探析智能化技術(shù)在模具設(shè)計(jì)制造中的科學(xué)應(yīng)用

楊興

摘要：模具多應(yīng)用于工業(yè)及制造業(yè)，其設(shè)計(jì)和制造對(duì)精度及標(biāo)準(zhǔn)化程度的要求極高。本文分析智能化技術(shù)在模具設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用，引入智能化技術(shù)，降低模具設(shè)計(jì)制造過程中對(duì)精度及標(biāo)準(zhǔn)化程度的把握難度，提升模具質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：智能化技術(shù);模具設(shè)計(jì)制造;CAD技術(shù)

引言：

智能化發(fā)展成為各個(gè)行業(yè)改革轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)方向，在模具設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，其智能化發(fā)展直觀體現(xiàn)在先進(jìn)技術(shù)的融合與合理應(yīng)用上，在降低設(shè)計(jì)難度、提高模具質(zhì)量、提升設(shè)計(jì)制造效率方面發(fā)揮出重要作用。為促進(jìn)智能化技術(shù)在模具設(shè)計(jì)制造中得到更深入的應(yīng)用，需要對(duì)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。

1模具設(shè)計(jì)制造中智能化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1智能化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)智能化模具設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品在模具總量中的占比約為30%，相較于發(fā)達(dá)國(guó)家來說，模具設(shè)計(jì)制造的智能化程度還有待提升。目前行業(yè)將智能化發(fā)展作為中長(zhǎng)期目標(biāo)，隨著更多智能化技術(shù)的融入，智能化模具占總產(chǎn)品的比例有望超過50%。模具設(shè)計(jì)制造服務(wù)于現(xiàn)代工業(yè)、制造業(yè)的生產(chǎn)，相關(guān)行業(yè)對(duì)產(chǎn)品、技術(shù)、工藝質(zhì)量要求不斷嚴(yán)格，也促使模具設(shè)計(jì)制造業(yè)朝向精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，在生產(chǎn)成本、周期、模具質(zhì)量方面有更優(yōu)的表現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)制造過程中科學(xué)應(yīng)用智能化技術(shù)，可使模具生產(chǎn)周期縮短1/4左右，同時(shí)提高產(chǎn)品性能。由此來看，進(jìn)一步發(fā)展智能化模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)，成為行業(yè)生產(chǎn)能效提升的必然選擇。

1.2在冷沖壓模具中的應(yīng)用

目前應(yīng)用于模具設(shè)計(jì)制造中的智能化技術(shù)主要為CAD和CAM技術(shù)，其在冷沖壓模具中的應(yīng)用范圍涵蓋工藝分析、結(jié)構(gòu)分析、資料庫(kù)搭建、智能系統(tǒng)管理等。技術(shù)應(yīng)用過程中，將原始圖紙及有關(guān)參數(shù)導(dǎo)入到系統(tǒng)中，自動(dòng)完成工藝分析，并輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行方案確認(rèn)，然后利用電子技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算和誤差調(diào)節(jié)，經(jīng)智能化技術(shù)圖形處理后，給出標(biāo)準(zhǔn)化的制造程序，進(jìn)入生產(chǎn)過程。

以汽車模具的生產(chǎn)為例，CAD、CAM等智能化技術(shù)在汽車模具設(shè)計(jì)制造中的使用時(shí)間較長(zhǎng)，目前已經(jīng)積累大量技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，有資料表明，在汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用CAD技術(shù)，可縮短設(shè)計(jì)制造周期50%左右[1]。國(guó)內(nèi)有關(guān)冷沖壓模具設(shè)計(jì)制造智能化的研究起步較晚，現(xiàn)有技術(shù)多在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，因此在未來一段時(shí)間，有必要加大專門針對(duì)汽車和模具CAD等技術(shù)的科研投入。

1.3在鍛造模具中的應(yīng)用

智能化技術(shù)在鍛造模具中的應(yīng)用也有較長(zhǎng)的歷史，模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化及生產(chǎn)工藝優(yōu)化方面成就突出。鍛造模具發(fā)展于軸對(duì)稱手工模的基礎(chǔ)之上，常規(guī)軸對(duì)稱模具由于幾何圖形較為規(guī)整，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行操作比較簡(jiǎn)單;長(zhǎng)軸類的軸對(duì)稱模具由于結(jié)構(gòu)特殊，其設(shè)計(jì)制造過程中想要融入CAD或CAM技術(shù)的難度較大，因此對(duì)于鍛造模具設(shè)計(jì)制造來說，智能化技術(shù)的應(yīng)用范圍較窄，技術(shù)應(yīng)用范圍主要是工藝分析、結(jié)構(gòu)分析等。

2模具設(shè)計(jì)制造中智能化技術(shù)的應(yīng)用流程

2.1工藝分析階段

首先，優(yōu)化模具設(shè)計(jì)制造工序，實(shí)現(xiàn)集約化生產(chǎn)，進(jìn)而有效縮短生產(chǎn)時(shí)間、降低生產(chǎn)成本。其次，結(jié)合模具各零部件的精度、薄厚、性能要求，使用NC模面變間隙技術(shù)對(duì)間隙做適當(dāng)調(diào)整，降低鉗工研配難度并縮短模具制造周期。再次，若模具中零部件外形較平，在拉伸成型過程中，易導(dǎo)致部件整體剛度降低、出現(xiàn)變形或塌陷問題。此時(shí)，可利用變形補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行處理。例如，在拉伸成型過程，利用CAE軟件，分析模具零部件的精確參數(shù)要求，保持其與曲面模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相一致，提高模具加工精度。最后，利用RE逆向工程技術(shù)完成設(shè)計(jì)過程再現(xiàn)，主要涉及產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)、新產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量分析、逆向追溯等環(huán)節(jié)，可縮短模具產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)周期，促進(jìn)產(chǎn)品更新，降低新型模具的開發(fā)、生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。目前，該技術(shù)在模具設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用已非常廣泛。

2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要經(jīng)歷三個(gè)環(huán)節(jié)：

2.2.1三維模型創(chuàng)建

模具三維模型的創(chuàng)建主要運(yùn)用CAD技術(shù)，將傳統(tǒng)平面圖紙轉(zhuǎn)化立體化模型，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程在可視狀態(tài)下進(jìn)行。CAD技術(shù)能夠真實(shí)、直觀呈現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)的各個(gè)細(xì)節(jié)，同時(shí)輔助設(shè)計(jì)師開展干涉檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模擬的操作，在設(shè)計(jì)階段即充分挖掘模具結(jié)構(gòu)上的問題，確保其制造精度，可間接降低模具設(shè)計(jì)制造成本。

2.2.2設(shè)計(jì)資料庫(kù)搭建

智能化技術(shù)的有效運(yùn)用基于完善的數(shù)據(jù)資料，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段使用的資料主要包括基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、典型結(jié)構(gòu)、沖壓設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)件四部分。其中，典型結(jié)構(gòu)和沖壓設(shè)備資料庫(kù)中存有大量以往模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)資料，可為新模具的設(shè)計(jì)提供模型參考。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)資料庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)件資料庫(kù)則服務(wù)于模型設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化程度的提升，各類標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)均來自于該類資料庫(kù)[2]。在大量設(shè)計(jì)資料的輔助下，模具設(shè)計(jì)效率可得到顯著提升，同時(shí)確保其參數(shù)、性能等達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.3沖壓線過程仿真

模具設(shè)計(jì)自動(dòng)沖壓過程各機(jī)構(gòu)間關(guān)系復(fù)雜，進(jìn)行過程仿真可直觀觀察各個(gè)機(jī)構(gòu)、部件間的位置關(guān)系，并得到干涉曲線，對(duì)潛在干涉問題進(jìn)行提前排除，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)。沖壓線過程仿真后，可結(jié)合仿真結(jié)果，適當(dāng)調(diào)整斜楔機(jī)構(gòu)或端拾機(jī)構(gòu)，避免模具制造生產(chǎn)過程中出現(xiàn)干涉，幫助降低模具調(diào)試成本。

2.3生產(chǎn)制造階段

除過程仿真外，模具生產(chǎn)制造之前還可利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，完成對(duì)模具的分析調(diào)試工作。同時(shí)結(jié)合MES系統(tǒng)、EDM信息識(shí)別系統(tǒng)等，完成模具設(shè)計(jì)制造的參數(shù)配置，確保自動(dòng)化生產(chǎn)線上工位點(diǎn)的精確性，保證模具制造質(zhì)量。智能化技術(shù)在模具設(shè)計(jì)制造中的科學(xué)應(yīng)用，促使其生產(chǎn)加工過程的自動(dòng)化水平不斷提升，相較于傳統(tǒng)加工方式，各類智能化管理系統(tǒng)的應(yīng)用使得模具加工精度更加可控。

結(jié)論：

在模具設(shè)計(jì)制造過程融入智能化技術(shù)，對(duì)于提高設(shè)計(jì)制造水平和產(chǎn)品質(zhì)量意義重大，建議相關(guān)單位及人員加快智能化技術(shù)在模具設(shè)計(jì)制造過程中的應(yīng)用研究，更好服務(wù)于工業(yè)及制造業(yè)領(lǐng)域發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]鄭立爽，陳芳，王惠芳.注塑模具數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造技術(shù)[J].智庫(kù)時(shí)代，2019 （29）：236-237.