)展為模具設(shè)計(jì)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，在三維CAD系統(tǒng)中融合模具設(shè)計(jì)的規(guī)范、原理、經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)按照模具設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)模型，準(zhǔn)確完成模具設(shè)計(jì)。通過科學(xué)管理模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、圖紙和三維模型，不僅能夠降低模具制造成本，而且能有效提高模具設(shè)計(jì)制造速度。通過保存和利用模具設(shè)計(jì)制造中的各種資源，加快模具設(shè)計(jì)開發(fā)速度，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。

在型材下陷壓模和橡皮囊液壓成形過程中往往會(huì)發(fā)生回彈現(xiàn)象，型材壓制以后，由于彈角過大會(huì)造成鈑金零件彎邊不貼模，甚至導(dǎo)致下陷區(qū)域回彈變淺。由于導(dǎo)致回彈現(xiàn)象的原因比較復(fù)雜，影響因素很多，只依靠經(jīng)驗(yàn)很難消除這種回彈現(xiàn)象，因此需要迫切解決這個(gè)問題。以模具制造資料和手冊(cè)中的相關(guān)工程數(shù)據(jù)和回彈計(jì)算結(jié)果，將CATIA和鈑金零件模具制造經(jīng)驗(yàn)有效融合起來，因此應(yīng)開發(fā)設(shè)計(jì)基于回彈修正的鈑金模具制造系統(tǒng)。為了縮短下陷類和液壓成形類模具的制造周期，規(guī)范模具設(shè)計(jì)參數(shù)，提高模具成形精度，應(yīng)仔細(xì)整理模具設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，保存到專業(yè)數(shù)據(jù)庫中。

同時(shí)，應(yīng)用CAD三維軟件來設(shè)計(jì)制造模具，對(duì)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行直接調(diào)用，應(yīng)用軟件系統(tǒng)在三維數(shù)模中全面體現(xiàn)回彈參數(shù)、模具參數(shù)，科學(xué)分析模具制造過程，實(shí)現(xiàn)模具制造規(guī)范化和參數(shù)化。相關(guān)設(shè)計(jì)人員從參數(shù)數(shù)據(jù)模塊中的零件信息獲取回彈參數(shù)，從而得到零件數(shù)模，利用第三方軟件導(dǎo)入工藝數(shù)模，實(shí)現(xiàn)模具快速開發(fā)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員也可通過自動(dòng)或者手動(dòng)方式獲取模具參數(shù)。

2.3 CAE在模具制造中的應(yīng)用

在復(fù)雜鈑金件成形過程中采用有限元方法實(shí)現(xiàn)科學(xué)模擬，由于鈑金件成形質(zhì)量往往會(huì)受到不同工藝參數(shù)的影響，根據(jù)模具成形規(guī)律，選擇最優(yōu)方案，確定模具關(guān)鍵參數(shù)，指導(dǎo)模具成形制造方案。在鈑金成形模擬過程中應(yīng)用PAMSTAMP軟件，這款專業(yè)、成熟的仿真分析軟件能夠?qū)δ＞哌M(jìn)行可行性優(yōu)化和評(píng)估，模擬和分析模具成形的精確性。當(dāng)前，CAE仿真分析軟件在除了檢驗(yàn)?zāi)＞吆褪止こ尚文＞咭酝獾哪＞咴O(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，而對(duì)于不規(guī)則盒類零件、薄壁深腔件等，往往很難利用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)鈑金件成形性能進(jìn)行計(jì)算，這時(shí)可利用CAE仿真分析軟件進(jìn)行有效的仿真分析。

3 模具數(shù)字化設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)工藝方案

結(jié)合沖壓工藝，使得模具的數(shù)量以及工序得以減少，做到集約化的生產(chǎn)，減少模具的成本消耗，使得沖壓的生產(chǎn)成本也在一定程度上減少。對(duì)模面進(jìn)行間隙處理，在此過程中需要結(jié)合零部件的精度需要、成形性等，使模具調(diào)試工作更加順利開展，保證零部件的質(zhì)量以及精確度。

3.2 對(duì)零件變形進(jìn)行補(bǔ)償

由于拉延尺寸比較大的平坦零件之后，其剛性會(huì)減弱，零件的上部會(huì)出現(xiàn)塌陷的問題，因此就需要通過變形補(bǔ)償技術(shù)使得零件的質(zhì)量得到保證。利用CAE軟件對(duì)成形工藝進(jìn)行分析研究，使得模具在重構(gòu)加工時(shí)能夠有科學(xué)的依據(jù)，包裝工板料變形狀態(tài)得到有效的分析，在CAE參數(shù)中獲得自動(dòng)回彈補(bǔ)償?shù)哪Ｃ妫沟猛負(fù)渑c原有模型是一致的。這種技術(shù)的應(yīng)用能夠使得研配工作的數(shù)量得意減少，使得模具的型面更加精確。

隨著我國(guó)的不斷改革，擴(kuò)大開放以及經(jīng)濟(jì)、文化全球化的潮流影響，在全球的各個(gè)地方掀起了“漢語熱”的學(xué)習(xí)活動(dòng)。但是由于漢英文化的差異，在將中國(guó)的名著漢譯英的過程中出現(xiàn)了諸多的問題。因此，在翻譯過程中如何處理漢語和英語的關(guān)系一直是翻譯界的焦點(diǎn)話題，譯者都在通過自己的努力將中國(guó)文化“原滋原味”的呈現(xiàn)給外國(guó)的讀者。這就要求譯者既要精通中國(guó)語言文化背景，又要具備豐厚的英語基礎(chǔ)水平，以達(dá)到“中國(guó)特征”的完美保留。

3.3 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

可以進(jìn)行三維實(shí)體設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)的真實(shí)情況反應(yīng)出來，使得問題在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)凸顯出來，防止到制造環(huán)節(jié)中進(jìn)行補(bǔ)救，使得成本支出增多。建立完善的模具設(shè)計(jì)資料庫，使得模具設(shè)計(jì)的時(shí)間縮短，保證模具能夠?qū)崿F(xiàn)較高的質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)。此外要對(duì)自動(dòng)沖壓過程進(jìn)行仿真，直觀的觀察到整個(gè)過程的運(yùn)行情況，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，減少生產(chǎn)成本以及時(shí)間。

4 模具數(shù)字化制造技術(shù)應(yīng)用需要注意的問題

隨著模具制造技術(shù)和信息技術(shù)的不斷融合，模具加工制造逐漸朝著數(shù)字化方向發(fā)展，并且計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，利用計(jì)算機(jī)完成從生產(chǎn)準(zhǔn)備到加工制造的全過程，包括質(zhì)量分析和檢測(cè)、制造工藝控制、生產(chǎn)作業(yè)、加工模擬分析、數(shù)控加工編程、工藝設(shè)計(jì)等。其中CAM數(shù)字化技術(shù)在模具加工制造中的應(yīng)用主要是結(jié)合CAD模型的零件數(shù)控代碼，動(dòng)態(tài)模擬模具加工過程，還要模擬機(jī)床加工的碰撞和干涉檢查，在實(shí)際的模具數(shù)字化制造過程中應(yīng)注意以下幾個(gè)問題。

4.1 參數(shù)庫和加工模板

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)庫和加工模板，編寫標(biāo)準(zhǔn)、專業(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。

4.2 建立坯料

受到鑄造工藝、原材料等條件的限制，我國(guó)模具毛坯鑄造精度相對(duì)較低，相關(guān)理論數(shù)模和毛坯往往存在偏差，很容易影響后續(xù)制造工藝，引發(fā)撞機(jī)、撞刀等危險(xiǎn)。利用白光掃描技術(shù)根據(jù)參考點(diǎn)和數(shù)碼點(diǎn)構(gòu)建坐標(biāo)定位系統(tǒng)，結(jié)合光柵測(cè)量原理，通過光學(xué)拍照定位技術(shù)，在短時(shí)間內(nèi)可獲取模具表面信息，對(duì)毛坯掃描成型，根據(jù)三維模型和掃描成型數(shù)據(jù)的對(duì)比結(jié)果，幫助CAM設(shè)計(jì)人員編寫計(jì)算機(jī)程序之前及時(shí)發(fā)現(xiàn)鑄造缺陷、余量異常、鑄件干涉等問題，預(yù)先做好處理，對(duì)模具制造風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行提前規(guī)避，確保順利完成模具加工制造。

4.3 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、道具庫、參數(shù)庫等，完成計(jì)算機(jī)程序編程以后，從機(jī)床數(shù)據(jù)庫調(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)加工過程中模具零件的安全性和正確性。

4.4 在機(jī)檢測(cè)

在模具加工機(jī)床上在機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)主要用于模具檢測(cè)和測(cè)量，并且可有效監(jiān)控模具加工制造的整個(gè)過程，避免發(fā)生人為誤操作，極大地提高了模具加工制造效率和質(zhì)量。以往完成模具加工制造以后都是利用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)來復(fù)檢，其需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，雖然這種檢測(cè)方法準(zhǔn)確性較高，但是不能實(shí)現(xiàn)和模具數(shù)字化制造的無縫銜接。而通過利用在機(jī)檢測(cè)技術(shù)可以自動(dòng)檢測(cè)完成制造的模具，給出詳細(xì)的檢驗(yàn)報(bào)告，不僅極大地提高了檢測(cè)效率和質(zhì)量，而且有效減少了模具工件的輔助和轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間。

5 結(jié)語

近年來，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，而模具數(shù)字化制造應(yīng)用、發(fā)展和融合了管理科學(xué)與制造技術(shù)，通過發(fā)展模具數(shù)字化制造技術(shù)，使傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)換為智力型工業(yè)，利用高新技術(shù)，全面提高模具制造的智能化和自動(dòng)化水平。

[1]康愛英. 試析模具的數(shù)字化設(shè)計(jì)及相關(guān)制造技術(shù)[J]. 煤炭技術(shù)，2012,11:15～16.

TG375.41

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1671-0711（2017）01（下）-0098-02