數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用分析

周立華

(成都理工大學工程技術學院，四川 樂山 614000)

長期以來，受多重因素影響，我國沖壓模具設計與制造中存在精度低、壽命短、生產周期長、可靠性差等系列問題，一定程度上限制了工業現代化水平。沖壓模具本身作為一類技術密集型、知識密集型產品，對科技發展的依賴性較高。數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用，有效提升了相關工作效率及質量，是現代企業發展的必然訴求，對推動我國沖壓模具行業的健康發展亦有重要現實意義，由此其踐行勢在必行。

1 數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用優勢

隨著現代工業發展，智能制造引動了整個行業的深刻變革，對數字化技術的應用愈加廣泛，并由此產出了巨大的價值。傳統沖壓模具整體設計是依賴技術人員進行沖壓件排樣和沖裁力計算問題等操作，一般根據自身經驗進行，也導致工作人員一旦疏忽，就會出現錯誤，影響整體沖壓模具質量，使企業產生損失。[1]但是在沖壓件排樣、沖載力計算等實際問題解決中，一旦出現疏漏，則可能造成企業不可估量的損失。而數字化技術的應用導入，則輕松解決了上述問題，并可通過仿真模擬實現再優化，降低了相關成本投入，有效提升了沖壓模具設計精度。同時，數字化技術在沖壓模具制造中的應用，主要對模具結構進行三維數控加工，保證了與設計輸出高度的一致性，沖壓模具的加工質量大幅提升，并且有效把握了各環節的工作量，減少了不必要耗費。如此，對加強企業生產成本方面的控制亦有非凡的現實意義。另外，基于數字化技術應用支持的沖壓模具制造，更有利于企業在裝配方式上的優化，降低了沖壓件的損壞率，一定程度上保證了企業最大經濟效益產出。正是源于數字化技術在沖壓模具設計與制造中的多重應用優勢，對提升企業在整個行業中的競爭實力作用顯著，因而十分重要。

2 數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用類型

2.1 沖壓成型CAE技術

沖壓成型CAE技術作為數字化技術在沖壓模具設計與制造中應用最廣泛的類型之一，是根據沖壓模具成型物理規律，并充分依托計算機輸出模具和板料之間的作用，觀察板料成型的過程。時至今日，隨著宏觀社會科技發展，非線性理論、有限元方法等研究日臻成熟完善，加之計算機軟硬件系統逐步升級，使得沖壓成型CAE技術的應用優勢愈加突出，并由此衍生出了一些專業的設計軟件，如Auto-Form/PAM STAMP等。在沖壓模具設計實踐中，基于此軟件平臺支持，相關技術人員可更為直觀地觀察輸出板料成型過程中的數據動態，并由此精準分析板料厚度、起皺、流動形式等情況，進而結合模擬反饋結構實現最優化設計。同時，計算機輔助設計技術的應用，還有效實現了整個產品生成流程的高度統一，包括產品設計、工藝分析以及模具開發等，并可根據產品的實際特點進行及時調整，為后續加工及裝配工作展開提供了必要的數據指導，由此大大降低了沖壓模具的生產時間，增強了相關工藝方案的科學性、系統性以及可操作性。

2.2 模塊化快速設計技術

在目前的模具設計過程中，結構設計環節是設計過程中極其重要也是工作量最大的組成部分。[2]近年來，隨著計算機技術的快速革新與發展，沖壓模具CAD技術的應用越發廣泛，為相關從業人員提供了諸多方面的便利操作服務，但對其本身經驗累積仍有著較高的要求，現有的軟件設計水平仍舊停滯于交互繪圖、造型的層次上，并不足以支持發現新型模具產品的設計缺陷，導致此過程中所耗費的時間周期較長，同時還在一定程度上降低了沖壓模具設計質量。而諸如UG、PROE等系類更為高端的計算機造型軟件開發，通過導入參數化模塊，將導柱、導板、沖頭等標準件列入到數據系統，從而方便了產品設計中的調用，增加了模塊化設計的可能性。在實際操作過程中，相關技術人員可結合產品特點及需求，在設計前導入沖壓模具的相關結構參數，繼而生成模板，有效減少了后續工作量，并提高了產品設計精度。另外，參數化編程還在很大程度上推進了沖壓模具加工質量的標準化，從而展現出了更為可靠的穩定性。

2.3 數字化裝配技術

傳統沖壓模具制造工藝中，企業首要在加工中心進行基本性加工處理，隨后進行現場裝配，但是這種分組方法的應用無法有效保證導柱精度，從而降低了標準件質量。相比之下，數字化裝配技術改善了傳統分組裝配工藝，通過OMV軟件對加工后的單品進行在線測量，繼而形成上下模座導向、導柱的數據，最終通過對比分析，及時發現其中存在的問題，繼而對誤差較大的情況進行修正，充分保證了上下模座導向、導柱精度維持在合理范圍，如此對提高加工間的質量作用顯著。在具體的操作踐行中，企業依托相關準確數據支持，直接配磨導板及其他零件，從而保證了導向間隙控制在標準范圍內，最終做到合模裝配。在整個流程組織中，數字化裝配技術應用，有效提升了沖壓模具制造過程中的合模進度，為后續調試工作爭取到了更多時間，進而充分完成數量測量和軟件分析等系列工作，是提高沖壓模具制造質量的關鍵一環。

3 數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用實踐

3.1 數據管理

數字化技術在沖壓模具設計與制造中應用的關鍵，首要建立數字化管理體系，繼而實時采集此過程中的進度、質量、物料等信息數據，并基于此形成成熟的工藝體系，提升自身核心競爭力。目前來講，常用的數據管理軟件包括PDM、CAPP等，并由此建構BOM結構數據庫，進而實現各類數據文件相互關聯，如數模、三維模型、兼具數據等。在此基礎之上，相關技術從業人員只需在大數據系統中調取沖壓模具的名稱、型號等信息，即可便捷地完成沖壓模具設計與制造工作，大幅提升了其產出效率，如此還有利于整個動態流程高度的一致性管理。事實上，數據集約化管理，已然成為現代智能制造領域的核心，并實現了多重方面的優勢功能負載，是沖壓模具設計與制造優化的關鍵支持。

3.2 項目管理

在實際操作踐行過程中，一個成熟的沖壓模具設計與制造項目可能會涉及到上百套沖壓模具，并且每套成形都可能需要花費幾個月的時間，加之繁瑣的監控體系，導致其質量難有保障。而數字化技術支持環境下的沖壓模具設計與制造項目管理，通過ERP、MES等應用系統導入，有機地將訂單管理、計劃設計、投入排產、物料追蹤、生產調度等集整在統一平臺上，并通過各類軟件集成實現沖壓模具設計與制造的一體化操作管理，同步進行多個點位環節的動態監控，大大提升了企業產品生產效率及質量。從另一個維度視角上講，基于數字化技術支持的沖壓模具設計與制造項目管理，還有效節約了人力資本投入。

3.3 知識管理

某種維度上講，沖壓模具設計與制造作為一個典型的知識密集型行業，對“經驗”有著極高的依賴性。沖壓模具的設計和生產工作，不僅需要達到一定的技術標準，同時需要累積一定的經驗，因此在沖壓模具制造過程中，需要建立一個知識管理體系，把有關沖壓模具從設計到生產的所有技術數據、理論數據和經驗數據都記錄下來，建成知識管理體系，保證企業核心技術。[3]數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用，通過對各個環節的動態監控，實現了更為龐大的數據信息累積，以數據管理為依托，從而有助于形成企業獨特的設計理念與制造工藝，對提升其在經濟市場中的競爭力作用顯著。同時，沖壓模具設計與制造企業構建一個完善的數字化管理平臺，形成統一的數據庫，提高知識管理成效，并與其他企業進行交互共享，實現了更多有效經驗的累積，對推動行業發展有著非凡的意義。

4 結語

目前來講，數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用主流包括沖壓成型CAE技術、模塊化快速設計技術、數字化裝配技術等，在實際踐行過程中，應以此為依托，進一步加強數據管理、項目管理和知識管理，從而保證其最大效益價值產出。作者希望學術界持續關注此類課題研究，結合實際情況，從不同視角提出更多有效性建議，為制造領域的發展做貢獻。