論數(shù)字化背景下模具加工技術的改進方案探討

摘 要：隨著科學技術的發(fā)展，模具精度不斷提高、模具設計周期相應縮短以及成本和勞動強度的也不斷降低，這些都體現(xiàn)了計算機技術和相應的計算機輔助技術與模具加工技術相融合都具有極大的優(yōu)越性。其中最常用的數(shù)字化技術是CAD/CAE/CAM技術，但是由于受很多因素的限制，模具數(shù)字化加工技術還有待進一步改進。

關鍵詞：數(shù)字化；模具；加工技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.120

0 前言

自二十一世紀以來，由于國家政策的指導和鼓勵以及CAD、CAE和CAM等數(shù)字化技術的普及應用，模具制造工業(yè)得到了飛速的發(fā)展，模具加工技術也得到了質的提升，主要包括圖1所示的過程。同時PDM、MES、CAPP、EPR等信息化管理平臺的應用也促進了模具企業(yè)的發(fā)展。目前，在數(shù)字化背景下，我國最具有代表性的模具是100噸以上的大型單套模具，其精度在0.3-0.5um以內，開合次數(shù)高達了4億次，并且可以每分鐘運行2500次的沖床配置使用生產。但是就目前我國模具的總體現(xiàn)狀來看，大部分企業(yè)的模具制造能力都屬于中低水平階段，造成這種現(xiàn)象的原因是由于大部分企業(yè)都存在著人才、技術和資源等方面問題，而這些問題歸根結底就是不能準確把握設計和制造的重點。為了解決這些問題，我們需要將模具制造與數(shù)字化技術充分融合利用，從而進行快速高質的模具加工制造。由于我國數(shù)字化技術與模具加工技術融合利用還不夠成熟，受很多因素的限制，模具數(shù)字化加工技術還有待進一步改進。因此，下文將對數(shù)字化模具加工技術提出一些改進方案。

1 數(shù)字化模具技術

數(shù)字化模具加工技術是指借助計算機技術和相關的計算機輔助技術來設計和制造模具，推動中國智造升級。應用計算機建模和模擬功能對模具進行優(yōu)化加工設計可以提高模具的統(tǒng)一性和精準性。通過數(shù)值模擬輔助中物理模擬過程來保證使用材料的順暢流動，均勻地充滿模腔。充分利用CAD系統(tǒng)功能對模具進行二維和三維設計，利用CAE系統(tǒng)功能對模具進行多樣加工，以保證產品初始信息的一致性和精準性，排除人為因素對模具制造的影響，提高模具設計質量。

目前流行的數(shù)字化技術中CAE軟件有部分軟件能夠滿足目前模具的要求，表1列出部分比較常用的CAE軟件和相應的功能特點。

2 數(shù)字化模具加工技術的改進方案

在數(shù)字化背景之下計算機及互聯(lián)網技術的快速發(fā)展也推動了模具加工方案的不斷改進，同時也使得模具加工方式得以廣泛應用。然而數(shù)字化背景下人們對產品等多樣化需求也使得產品之間的更新?lián)Q代越來越快，企業(yè)面臨著越來越激烈的競爭。用戶對模具制造的要求越來越高，這為模具加工技術的發(fā)展帶來壓力的同時，也為模具加工技術的發(fā)展提供了更為明確的方向。

2.1 引入高速高精度加工和成形設備

由于近年來我國的模具制造行業(yè)中一些重點企業(yè)都先后進口了高速銑床和高速加工中心，并在模具加工過程中發(fā)揮了重要作用。加之，國外的高速加工機床主軸最早轉速又有了極大的突破，具體來說已經超過了十萬r/min，此外，加速進給速度和加速度、換刀時間都有所提高。速度的提升也為模具制造行業(yè)提高了加工效率，其發(fā)展也逐漸對電火花成形加工造成了一定的威脅。此外，在主軸轉速提高的同時，為了匹配相應的零件和部件，產品造價也大幅度提升。正因如此，我國的模具企業(yè)進口的高速加工機床主軸最高轉速仍將以之前的速度為主。

因此，投入高速高精度加工的NC編程不僅可以提高加工效率也提高模具的精度，這些投入可以得到成倍的回報。高速高精度加工和成形設備優(yōu)化模具加工技術的重點是：精密零部件（如精密軸承、高速齒輪）的成套加工技術，近終形加工技術（如精密鑄造、精密鍛造、精密沖壓、超塑性成形、回轉成形），自動化成形裝備及集成系統(tǒng)，快速原型成套技術及裝備，相關工藝過程分析、模擬和優(yōu)化軟件，模具加工工藝及設備。

2.2 引入數(shù)字化制造設備

數(shù)字化制造設備是提升制造業(yè)技術水平的重要手段，是制造業(yè)實現(xiàn)信息化的基礎，發(fā)展各種數(shù)字化設備是振興裝備制造業(yè)的必由之路。機床是制造業(yè)的基礎設備。機械加工行業(yè)對高質量數(shù)控機床的需求量越來越大，迫切要求對我國傳統(tǒng)機械加工行業(yè)進行數(shù)控化改造。產業(yè)化的重點是：高性能伺服電機及高精度數(shù)字化智能控制系統(tǒng)，高質量的車、銑數(shù)控機床及加工中心，高精度多軸聯(lián)動數(shù)控機床、可重組柔性數(shù)控機床及特種數(shù)控機床，光、機、電一體化的膠印機等。

2.3 使用工業(yè)機器人

采用工業(yè)機器人及其自動化生產裝備對改進產品質量、降低生產成本、減小勞動強度、提高生產率具有重要的作用。我國工業(yè)機器人的生產技術已相對成熟，并具有小批量生產能力。產業(yè)化的重點是：工業(yè)機器人的生產設備及控制系統(tǒng)（包括鍛壓、噴涂、焊接、搬運、裝配和檢測），基于工業(yè)機器人的自動化生產線。

2.4 引入激光加工技術及設備

激光加工技術具有應用范圍廣、工藝靈活、加工精度高、質量好、生產過程清潔以及便于實現(xiàn)自動化、柔性化和智能化等優(yōu)點，可以對金屬和非金屬材料進行切割、焊接、表面處理、打標、打孔及微細加工等。產業(yè)化的重點是：性能穩(wěn)定的大功率激光器，大型軋輥表面強化設備，激光精密加工設備，激光切割和薄鋼板拼焊用成套設備等。

2.5 不斷地發(fā)展電火花加工技術

電火花加工技術現(xiàn)如今受到了高速銑削技術的極大沖擊，這在上

文中就有所提及，但EDM技術中一些具有獨特性的加工方法和固有特性是高速銑削技術不能代勞的，比如說模具加工過程中一些復雜型面、深窄小型腔、尖角等處的加工都必須用到EDM技術。即使高速銑削技術能夠在大多數(shù)情況下滿足模具的加工要求，但其成本卻遠高于電火花加工，且具有更高的自動化特點。為了保持其優(yōu)勢，并在數(shù)字化背景下改進模具的加工技術就必須要明確電火花加工技術的發(fā)展方向。在不斷提高加工效率的同事也要保證加工的自動化，保證其設備的精密化和大型化，努力保持其加工的穩(wěn)定性、易操作性性價比。與此同時還要滿足不同要求的高校節(jié)能及反電解新型脈沖電源的研發(fā)。

2.6 致力于發(fā)展快速原型制造和快速制模技術

為了在數(shù)據(jù)化背景下進一步推動模具加工技術的發(fā)展，還需要致力于發(fā)展快速原型制造和加速制模的技術，在模具發(fā)展的過程中，其所遇到的最大勁敵就是如何快速制造出用戶所需求的模具，即加快制造效率?？焖僭椭圃炷軌蛑苯佑糜诳焖僦颇＜夹g當中。將快速原型制造技術和快速制模技術相結合也必然會提高傳統(tǒng)制模技術的進一步發(fā)展。

2.7 同時運用超精加工、微細加工和復合加工技術

在大數(shù)據(jù)背景下，模具的加工要朝著更加精密化和大型化的方向發(fā)展，因此，就要利用先進且合適的技術進行加工保證其發(fā)展，這些技術包括了超精加工、微細加工和復合加工，在目前，超精加工已經達到了亞微米級，納米精度的超精加工也已經被應用到了實際生產當中。為了進一步推動模具加工技術的改革就必須推動模具加工技術的新發(fā)展。

3 結論

隨著人們需求的不斷提高，越來越多的新式樣和新功能產品出現(xiàn)在消費者面前，而這些產品的生命周期越來越短，復雜程度越來越高，精密程度也越來越高，而數(shù)字化技術能夠精準地對模具進行加工。因此，我們必須把握數(shù)字化技術，充分融合數(shù)字化技術和模具加工技術來不斷地改進模具加工方案，實現(xiàn)快速、高效和優(yōu)質的模具生產目的，從而適應不斷變化和需求越來越嚴的市場。

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作者簡介：王啟香（1980-），男，廣西桂林人，講師，高級技師，主要從事機械加工、模具、數(shù)控技術的研究與教學。