沖壓模具設計與制造中數字化技術的應用探討

摘 要：本文闡述了沖壓磨具目前在設計與制造中存在問題，列舉了數字化技術在沖壓磨具行業中的應用情況，數字化技術在沖壓磨具行業的應用需要依靠信息化管理，合理的信息化管理體系有利于發揮數字化技術的優勢，提高磨具生產效率及精度。

關鍵詞：沖壓磨具 數字化技術 信息化管理 應用

0引言

制造業的不斷發展使沖壓產品在機械設備中占的比重越來越大，隨著沖壓產品精度要求及表面要求的不斷提高，沖壓磨具需要有更高的沖壓精度、沖壓效率、使用穩定性及使用壽命。目前沖壓磨具每年的增長率為20%。但國產大型磨具的精密度、復雜化與國外有較大差距，其中50%的高端磨具依靠進口。因此，在磨具精度、加工周期、使用壽命、使用可靠性等方面進行突破，是提高沖壓磨具質量的關鍵。目前模具數字化設計制造技術在磨具的生產中發揮重要的作用。磨具企業利用數字化技術做好磨具的設計、加工、分析以及制造過程中的控制，可有效地提高沖壓模具生產效率及質量，促進沖壓磨具行業的發展。

1.沖壓模具制造中存在的問題

目前，沖壓磨具研制周期長，質量低，原因主要包括以下幾個方面：

⑴沖壓工藝方面

技術協調性不夠，成型分析修改反復，無專家系統，歷史經驗數據少，對CAE技術應用不足，成型精度不高。

⑵磨具結構設計方面

磨具結構設計不合理，浪費原料嚴重，設計人員流動量大，設計效率低，缺少標準化模板及智能化模板。

⑶制造調試

磨具工藝設計不合理，加工精度不高，無先進的加工設備，人工加工工作量大，加工周期長，缺乏有效的在線檢測設備，零件超差。

2.模具設計與制造中的數字化技術的應用

沖壓模具的數字化設計與制造技術，利用計算機輔助技術及計算機技術實現模具設計及制造。提高磨具的精度及使用壽命。在沖壓磨具行業的應用主要包括：

2.1沖壓成形CAE技術的應用

沖壓CAE技術是根據沖壓成形過程磨具與板料變形的規律，利用計算機技術模擬板料實際變形的全過程及模具與板料的相互作用關系。沖壓CAE技術融合了非線性理論、有限元方法及計算機技術。目前已經進入工業使用階段，其中比較典型有DynaForm、AutoForm、PAM-STAMP等，這些軟件能成功的模擬材料厚度的變化、回彈、起皺、破壞及殘余應力等。便于在設計階段分析零件的成形性及工藝性，發現問題并進行優化。

2.2基于模塊化的磨具的快速設計

目前在UG、Proe等三維設計軟件中有專用磨具設計模塊，磨具企業可通過建立參數化模塊、標準件庫及不同的模板實現“模具快速設計”。通過設計軟件把公用標準件（導柱、導板、沖頭等）統計人庫便于調用。將模具結構制作成模板存入結構庫。沖壓磨具的開發設計需要充分了解產品的加工工藝，并對沖壓工藝性進行合理性分析，結合現場實際生產經驗，利用建好的模具結構庫及標準件庫，完成磨具的參數化模塊設計。針對典型零件采用模板化設計。采用二次開發工具實現對設計過程中的重復工作的智能化操作，縮短設計周期。

2.3利用參數化程編實現模具的高速、高精度加工

合理的加工策略及安全的走刀軌跡是控制模具加工精度的關鍵。數控加工可實現磨具型面和結構面的高速加工。高進給，小切深、提高磨具表面質量及加工精度，可直接對淬火鋼進行精加工，并保證較高的表面質量及尺寸精度，高速加工過程需要機床、刀具和數控編程三個方面的配合。通過建立刀具庫、機床庫及零件庫，并將各庫對應的數字參數通過編程做成CAM加工模板。

2.4數字化裝配技術

目前，可通過OMV在機測量對精加工后的模具單件進行在線測量，通過對測量結果進行記錄、統計及對比，發現超差立即更改。有效的保證模具合模質量。另外，國外目前采用修配裝配法進行模具的裝配。通過尺寸測量，配磨導板或其他零件，實現導向間隙的控制并保證裝配質量。提高合模進度，節省時間，為后續模具的調試提供數據依據。

3.沖壓磨具企業的信息化管理

磨具企業通過信息化管理體系優化磨具開發模式，實現設計、加工工藝等重要數據的積累和共享。以車間作業調度為核心，實時采集及控制生產過程中的質量、進度及物料信息。實現磨具企業所有業務過程及管理過程的信息化的，提高企業磨具生產效率。具體包括：

3.1 合理的系統流程

PDM/CAPP系統可方便的實現流程的電子化操作，包括審批流程及發放流程等，所有流程按規則進行執行，系統對各個流程進行記錄，實現生產過程的可追溯性。

3.2 模具資料的管理

采用PDM/CAPP來實現模具檔案的管理，在管理系統中建立不同模具的分層BOM，將與模具零件相關的各類文件與產品結構關聯起來。便于設計工程師及下游部門根據零件圖號、零件名稱來查詢技術資料，并保證數據的一致性。

3.3項目管理

模具的進度采集與控制管理過程比較繁瑣。有的項目多達上百套模具，每套磨具需要同時監控許多設計、制造及交付節點。ERP/MES系統作為計劃層和控制層之間的橋梁和紐帶，將計劃、生產與控制緊密聯系起來，可實現在統一平臺上進行訂單管理。利用磨具項目計劃節點，作為數據采集與控制的節點，實現磨具項目高效管理。

3.4知識管理體系管理

建立磨具知識管理體系，包括模具設計、加工工藝流程和生產參數等信息。通過搭建集成化平臺形成一個統一的數據管理系統， 實現數據庫與設計、工藝及制造之間的對接。實現磨具資料的積累。

4.結論

數字化技術在沖壓模具生產制造過程中的應用，有利于提高磨具的生產效率、磨具精度及使用壽命，極大的促進了沖壓磨具行業的發展。

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作者簡介：程梓桓（1982.07.10）；性別：男，籍貫：廣東陽江，民族：漢族，學歷：本科，畢業于湛江師范學院；

現有職稱：助理機械工程師。