沖壓模具數字化快速成形技術研究

李素平

(張家港開放大學，江蘇 張家港 215600）

對中小生產企業來說，采用數字化快速成形技術可提高生產效率，減少沖壓模具生產制造成本，同時建立了自動上下料、模具庫智能換裝、模具組合調試等多項平臺，為沖壓模具制造業提供了先進的技術支撐。未來，數控沖壓模具將成為行業的主流趨勢，單元沖壓模具快速成形也會是一種更加先進的科技。

1 沖壓模具

沖壓模具是在冷沖壓加工中，將材料加工成零件或半成品的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具或冷沖模。隨著工業控制技術快速發展，傳統工業控制模式得到了優化升級，新型控制系統成為控制體系的操控平臺。例如，橡膠塑料工業模具采用數字化技術，可對原材料進行深度加工處理，確保成形模具產品符合性能標準要求，實現了模具結構層次的綜合化升級。

2 沖壓模具數字化發展

數字控制器是現代控制系統的核心裝置，用其建立多功能控制方案具有可行性特點，改變了現代工業控制系統的可利用標準。“數字化”是沖壓模具發展的必然趨勢，利用數字化編碼取代人工編碼操作，為沖壓模具生產提供科學的指導。例如，數字化編碼鈑件成形中，可利用數字系統將鈑件形狀分割為不同的圖像，利用這些簡單元素執行數字合成，最后組合成為所需的圖形。將被加工鈑金件看成一個可被分割的平面圖形，對分割出來的簡單圖形元素進行數字化處理，即按其方位進行定位編碼。

3 數控單元沖壓模具快速成形技術

3.1 結構設計

快速成形模具機構示意圖如圖1所示，上模為凸模機構，光電頭安裝在上模板下方以檢測凸模的起落；坯料的裝夾要根據不同的需要進行設計；料板由步進電機控制絲杠分X，Y方向驅動；下模為凹模機構，直接安裝在工作臺上。

圖1 快速成形模具機構圖

3.2 系統設計

（1）電機驅動

數字控制是利用數字概念建立的新型控制平臺，從多元化控制角度出發，對數字模具結構進行升級改造，利用數字語言、數字系統、數字平臺等完成的控制，本質上是借助計算機平臺的數字控制體系。步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構，可分為永磁式、反應式、混合式等3種，根據實際需要進行選擇。一般來說，沖壓模具要考慮各種因素產生的能耗問題，以及電機運轉承受的力學荷載，從而提高系統功能模式的運行效率，這些都是體現快速成形技術的標準要求。

（2）硬件設計

若按照線性控制、非線性空等方式進行劃分，數字控制也屬于非線性控制范疇，作為其中比較典型的控制算法。另一方面，數字控制與智能控制也是相輔相成的，根據用戶具體操作要求提供數字化平臺，借助數字控制層結構執行相應的動作命令，逐漸體現了數字控制系統的功能優勢。數控單元沖模是安裝在曲軸式壓力機上的，首先要確定零點以及各工位點的位置；其次在上沖模往復動作的啟停間被加工件的按編碼所得的X，Y方向快速進給送料運動以及這兩個動作的協調。

（3）軟件設計

數字沖壓模具采用多元化控制中心層，按照數字控制理論要求建立數字處理平臺，并且對原始數據提供轉換服務，按照生產使用標準進行數字化轉變。同時，數字模具對整個數字系統具有主導型作用，任何一個數字系統都必須按照控制器分布情況進行設置，才能在相對穩定的數字條件下進行轉換，這樣就能體現出數字控制系統的可利用性能。整個系統由上位機來管理，系統軟件語言采用Visual Basic 6.0編制其集成開發環境（IDE）集設計、修改、調試、生成等功能于一體，人機交互界面十分友好。

4 數控單元沖模功能實現

由于工業生產技術快速發展，沖壓模具技術受到行業的普遍關注，成為現代工業自動化升級的技術支撐。沖壓模具數字化快速成形技術中，以數控單元沖模系統為中心，設置了多個可操控的功能模塊，進一步提高了模具數字化水平。基于上述系統設計，數控單元沖模的具體功能如圖2所示。

圖2 數控單元沖模功能

4.1 編輯模塊

用來完成用戶對所設定的參數組進行操作的程序的編輯、修改、生成。沖壓模數字成形技術中，要對原始數據進行自動化處理，利用編輯模塊完成各類數據處理工作，提高了數據編輯流程的智能化水平。編輯模塊主要針對模具參數進行設置，由計算機軟件進行模擬調試，確定參數符合制造標準后正式投入運行。

4.2 參數模塊

參數設定模塊將輸入的參數組制成數據表，送入數據庫以備程序的調用。隨著橡塑模具普及應用，企業生產加工工藝流程也在不斷調整，從而滿足市場對模具裝備的使用需求。沖壓模具數字化改造中，數控單元沖模系統設定參數模塊，主要是根據不同模具實施參數設置，制定更加穩定的模具生產方式。

4.3 管理模塊

運行管理模塊負責程序的運行、中斷，對生產流程實施標準化管理，避免數控沖模生產發生異常情況。沖壓模具快速成形是一種新技術，實際操控要符合工藝條件要求，考慮沖壓裝備工作性能狀態，否則沖壓過載會影響到產品質量，對沖壓設備也有明顯的損壞。管理模塊可實現自動化操控，減小沖壓操作故障的發生率。

4.4 通信模塊

通信模塊負責上、下位機之間的通信管理，就是將控制程序段及調用的參數組使用MSCOMM控件，通過RS232串行口送入單片機使單片機執行控制工作。工業化生產調度需依賴于通信系統，借助通信模塊實現信號傳遞與控制，建立更加穩定的通信傳輸模塊，為沖壓模具設備運行及控制提供指令參數。

4.5 查詢模塊

為用戶提供查詢平臺，主要對已存文件的查看與調用，提高了沖壓模具數控單元操控效率。基于新工業科技時代，橡塑沖壓模具技術成為生產主流趨勢，各種型號模具需建立專項數據庫系統作為查詢平臺，及時掌握橡塑模具相關的數據信息。查詢模塊擴大了數據的可查詢空間，及時提供準確的模具生產數據。

5 結論

沖壓模具數字化快速成形是一種先進技術，能夠為模具生產制造提供更多先進的工藝平臺。從使用情況看，數字化技術采用多種科技為基礎，不斷演變為更深層次的控制模式，利用數控技術、模擬技術、伺服技術等，共同構建為多樣式的數控系統單元，促使了沖壓模具數字化快速成形技術研制成功。數控單元沖壓模具設置編輯、參數、管理、通信、查詢等功能模塊，滿足了快速成型技術應用與控制要求，提高了模具生產操控水平。

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