數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用

李凌云

[摘 要] 沖壓模具的市場需求量在以每年20%的速率不斷增長，但是我國在沖壓模具的設計和制造上依然存在許多問題，如，生產周期過長、使用壽命較短、精度較低、使用不穩定，等等，據調查我國的中高端模具約有50%來自進口，這無疑體現出我國在沖壓模具設計和制造之上的嚴重缺陷。對此，可以將數字化技術融入沖壓模具的設計與制造過程中，用以提高模具的生產質量，減少航空制造業與汽車工業對進口產品的依賴。

[關 鍵 詞] 數字化技術；沖壓模具；設計與制造

[中圖分類號] G385.2 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）28-0079-01

一、數字化技術的應用意義

借助數字化技術來完成模具的設計與制造，將數字化技術貫穿于整個設計、制造過程之中，在模具的虛擬檢測、虛擬裝配、虛擬制造、三維可視化設計、仿真以及虛擬成形過程中加以利用，同時借助數字化機床來加工生產模具，這便是數字化技術在沖壓模具生產中所具有的應用意義。

現階段，模具在設計與制造上出現了并行化、數字化、集成化以及知識化的“四化”發展趨勢，作為一項核心技術，數字化技術得到了快速的創新開發，其基本構思是將數字化技術應用到模具的整個開發過程中，將圖形、技能、知識以及數據等信息儲存起來，并在必要的時刻進行處理與控制，由于數字化技術具有定量表達功能，因此可以預測模具的性能、分析模具的可制造性，還能推動制造業的不斷發展，使其從傳統生產型向著當前的知識型不斷轉化。可以說，制造業尤其是沖壓模具制造業的數字化已經是必然的發展趨勢，數字化技術甚至成為產品生產的驅動因素，模具的設計、分析以及加工制造均需要數字化技術給予有力的支撐。

二、數字化技術的具體應用

（一）沖壓成形計算機輔助工程技術

從最初對產品工藝的了解開始，到對模具工藝性的分析，最后到模具的開發，模具新產品的整個設計、開發過程均有數字化技術的身影，可以說，數字化技術可以實現工藝與模具的同步開發。模具在沖壓成形的過程中具有一定的基本物理規律，在遵守規律這一前提下，使用計算機便可以全面掌握模具和板料之間的相互關系，還能借助專用設計軟件模擬出板料的整個變形過程。

近年來，計算機的硬件不斷升級，有限元方法與非線性理論愈加完善，計算機輔助工程技術也隨之越來越成熟，工業生產因此開始采用一系列的通用軟件，如Auto Form/PAM-STAMP等，這些軟件具有很高的兼容性和專業性，可以在模具設計階段實現對單個零件的成形設計與工藝分析，可以顯著提升模具設計效率。

（二）模塊化的數字快速設計系統

如何實現對結構的合理設計是沖壓模具設計工作中最為重要的一個問題，如何完成巨大的結構設計工作量同樣引人思考，人們可以通過使用CAD技術來實現快速設計目標。我國對于CAD技術的利用程度不夠深，雖然近些年來已經對CAD技術進行了許多探索，但是CAD技術在沖壓模具的生產設計中依然存在著許多問題，如，設計人員缺乏足夠的經驗、設計人員對CAD技術有著較高的依賴性、對CAD技術的利用依然停留在造型和繪圖等基礎層次之上、無法利用CAD軟件來發現設計產品中存在的不足，等等。這些問題將會導致模具設計周期變長，從某個角度來說也會影響到模具的最終產品質量。對于這種情況，人們可以選擇UG/PROE等數字化造型軟件進行開發，實現對沖壓模具的模塊化設計。

該系統具有非常鮮明的優勢，其軟件具有標準的件庫與模板，以此為基礎將參數化的模塊引入其中，可以在設計產品的過程中隨時調用導板、導柱等標準件的信息，操作人員只需要將相關參數導入軟件之中便可以實現對模具的精準設計。對于已有的、需要量產化的模具，則可以在制造模板之前將參數導入并設置。

（三）數字化的裝配技術

沖壓模具在現階段共有四種裝配方法：（1）互換法；（2）分組法；（3）修配法；（4）調整法。其中的分組裝配法是最為常用的裝配方法，多用于沖壓模具的早期加工，模具在加工中心經過充分加工之后需要在現場進行裝配。這種方法最大的缺點是難以確保單個組間具有良好的導柱精度或導滑面位置度，導柱導板可能出現拉傷，最終導致標準件的損壞。將數字化技術引入，可以將沖壓模具的精加工結果測量并記錄下來，隨后與設計要求作出對比，便可以及時發現問題。由于測量、記錄與反饋均是在線完成，可以在問題被發現后迅速進行解決，因此無論是加工精度還是加工質量，沖壓模具都會得到相應的提高。而修配裝配法則是歐美等發達國家使用的最典型的方法，裝配前進行精確測量，數據記錄下來之后導入相關系統，操作人員可以控制數字化設備直接配磨其他零件與導板，如此可以獲得精準的導向間隙，從而實現合模裝配。可以說，無論是修配裝配法還是分組裝配法，沖壓模板在加工中應用數字化裝配技術能夠節省模具的后續調試時間，提高模具加工質量。

三、結束語

沖壓模具常用于汽車與航空制造業之中，這些行業對沖壓模具的質量與精度有著較高的要求，我國傳統加工業難以實現其需求，因此通常以進口的方式來補足供需缺口。好在隨著數字化技術的應用，沖壓模具在設計與制造上實現了飛躍式的進步，不僅加工精度與加工質量得到提高，其設計、制造效率更有明顯提升。因此，加工制造企業應該將數字化技術充分應用在沖壓模具的制造與設計之中，以此來改善沖壓模具的不良現狀，推動企業與行業的全面發展。

參考文獻：

[1]尹湘云.沖壓模具數字化設計手冊軟件的開發技術研究[D].四川大學，2003.

[2]楊漢，劉安明，祝云.數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用[J].航空制造技術，2013（5）.