模具製造-數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用

模具製造-數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用
隨著數字化技術的快速發展和普及，塑膠射出數字化已經應用到了模具制造的全過程。模具數字化技術是制約沖壓模具開發的一個重要因素。模具的數字化技術，就是計算機技術或計算機輔助技術在模具設計制造過程中的應用。

　　近年來，伴隨著我國航空制造業和汽車工業的迅猛發展，沖壓模具每年都在以20%的增速發展。沖壓模具是沖壓生産必不可少的工藝裝備，是技術密集型産品。沖壓件的質量、生産效率以及生産成本等與模具設計和制造有直接關系。如在一個車型生命中，周期最短、變化最頻繁的是車身，車身開發的關鍵在于車身沖壓模具的設計和制造，約占汽車開發時間的2/3，是制約新車型快速上市的關鍵因素。

　　在我國，進口模具占據了國內中高端模具市場的50%左右。以大型、精密、複雜爲代表的高技術含量模具方面與國際先進水平相比，我們尚有5~10年左右的差距。在沖壓模具制造行業內，差距主要表現在精度、壽命、制造周期及使用穩定性和可靠性等方面，模具數字化設計制造技術的落後是造成産品落後的最主要原因之一。如何在有限的研制周期內交付給用戶高質量模具，需要沖壓模具企業從技術和管理上進行改進。模具數字化設計制造及企業信息化管理技術（包括數字化設計、加工、分析以及制造過程中的信息管理，即模具的CAD/CAE/CAM/DNC技術）是國際上公認的提高模具行業整體水平的有效技術手段，能夠極大地提高模具生産效率和産品質量，並提升企業的綜合水平和效益。

　　模具數字化設計與制造中的關鍵技術

　　隨著數字化技術的快速發展和普及，數字化已經應用到了模具制造的全過程。由圖1分析得知，模具數字化技術是制約沖壓模具開發的一個重要因素。模具的數字化技術，就是計算機射出代工技術或計算機輔助技術在模具設計制造過程中的應用。總結國內外沖壓模具企業應用計算機輔助技術的成功經驗，根據沖壓模具制造流程，數字化沖壓模具技術主要體現在4個方面。

　　1、沖壓成形CAE技術在産品設計同步工程的應用

　　同步開發中沖壓工藝貫穿于新産品的全過程，從了解産品的工藝，到産品的沖壓工藝性分析，再到模具的開發都需要沖壓工藝人員的全程參與。沖壓CAE技術是從沖壓成形過程的實際物理規律出發，借助計算機真實地反映模具與板料的相互作用關系及板料實際變形的全過程。

　　隨著非線性理論、有限元方法和計算機硬件的迅速發展，板料沖壓成形過程的CAE分析技術經過長期的發展已經進入工業使用階段，並形成了一些通用或專用的軟件，如AutoForm/PAM-STAMP等。這些軟件提供以下分析和模擬結果：材料的流動、厚度的變化、破壞、起皺、回彈，以及殘余應力和應變。利用CAE技術在産品概念設計階段就可使模具企業對産品每一個零件的成形性、工藝性提出迅速、准確的預見。在極短的時間內對零件的外形提出評估意見，給出准確翔實的分析報告，包括數模修改依據、修改方法以及對後續工序的影響，作爲結構設計部門對産品進行改進或方案確定的依據[1]。

　　2、基于模塊化的快速設計系統

　　對于沖壓模具來說，結構設計往往占了設計工作量的很大一部分。隨著計算機技術的快速發展，CAD/CAE/CAM一體化技術得到了廣泛應用。而沖壓模具CAD技術在國內的應用，仍然停留在依靠模具設計人員的經驗，在通用CAD軟件系統上進行交互繪圖和造型的層次上，從而不能及時發現設計過程中的缺陷，延長了模具的設計周期，在某種程度上也影響了設計質量。基于UG/PROE等一系列計算機數字化造型軟件使模具的參數化模塊設計讓“模具快速設計”成爲可能。要進行模具的參數化模塊設計，標准件庫和模板是基礎。通過軟件，將導柱、導板、沖頭等一系列的標准件統計入庫，以便設計時調用；同時，根據不同的零件把其相應的模具結構參數化制作成模板，同樣入結構庫。在拿到模具設計任務後，預先消化任務要求（生産廠家要求、沖壓要求）；其次結合現場實際生産經驗，調用模具結構庫，進行初設計；再次進行模面設計，再進行調用標准件庫，組裝標准件；最後合裝成一套完整模具[2]。通過參數化模塊設計實現典型結構模板化和重複工作智能化。

　　（1）典型結構模板化。基于模板化的思想，將沖壓模具各種典型的結構進行分類總結，提取其中可實現參數化控制之處，生成智能化模板在整個設計的建模過程中予以應用。

　　（2）重複工作智能化。將設計過程中的重複工作，通過載入智能化模板和二次開發模具製造工具來達到縮短設計周期的目的。