數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用

周逢海

摘 要：近年來，隨著社會的快速發展，汽車工業以及航天航空制造有了蓬勃發展，隨之沖壓模具的應用范圍以及應用量越來越大，在發展過程中，沖壓模具屬于技術密集型產品，其對工藝技術有著極高的要求，而且要在保障質量的同時，提高生產效率，降低成產成本。所以，我國一直在致力于相關技術的研究，而隨著信息技術的發展，逐步將數字化技術與沖壓模具設計、制造相結合，為上述目標的實現提供了方向與途徑。為此，文章對數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用進行了具體的論述，分析關鍵技術以及管理制度，保障數字化技術的科學、合理應用。

關鍵詞：數字化技術；沖壓模具；模具設計；模具制造

中圖分類號：TG385.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）24-0048-02

數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用，逐步提升了我國沖壓模具設計與制造水平，但是從我國技術發展現狀來看，其與發達國家存在較大的差距，而且在模具設計精度、使用壽命、制造周期、技術穩定性與可靠性等諸多方面仍然存在較大的提升空間。因此，在實現數字化技術在沖壓模具制造與設計中應用后，應重視技術的應用探究，不斷提升制造與設計的質量，并通過有效的管理手段，實現技術的改進，從而為企業發展創造更多的經濟效益。

1 數字化技術在沖壓模具設計與制造中的具體應用

現階段，數字化技術實現了沖壓模具設計與制造全過程的應用如圖1所示，有效提升了沖壓模具設計與制造水平，但也看到其對模具開發的制約。從數字化技術的應用來看，其中涉及到計算機輔助設計技術、輔助制造技術、數字化編程等多項關鍵性技術，具體來講如下：

一是，計算機輔助工程技術。當前數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用主要突出同步開發，在設計與開發過程中貫穿沖壓工藝，從而全方位分析產品工藝以及沖壓工藝性能，這樣在開發與設計過程中都可以保障沖壓工藝得到合理利用，從而快速形成產品，提高了生產效率。但是這一個過程涉及到多個環節，需要計算機輔助計算的幫助才能實現同步進行。因此，借助數字化技術中計算機輔助工程技術，在了解整個沖壓工藝流程的物理規律下，利用該技術真實反應以及模擬出模具與板材之間相互作用的過程，從而分析其關系以及變形的原因[1]。并配合使用有限元方法、非線性理論等實現計算機輔助工程的高效利用，最終在行業內部形成了通用軟件，這些軟件在模具設計環節可以對構成部件的成形進行準確而快速的預見，避免設計上出現問題，提高了設計效率。

二是，參數化程編技術。隨著社會對沖壓模具需求量的增加，要求模具在設計以及制造環節也要提速，數字化控制已由單純型面加工逐漸向結構面等全加工方向發展，從而使模具加工制造的小切深、高進給；精度控制嚴格；打磨次數多；試模工作量大的特點更加突出。但在參數化程編技術的支持下實現了高速加工技術，其對改進上述問題，提升模具加工質量，減少變形問題的出現有著重要的作用。而且在應用過程中大大提升了模具制造的自動化水平，保障精度以及加工效率實現預期目標。具體的程編步驟為：一是，使用編程軟件；二是，通過FTP等網絡導入軟件將信息導入現場數控加工中心；三是，利用機床在線監測功能以及測量機的測量功能進行加工；四是，加工中反饋并更新信息到NC程編數據庫，包括刀具庫、機床庫、零件數據庫；五是，在回收到編程軟件中。整個過程中可以實現信息的快速同步，保障各個生產環節銜接的順暢，從而提升沖壓模具制造的穩定性與可靠性[2]。

三是，模塊化設計技術。這項設計技術的應用是提升沖壓模具設計效率的關鍵，對設計工作來講，結構設計是難點與重點所在，由于其內容較為復雜，必須保障設計的合理性以及準確性。傳統的設計方法中，由于不能實現全數字化的分析，容易在細節上出現錯誤。隨著現代信息技術的發展，逐步實現利用CAD、CAM等一體化設計技術，可以在一個軟件內進行交互繪圖，但是這類軟件在設計過程中需要借助其它軟件修改設計缺陷，所以延長了設計周期，這在一定程上會影響到設計質量。但是目前在設計中應用UG、PROE等計算機一體化設計軟件過程中，實現了整個設計過程中的數字化，與傳統設計軟件相比，其最為先進的部分在于可以實現參數化模塊，利用參數進行設計模塊表示，極大的避免了參數出現錯誤，而且在設計前可以將導板、導柱、沖頭等關鍵部位的設計標準提前導入軟件的數據庫中，這樣直接通過在線數據查找即可以制成設計模板，有效的提升了設計精度以及設計效率。

四是，數字化裝配技術。現階段，通常使用四種方法進行沖壓模具裝配，第一種是分組裝配法、第二種是互換裝配法、第三種是修配裝配法、第四種是調整裝配法。但是傳統在無數字化技術支持情況下，需要到使用現場進行裝配，受多種因素的影響，容易導致單件的精度以及表面受損，從而造成損失。但是數字化環境下進行沖壓模具裝配，可以利用數字化技術對模具單件進行精加工，直接在線對加工完成的模具精度進行檢測，從而能夠及時發現問題做出處理，避免在實際應用中耽誤工作進度[3]。隨著數字化技術的普及，沖壓模具的數字化裝配有了更為廣泛的應用，其中最廣泛應用的方法是修配裝配法，在整個安裝過程中，根據既定的標準對沖壓模具涉及的所有部件進行尺寸檢測，避免在安裝過程中出現間隙，從而提升模具各個部位的匹配性，而且利用這種方法，有效的提升了裝配效率與裝配速度，可以為模具生產與設計爭取更多的時間。

2 數字化技術在沖壓模具設計與制造中的管理

目前，數字化技術在我國沖壓模具制造行業的應用越來越廣泛，其可以集成模具設計、模具分析、模具制造、模具質量檢測等功能于一體，對模具存在的整個生命周期進行控制，但是為了保障每一項功能的有效執行，也需要通過信息化管理提升數字化技術應用的科學性與有效性。企業在利用信息數字化技術對沖壓模具設計與制造進行管理過程中，重點應關注兩個方面，即技術管理與生產管理，技術管理主要應用計算軟件針對模具設計、制造等過程中進行仿真，從而全面進行管理與控制；而生產管理是在技術管理基礎上實現信息化，常用的管理系統有ERP、MES等。具體管理體系的建立有以下幾個方面：

一是，構建產品數據組織模式，在產品整個生命周期范圍內始終保持數據的一致性[4]。利用PDM、CAPP等管理系統存放模具設計與制造數據檔案，并對模具類型進行劃分，建立BOM結構，并在該結構中存放與模具設計、制造相關的文件，例如模具三維模型、設計任務書、更改單等內容，這樣在查找數據過程中直接輸入模具型號編碼其可以出現全部信息，快速的獲取到產品的各項參數，無論在任何生產環節下，按照此方式搜索產品型號則可以始終保持模具數據的一致，從而避免在生產環節出現質量問題。

二是，構建項目管理平臺，優化生產調度。模具生產大部分有車間完成，所以車間管理也是影響模具制造質量的一項重要要素，大部分車間管理都局限在依照生產進度計劃以及客戶訂單要求進行生產，保障項目的質量以及生產時間滿足要求，但是從模具接單、設計到具體的生產其中存在多個單獨環節，這些環節都會出現各種各樣的因素影響最終的模具生產，因此，新的管理模式必須將涉及的環節聯系在一起，而利用ERP、MES等管理系統，構建統一的管理平臺，將銷售、生產、設計等多個部門集成到統一的管理平臺上，生產部門可以從模具下單開始利用計劃排產、物料跟蹤、生產調度等多項功能實現全方位管理，構建計劃層與控制層溝通的橋梁，從而保障計劃與實際生產情況相符合，這樣才能實現高效、高質量的車間管理，并保障生產的順利進行，實現整個生產過程對資源的優化配置，降低企業的生產成本。

三是，構建共享體系。沖壓模具制造行業具有一定的專業性，企業在生產發展中需要不斷了解國內外的先進技術，不斷對本企業的生產工藝流程進行優化，相關技術軟件進行更新。因此，需要構建共享平臺，實現模具設計、工藝以及制造的對接，在設計以及模具生產過程中情況及時進行相關數據貢獻、經驗傳遞，并且在每完成一個項目中，需要所有參與項目工作人員能夠總結自己的經驗，對優化企業的生產與發展提出建設性的意見，從而不斷積累企業的智力資產，為實現企業的長足發展提供持續性的動力支持[5]。

四是，沖壓模具生產管理應以電子化流程存在，這種形式可以在管理結束后以及項目完成后重新對管理過程進行追溯。也就是說，電子化管理流程，能夠保留管理過程中的所有痕跡，任何工作人員以及任何行為都會保留信息，一旦在模具生產過程中出現問題，審批人員可以直接通過追溯電子化流程，分析出現問題的原因，并直接找到該環節的負責人，快速了解情況，對問題進行處理，從而減少企業的損失以及對企業造成的影響。

此外，數字化技術對模具的開發有一定的限制，完全實現標準化的設計與制造，增強了模具生產的重復性，這樣會對設計人員以及生產人員的工作情緒、能力造成影響，所以，企業在發展過程中要始終注意工作人員的素質，并不斷組織設計人員與制造人員進行專業的培訓，合理應用數字化技術，并結合新的工作方式發揮創造性。

3 結語

綜上所述，隨著沖壓模具應用需求量的增加，沖壓模具制造行業也認識到能力的提升才能保障產品質量與企業的品牌形象，所以引入數字化技術逐步提升生產力，從設計以及生產環節控制質量問題，實現發展上質的飛越。但是利用數字化技術要保障其功能以及作用的充分發揮，及時對其中存在的不良情況進行改進，從而為實現企業的長足發展奠定堅實基礎。

參考文獻

[1]魏健民.淺談數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用[J].科學技術創新，2018，30（19）：152-153.

[2]秦現磊，陳清奎，高博，等.基于沉浸性《沖壓工藝與模具設計》數字化課程設計[J].模具工業，2018，26（1）：70-72.

[3]鮮小紅.基于Dynaform的印涂鋁蓋沖壓拉深模具間隙的數字化設計技術[J].鍛壓技術，2017，24（1）：41-46.

[4]鮮小紅.基于Dynaform的印涂鋁蓋底部圓角的數字化設計技術[J].鍛壓技術，2016，19（11）：143-148.