數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用

許鐵濤 郭迎春 宗 珂 楊志勇

1 數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用優勢

1.1 提升設計精度

在以往沖壓模具的設計中，沖壓件的排樣、沖裁力的計算等，主要依賴技術人員的經驗，稍有疏忽，就會出現錯誤，造成損失，而將數字化技術引入模具設計中則可以輕松解決這些問題。計算機技術的不斷發展，以及沖壓仿真模擬技術的更新換代，使沖壓模具設計更加簡便、設計準確率更高、結構更精巧、工序內容更復雜、模具成本更低，沖壓模具設計的質量得到明顯改善[1]。而且，通過計算機技術輔助模具設計，可以使沖壓工藝和模具結構等設計對象參數化，這樣的設計方式更加方便快捷，沖壓模具開發過程中經常會出現沖壓件設變的情況，計算機輔助設計使沖壓工藝和模具結構的更改更加便捷，而且很大程度上降低了設計差錯率，提升了設計的精準度，提高了產品的質量，數字化技術在模具設計方面優勢，是以往的設計方式無法企及的。

1.2 提高加工效率

將數字化技術引入沖壓模具的制造加工環節，是對以往加工方式的一種突破，在加工中，以往是借助單一的型面加工方式，這種加工形式有著非常大的局限性，所以加工效率以及加工質量比較低，也無法滿足現代制造業的發展需求。但是引入數字化技術后，如今采用的方法是模具結構全三維數控加工，不僅大大提高了模具加工精度，使模具實體與設計輸出高度一致，而且數字化的三維模具造型已經細致區分了模具各部分的加工精度，讓加工環節能夠準確把握模具加工的工作量，使模具加工真正做到該精細的地方精細，改粗放的地方粗放，減少不必要的工作量。這樣，大面積加工型面的情況得以減少，試模工作量也得以有效減少，另外，模具本身的精度得到了提升。在刀具使用方面，根據模具不同部位的設計精度要求選用合適的刀具，避免“牛刀殺雞”的現象出現，這樣既可以滿足在設計精度方面提出的要求，又能使刀具費用得到有效降低。

1.3 降低裝配損壞概率

裝配的方式可以分為四種，分別是互換法、分組法、修配法以及調整法。這四種方法在模具加工中可以進行靈活運用[2]。按照一定的順序在模具制造中應用，可以提高模具的加工精度，降低沖壓模具在裝配中損壞的概率，這對于企業來說，一方面代表著裝配技術進入新的發展階段，另一方面，意味著可以節約模具制造過程中的成本消耗，提升企業的經濟效益，提升企業的競爭力，可見將數字化技術引入沖壓模具的裝配過程中優勢明顯。

2 關鍵技術

2.1 沖壓模具計算機輔助設計技術

在整個沖壓模具的設計開發階段，從最初的產品設計，到后來產品沖壓工藝的分析，再到模具開發，因為計算機輔助技術的參與而變得高度統一，產品的設計可以根據需要實現快速更改，沖壓工藝的制定和模具結構的設計也能夠根據產品的設變實現及時更改，計算機輔助設計貫穿整個模具開發過程，甚至直接指導了后期的加工和裝配，為模具的開發制造提供了可靠的數據保障。從中可以看出，計算機輔助設計技術在沖壓模具開發中占據重要地位。如今，各種CAD、CAE、CAM技術在產品開發、模具結構設計、沖壓工藝分析、模面處理、回彈補償以及加工裝配，甚至沖壓生產過程模擬等沖壓設計方面都發揮著至關重要的作用。這些技術的應用，不僅大大縮短了沖壓產品從設計到量產的開發周期，而且精確的分析手段和模擬技術為更復雜的產品設計提供了可靠的沖壓工藝方案，使越來越復雜、精美的產品得以制造生產。分析軟件以及其他計算機輔助技術在非線性理論以及有限元方法的支持下，借助越來越完善的計算機硬件設施，在沖壓模具行業中已經開始顯露出自身的優勢，同時通用的設計和分析軟件來輔助設計和實際生產，使得模具設計和實際生產結合得更加緊密，實際生產中出現的模具問題可以在逆向技術的幫助下映射到模具造型中，并通過圖紙修改重新完成型面修復，不需要依賴調試鉗工的個人經驗就可以實現模具的快速修復或者復制，為現場生產提供了可靠方便的維護手段。

2.2 模塊化快速設計系統

在模具設計中，最重要也是工作量最大的環節就是結構設計，如今計算機技術正處于迅猛發展階段，各類新型技術被應用在設計中，CAD技術在模具設計中被廣泛應用，但是對設計人員的技術和經驗要求是非常高的，利用各種CAD軟件進行沖壓模具設計，在國內雖然已經相當普遍，但使用的是軟件中通用設計功能，借助普通的CAD軟件還無法發現設計中存在的問題，這就導致設計周期相對較長，而且在一定程度上影響了設計質量和后期的加工調試工作。而引入數字化技術后，各種專業的設計模塊和仿真模塊被集成應用，模具設計的各個環節已經可以實現模塊化設計，設計效率得到了有效提升。

2.3 數字化裝配

數字化裝配也是非常重要的一種技術應用，在模具的早期加工中，需要先在加工中心進行基本加工，然后在現場進行裝配，使用最多的就是分組法，這種方法有一個缺陷，就是單件裝配的狀態下，無法保證導柱精度，那么導板可能會產生拉傷，標準件的質量也會受到影響。引入數字化技術后，則可以對加工后的單件進行在線測量，然后將測量結果直接記錄在軟件中，與設計參數進行對比，若是發現問題可以進行修正，提升了裝配精度，同時也保證了加工質量。

3 建立數字化管理體系

3.1 產品數據系統

用數字化系統來管理沖壓模具，建立各類數據庫，將數據關聯，設計人員可以在系統中按照屬于相關部門的編號和名稱來查詢具體的信息，同時也可以逐層展開產品結構，這樣可以獲得相關的信息，設計人員不需要了解資料在系統中具體的位置，可以通過檢索的方式快速查找。在數字化技術支持下，可以實現數據的統一管理，提升工作效率。

3.2 項目管理平臺

項目管理是沖壓模具生產中的一項難題，生產管理就是依據訂單，每一套模具從最初接單到生產，各個環節是獨立的，有專門的人員負責，在操作中，每個項目中會包括幾十上百套模具，每一套從設計到生產通常需要幾個月運轉，而同時應對幾十上百套模具的設計和生產是非常復雜的工作，最關鍵是工作效率無法保證，但是在引入數字化技術后，就可以用數字化系統來進行項目管理，在線上統一進行訂單管理，對設計生產過程進行統一調度。

3.3 知識管理體系

沖壓模具從設計到生產，不僅需要在技術上達到一定的標準，在經驗上也需要一定的積累，無論是國內企業還是國外的一些生產公司，基本上從設計到生產都形成了自己的數據庫，那么就要搭建起專門的數字化平臺，建立統一的數據庫，這樣才能具備知識管理的核心，形成企業自身的經營特色。

4 結語

目前信息技術正處于高速發展中，沖壓模具制造已經從原來的機械形式轉變為自動化體系，數字化技術的引入，讓模具的精度和加工效率得到了有效提升，國內沖壓模具方面的發展速度得到了有效的提升，使用壽命也得到了延長。

[1]王鑫，張耀虎.汽車零件沖壓模具用導柱表面Ni-SiO_2納米復合鍍層的耐磨性能[J].兵器材料科學與工程，2017，（6）：66-69.

[2]蔣琴仙，施江瀾，戴仁俊.“沖壓模具的結構分析與拆裝”網上虛擬實驗[J].實驗室研究與探索，2006，（5）：629-631，662.