數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用探討

遲亨克

（一汽解放青島整車事業部，山東青島 266200）

0.引言

我國在近年來的整體經濟水平不斷提高，科學技術水平在此基礎上不斷優化并取得突出的進步。在社會發展過程中，數字化水平得到了不斷的提升，其在各領域得到了廣泛的應用，尤其是在工業生產制造環節更是發揮了重要的作用。沖壓模具在我國屬于高新技術領域，其中的關鍵性生產工藝技術與設備具有重要作用。目前，我國在沖壓模具設計和制造方面仍存在一定不足，將數字化技術應用其中，可以有效實現智能化生產過程。

1.數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用類型

1.1 快速設計技術

快速設計技術是沖壓模具設計與制造中的主要數字化技術之一，能夠有效提高模具制造的速度和效率，全方位提高其制造質量。首先，利用快速設計技術可以依據實際設計需要和方案要求建立相應的數據庫信息，將沖壓模具設計中的關鍵數據和信息全部輸入到數據庫中。其次，在數據庫的作用下，設計過程中各設計結構和環節都能夠發揮其重要作用，幫助設計人員開展高效的設計工作，這不僅能夠有效提高設計的質量，還能有效提高設計效率、減少設計時間和設計消耗的成本。并且在沖壓模具設計的過程中，快速設計技術能幫助設計人員快速了解設計方案及生產過程，有針對性地對模具進行開發和應用[1]。

1.2 高速加工技術

高速加工技術是沖壓模具設計與制造中的核心數字化技術之一，該技術的應用能夠使整個設計制造過程在傳統技術的基礎上不斷優化提高技術水平。應用高速加工技術能夠有效提高技術加工過程的效率，節省時間成本，同時還能夠從根本上提高沖壓模具的制造水平。將高速加工技術應用于沖壓模具制造環節，結合使用計算機設備中的硬件功能和軟件功能可以實現對系統編程、機床及生產刀具整體的高效控制，使各設備在沖壓模具制造過程中被更合理地運用。

1.3 數字化安裝技術

數字化安裝技術在應用的過程中，通過運用數據測量系統及相關軟件，在對相關設備和系統的各項參數進行深度了解后，將其中的各參數的精準度與沖壓模具生產制造標準進行對比，若在對比過程中發現系統的參數與實際技術需求參數有所出入，則可以利用數字化安裝技術對其加以調整，使系統在運行過程中能夠通過數字化的參數調整，降低其中不必要的結果誤差，使沖壓模具制造過程更為精細。在沖壓模具設計與制造過程中應用數字化安裝技術還能夠有效實現對整個流程的全方位管理和控制，使工作人員能夠根據明確的要求判斷出正確的設計和制造方向，結合使用數字化安裝技術對設計尺寸等加以明確，完成高質量的設計與制造工作。

1.4 沖壓成型CAE技術

在沖壓模具設計與制造過程中，沖壓成型CAE技術是其中較為常見的數字化技術，其主要工作原理是在沖壓模具成型過程中的物理規律和在模具制造過程中計算機的重要作用基礎下，對板料成型的整個過程進行觀察。作為提供沖壓成型CAE技術的系統，在使用的過程中可以觀測和收集板料成型階段的各方面數據信息，對板料的厚薄變動狀況、板料的流動形狀和起皺狀況等有關數據信息全方位獲取，在整個系統內產生相對應的仿真結論。在沖壓工藝模具設計流程中，系統使用的沖壓成型CAE技術可以有效地為產品設計人員提取有關信息，為其熱處理工藝、沖壓模具制造和成型等工作提供重要參考[2]。使用沖壓成型CAE技術能夠有效提高沖壓模具設計與制造效率，減少時間消耗，同時還能對該過程中各功能設計情況加以評估和推斷。

1.5 參數化編程技術

在目前沖壓模具更換速度不斷加快、生產需求不斷加大的環境下，對于沖壓模具制造業而言針對設計和制造工藝體系加以轉變和優化是重要發展方向。在沖壓模具設計和制造過程中應用參數化編程技術能夠有效實現“高進給、小切深”，使制造過程中的打磨工作不斷減少，提高模具制造質量。同時，在參數化編程技術下，不需要再進行大量的試模工作，有效降低工作量還能夠保證較高的制造精準度。在數字化技術應用中，用于加工的成本有所下降，不需要再重復多次使用不同規格的模具在制造過程中，使整個沖壓模具制造過程自動化程度不斷加大，對整個過程的控制能力增強，有效提高沖壓模具制造的效率和整體質量。

2.數字化技術在沖壓模具設計與制造中的具體應用

2.1 建立參數庫及加工模板

沖壓模具設計與制造工作是一個不斷沉淀和進步的過程，在設計和制造過程中，利用以往能力較強、經驗豐富的工作人員建立相應的數據庫及加工模板，使后續技術工作人員能夠在設計制造過程中借鑒成功經驗，并在數字化技術的幫助下完成簡單的程序編制。在編制程序的過程中，結合建立的參數庫及加工模板，保證整個過程的規范性，對設計與制造過程中的各因素加以明確和規范，包括機床型號的確定、刀具的選擇、走刀方向的明確以及加工余量等，在程序中將這些相關參數明確并建立相應的數據庫，在實際操作中根據不同的需求采取不同的加工工藝。

2.2 建立合適的坯料模型

創建恰當的坯料模型是沖壓模具設計和生產過程的重要環節，一般通過白光掃描方式來完成。在白光掃描技術的影響下，可以通過對其中的參考點和特定的數碼點構建一個坐標完整的定位，再結合使用光柵檢測技術和光學拍照定位技術，將沖壓模具表面的完整云點獲取并將其對應到所構建的定位系統當中，此過程能夠高效進行。在通常情況下，受到加工工藝和所使用的原材料的影響，模具的坯料模型建設較為粗糙、精確度較低，由于坯料模型的精確度較低常常會導致實際設計和加工過程中的理論數據信息等出現誤差，最終導致沖壓模具制造時出現撞擊等問題，影響模具質量。在白光掃描技術的作用下，能夠在正式制造加工前就對坯料模型加以掃描并將其與三維模型相對比，幫助工程師提前發現其中在制造過程中所存在的不良因素和缺陷問題，提前根據異常問題和缺陷采取相應的干涉措施，有效避免在實際制造過程中出現質量問題甚至安全事故，確保設計與制造過程順利進行[3]。

2.3 仿真模擬加工

由于在實際沖壓模具設計和制造過程中，受到模具自身規模和結構的影響，在制造時很容易出現主軸和刀具之間出現相互碰撞干擾的問題，不僅影響模具的正常制造生產，使模具受到損壞，還容易直接損壞機床，因此，為了保證沖壓模具設計和制造過程能夠順利進行，保證生產質量和安全性，工作人員可根據目前已有的機床設計建立所對應的主軸庫、刀具庫和參數庫等。在這些數據庫的基礎上，利用所編制完成的程序系統對整個設計制造過程進行仿真模擬工作，對所設計的加工程序是否精確且符合要求加以驗證，并對其中可能引起質量問題或安全問題的因素加以調整和優化，確保沖壓模具設計制造過程的高質量和安全性。

2.4 在機檢測

在機檢測在沖壓模具設計與制造的過程中主要是對其進行檢測和測量，在測量時主要使用測頭作為主要工具，實現對工件加工之前、加工過程以及加工完成后的全方位檢測。這種在機檢測方式能夠有效降低在沖壓模具設計制造過程中出現錯誤操作的現象，提高整體加工質量和效率。以往在沖壓模具設計制造完成后，通常采用三坐標測量機對其加以測量和檢測，這一方式雖然也具備較好的檢測效果，但是卻要消耗大量的人力和時間。在機檢測就可以有效彌補其中的不足，實現對沖壓模具加工前后全過程的自動化檢測，不需要過多人力參與且檢測效果較為精確，有效減少檢測過程消耗的時間，提高檢測效率。

2.5 項目管理

在沖壓模具生產中，項目管理是一項統籌性應用，具有重要作用。以往在沒有數字化技術的支持下，生產操作都是按照各訂單要求依次進行的，導致沖壓模具制造過程相對獨立，只有在接單、設計整個過程的基礎上才能進行生產環節，導致在生產過程中工作人員對各環節的控制和管理十分重要。由于實際生產過程中，各訂單項目中包含的沖壓模具都不是單一的，制造過程較為復雜，導致生產質量和效率難以得到保障。在數字化技術下，能夠建立相應的信息平臺，實現訂單的智能化管理，在集成管理的作用下，使沖壓模具高效設計和生產，并在數字化技術下，對生產過程實施全方位監管，保障生產效率和生產質量。

2.6 數據管理

數字化技術應用于沖壓模具設計與制造管理體系中，能夠有效建立數據庫系統，實現高效的數據管理。在工作過程中，利用快速設計技術建立沖壓模具結構庫及相應的數據庫，為設計工作提供重要的數據支持。同時，在設計和制造過程中，數字化技術的應用還能將相關數據信息進行全方位搜集和保存。在正式設計和生產時，工作人員只需要根據生產需求，在數據庫中搜索相關的模具信息，能夠將與其相關的全部數據搜查出來，用于制造工作當中，提高工作效率。將數據庫信息和資源保存且同步，同時應用于設計和制造環節，能夠保證兩個環節的整體性和一致性，并保證數據信息的安全性，使設計加工過程更加合理。

2.7 經驗管理

在沖壓模具設計和制造正式開始之前，相關工作人員可以根據實際的設計方案和數字化技術下形成的數據庫信息進行了解，對設計與制造中設計到的參數加以分析，根據數據庫中的經驗信息進行重點研究能夠有效幫助工作人員完成高效的工作。數字化技術能夠將沖壓模具設計與制造的相關信息輸入到數據庫內，作為后續制造的經驗，工作人員在制造工作中可以從中了解生產標準和理念等，對沖壓模具的設計和制造工作有更深的了解，以此作為基礎使制造工作更加高效、高質量地進行。

3.數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用效果

3.1 沖壓模具設計精準度有所提高

將數字化技術應用于沖壓模具設計與制造中，最突出的效果就是提高了設計的精準度。在數字化技術下，沖壓模具設計方案會更加精準，模具的實際設計與制造過程也會更加精確，使模具質量有所保障，使生產出的產品質量大幅度提高。在沖壓模具設計過程中，利用計算機技術與仿真技術相結合，應用合理的數字化技術能夠有效使模具沖壓設計方案和制造過程更為簡便且高效，使設計方案更具合理性和科學性，將其作為基礎展開沖壓模具的設計與制造工作能夠有效提高生產加工質量，節約其中的成本消耗。在數字化技術的應用下，設計過程精準度會全方位提高，設計水平整體不斷提升。

3.2 沖壓模具生產制造效果增強

數字化技術的應用不僅在沖壓模具設計環節具有重要的作用，也能夠增強其生產制造的效果。應用數字化技術能夠有效將傳統的沖壓模具制造過程進行改革和優化，使制造過程中的數字化程度不斷加強，在技術的不斷進步下，提高整體制造水平，使沖壓模具的制造質量和效果進一步提高。并且，應用數字化技術還能夠有效提高模具制造中各零件的加工質量和精準度，使模具制造環節能夠嚴格按照設計要求進行，滿足設計需求，使其自身的結構制造更為精準。在沖壓模具制造生產過程中，應用數字化技術能夠有效提高加工精確度和加工效率，降低部分基礎工作的成本消耗，增強生產制造效果。

3.3 沖壓模具制造中損耗降低

應用數字化技術不僅能夠使沖壓模具制造質量和效率有所提高，還能有效降低在制造過程中的損耗。在數字化技術的應用下，整個制造過程會更加科學，在數據庫的支持下，使設計方案更加準確合理，且以此作為依據，制造過程參考更為準確的信息進行，能夠使整個過程更加可靠。在沖壓模具制造中，相應的模具安裝及配置過程的質量是影響整體生產制造的關鍵性因素。而在以往的沖壓模具制造當中，模具安裝及配置過程很容易出現模具損耗問題。應用數字化技術可以有效解決這一問題，才能夠從根本上提高制造的精準度和質量，降低在制造過程中的模具損耗情況，還能有效降低該過程中設備的損耗情況，在保證生產質量的同時，最大程度地維護企業的經濟效益。

4.結語

數字化技術在沖壓模具設計與制造中具有廣泛應用，且應用效果較為明顯。快速設計技術、高速加工技術、數字化安裝技術、沖壓成型CAE技術等都在沖壓模具設計養護制造中發揮了重要的作用。在沖壓模具設計與制造中，應加強對數字化技術的研究和應用，提高設計與制造水平。