數字化技術在模具制造中的應用

陳瑞珠

珠海格力精密模具有限公司 廣東 珠海 519070

近年來,模具市場需求量不斷增多,加工制作工藝快速發展,而模具制造在工業生產領域的質量要求較高,實現其生產制造的數字化、專業化和流水線化勢在必行。隨著數字化技術的不斷發展,模具數字化制造技術取得了極大進步,再加上各種新材料、新工藝、新技術在模具加工制造中的應用,顯著提高了模具的數字化制造水平。

1 模具自動化制造的意義

產品的個性化需求是人類對于產品的終極性需求,應對這一需求模式的是全社會基于網絡連接的智能制造資源的訂購模式的運行。但是在相當長的歷史時期內,滿足人們需求的產品生產方式將依然是大批量生產的大眾化需求產品(總量上漸漸呈現遞減狀態)、中小批量快速變化的小眾化需求產品(總量呈現加速狀態)與單件性個人定制的個性化產品(呈現出苗頭狀態)并存。而適應大批量與中小批量產品生產方式的模具設計與制造將長期需要,不可能消失。

盡管大型模具企業的年產值呈現增長的趨勢,但是與西方發達國家相比雖然在總量上高于他們,但是從人均生產效率來看依然與西方發達國家低。另外,因為生產方式存在一定的單一性問題,生產周期也造成了產品的難以預測性返工的情況也時有發生。因為這種生產方式過度依賴于經驗豐富的老員工,顯然經驗豐富的老員工數量肯定是不足的,也就造成了返工的現象更多。返工現象會帶來很多的問題,首先會造成成本的增強,其次工作人員也會因為返工帶來極大的體力勞動和工作厭煩。以上問題也是模具制造人員的招收困難與人員流失嚴重是行業的一致的困境。這一切都迫切需要模具制造的自動化來解決。

2 模具數字化設計

2.1 三維實體創建

三維實體設計的出現使CAD技術從單純模仿工程圖紙的三視圖模式中解放了出來,三維實體設計能夠直觀地反映設計的真實狀態,通過運動模擬、干涉檢查等分析手段,在設計階段就能避免以往在生產制造中才能發現的問題,從而降低模具制造的成本。

2.2 模具設計資料庫

模具設計資料庫包含標準件庫、沖壓設備庫、典型結構庫及基本結構庫4部分。標準件庫為模具結構設計提供可以直接裝配的參數化、系列化零件;沖壓設備庫、典型結構庫為結構設計提供可參考的模型;而參數化的基礎結構庫使模具設計更加靈活、智能。模具標準化資料庫的建立,有效縮短了模具的設計周期,提高了模具質量。

2.3 自動沖壓過程仿真

自動沖壓線中各機構形狀和運動比較復雜,通過沖壓線的過程仿真既可以直觀地看到整個過程中的各部件位置關系,又可以輸出干涉曲線,從而發現設計中可能存在的干涉現象,及時進行結構優化。這樣,就可以在設計中對端拾機構以及斜楔機構進行修改,避免模具線上調試和生產時產生干涉,達到降低模具調試成本,縮短生產周期的目的。

3 數字化制造環節擬解決的關鍵問題與措施

20世紀80年代中后期,規模上從小作坊開始,一部分企業發展成中大型模具企業,少數進入中國模具協會認定的骨干企業。生產工具經歷過短暫的手動控制普通機床加工時期,90年代始逐步引入數控機床,到現在完全進入由數字控制的機床時期。數字化程序控制取代了人手直接參與正在進行的機床加工零件的過程,極大解放了人的體力,從理論上說可以實現了機床生產的半自動化;且產品質量基本是由程序與機床質量決定;同時機床的柔性化水平有了極大提高,只要在加工范圍之內,不同形狀尺寸的模具零件只要改變程序都能得到加工,解決了模具單件生產方式下機床最少化問題,提高了高精度高成本機床的利用率。

目前,我國在數字化控制的半自動實行中有很多問題需要解決,因此半自動實質上還是需要投入不少的人工,不能真正做到少人化、無人化。其實,造成問題的主要原因還是因為編程人員對機床的操作不熟悉,可能只是在書本中學習的理論知識沒有實際接觸過機床的操作。通用程序在機床具體加工前需要對每臺機床很熟練的操作者去修改程序、修改切削參數、作刀具補償等一系列加工前程序處理工作,再加上裝夾工件、對刀等,每臺機床都需要機床操作人員做大量輔助工作。

4 數字化技術在模具制造中的應用

4.1 對參數化編程技術的應用

模具中,高速加工和制造技術具有以下幾方面的特點：首先是可以低工件表面的加工質量進行有效的改善,從而減少打磨操作工作。其次可以大大減少試模的工作量,從而提高模具的加工精確度。然后可以對小刀具加工的細節進行有效的把握,減少對刀具的使用次數,從而提高細節把控質量。最后可以采用高精度和大進給的方式來完成淬火鋼精加工工作,提高模具的表面質量,避免使用傳統加工方式而導致出現模具表面變形的問題。對參數化編程技術的應用,可以有效提高模具數控加工的自動化水平,從而可以使模具的加工 精度和加工效率和質量都能大大提高。

4.2 仿真模擬

一般情況下,模具結構都比較復雜,側整形、側切模具上有很多斜楔機構,加工制造過程中主軸或刀具很容易和模具工件發生干涉,從而損傷機床和模具,不僅影響模具使用壽命,而且產生較大的經濟損失,所以為了保障模具制造質量和安全性,應結合具體的機床設備情況,建立主軸頭庫、道具庫、參數庫等,完成計算機程序編程以后,從機床數據庫調用相關參數,做好切削仿真模擬,對干涉區域利用驗證程序做好優化和修正,保障現場加工過程中模具零件的安全性和正確性。

4.3 參數庫和加工模板

模具加工制造對于精確度要求較高,相關制造人員應加強日常學習,應用一些成功經驗,建立合適的參數庫和加工模板,編寫標準、專業的程序,并且明確不同模具形狀和加工余量、走刀方向、道具選擇、機床選用等切削參數的NC加工工藝方法。

結束語

總之,數字化設計與制造是計算機技術、制造技術、網絡技術與管理科學的交叉、融和、發展與應用的結果,也是制造企業、制造系統與生產過程、生產系統不斷實現數字化的必然趨勢。它使原有的傳統制造業變成了智力型的工業,使企業主要通過資源要素(如勞動力、設備、資金)競爭逐漸變為以創新能力和指導本類型企業的競爭。