基于数字化技术的模具设计与制造

基于数字化技术的模具设计与制造

李红

李红

杭州鼎雄电气科技有限公司浙江杭州310011

摘要：模具作为现代化工业生产的重要装备，其设计和制造的速度、质量等将直接影响产品能否顺利上市。随着我国工业化进程的加快，传统的模具设计技术显然无法满足需要，而计算机辅助技术的应用，无论在减少模具设计周期、提高模具质量，还是在降低劳动力度、控制成本方面，都发挥了巨大优势。鉴于此，文章对基于数字化技术的模具设计与制造进行了研究，以供参考。

关键词：数字化技术；模具设计；模具制造

1计算机辅助技术概述

1.1、CAD技术的应用

当前，我国模具工业中应用计算机辅助技术CAD的成果尚不明显，其真正的作用尚未全面发挥。因此，应提高模具设计效率，加大对CAD技术的应用，实现CAD技术的智能化、参数化、一体化。同时，加强软件公司和专业模具厂的合作，发挥CAD软件的专业作用。

1.2、CAE技术的应用

通过应用CAE技术，在加工模具之前，可利用计算机模拟分析整个成形过程，以便设计者从中发现问题，及时改正。避免试模之后发现问题，返修模具增加时间与成本。这样，对传统模具实现一次质的突破，在提高产品质量、控制成本方面发挥重要作用，具有一定技术价值、经济价值。

1.3、CAM技术的应用

CAM技术的应用，主要在计算机辅助中完成整个“毛坯-加工-装配成品”过程，其中包括生产作业的设计、工艺准备、物流过程等，以及数控机床控制、计算机控制等生产线、生产单元、计算机集成制造系统等，贯穿于整个制造过程。

2模具数字化设计

2.1模具工艺方案设计

在模具工序方面进行优化。通过对冲压工艺的优化，使模具工序的复杂性降低，促使集约化生产模式的实现，能够使模具生产中冲压生产成本及模具成本都有效降低。（2）NC模面变间隙技术。通过零件精度、材料变薄率及零件成形性等方面的要求，需要对模面进行变间隙处理，从而降低钳工研配时间和模具加工时间，工作量也明显降低，调试的难度缩小。同时，也保证了研配质量的提升。（3）零件整体变形补偿技术。对于一些大尺寸平坦零件来说，在成形中进行拉伸延长，对造成零件的整体刚性下降，尤其在零件的顶面极易出现坍塌情况，为了确保零件的品质，可采用整体隆起变形补偿技术进行处理。对板料成形工艺采用CAE等软件进行分析，为模具重构提供准确分析数据，保证与原曲面模型的拓扑结构相同。该技术的应用能够使模具型面精度得到提高，并且减少研配工作量。（4）RE逆向工程技术。该技术是对产品设计技术的再现过程。在产品改型设计、新产品研发、产品质量分析检测、产品逆向追溯等领域内应用较多。该技术的主要优势在于降低产品开发周期和设计时间，提高产品更新换代速度；企业开发新产品的风险和成本得到控制；提高产品系列化及造型水；在小批量或单件零件制造中，如模具制造中，非常适用。

2.2结构设计

对模具结构进行设计中，主要从以下几方面进行设计：（1）创建三维实体。利用CAD技术，构建三维实体模型，改变传统利用模仿工程图纸的三视图模式，可将模具的真实状态直观反映出来，利用干涉检查、运动模拟等手段进行分析，将制造中可能出现的问题在设计阶段进行解决，使模具制造成本得到降低。（2）模具设计资料库。进行模具设计时，采用的资料库主要包含四部分：基本结构库、典型结构库、冲压设备库及标准件库，在模具结构设计中，系列化零件、装配参数化零件全部由标准件库提供；结构设计中，可通过典型结构库、冲压设备库寻找模型进行参考；基础结构库使参数化的模具设计更加智能与灵活。建立模具标准化资料库，可加快模具设计速度，并且使模具质量得到提升。（3）自动冲压过程仿真。自动冲压中，各机构运行及形状比较复杂，通过仿真冲压线过程，对各部件在整个过程中的位置关系可直观看到，可输出干涉曲线，对设计中可能存在的干涉现象进行发现，对结构可及时进行优化。在设计中，对斜楔机构及端拾机构可进行修改，防止模具在生产时进行在线调试产生干涉，使生产周期缩短的同时，也使调试成本下降。

3模具数字化制造

在模具制造中，数字化技术属于应用到的重要技术。近年来，制造技术中对信息技术的应用越来越多，数字化制造实现。所谓计算机辅助制造技术，即借助计算机完成产品的制造过程，包含制造工艺设计、数控加工编程、生产计划、制造过程控制及质量分析检测等环节。在模具生产企业中，计算机辅助制造技术通常按照CAD模型对零件加工的数控代码自动生产，动态模拟加工，同时对机床加工时的碰撞及干涉进行模拟。

3.1参数库及加工模板

对于任何模具生产企业而言，其所采用的制造技术全部都经过长期的实践与总结，并且通过经验丰富的工程师，建立数据库及加工模板，尤其是在新技术使用方面的成功经验，在此基础上编写出接近一半水平的程序。在对程序编写中，要对机床与刀具的选择、加工余量、走刀方向等切削不同形状太正及相关参数进行明确规定，利用NC加工工艺方法加工。

2.2坯料建立

受铸造工艺、原材料等因素的影响，现阶段国内在毛坯模具铸造方面，精度还不高，经常会出现模具的理论数模与模具毛坯之间偏差过大，在后续加工中出现撞机、撞刀等情况，导致制造风险加大。利用白光扫描技术对加工前的毛坯进行扫描成型，然后将三维模型与扫描成型的数据进行对比，根据对比，计算机辅助制造工程师在编制程序之前，便可对加工铸件的余量异常、干涉、铸造缺陷等问题及时发现，然后采取针对性的处理方法，有效的降低了模具在制造中发生风险事故的概率，模具制造可顺利完成。

2.3仿真模拟

对于大型模具而言，其结构通常比较复杂，模具上斜楔机构较多，加工中主轴、工件、刀具彼此之间可能出现干涉，对机床及模具都可能带来损伤，对模具制造周期及经济效益带来影响。所以，为了保证模具制造中的质量及安全性，结合生产厂家机床设备，工程师可建立其对应的刀具库、参数库、主轴头库等，在完成程序编制后，对相应的机床数据库进行调用，仿真切削模拟，对所编制程序进行验证，对存在干涉的区域进行优化与修正，确保零件在加工中的安全性与正确性。

2.4综合应用技术

在计算机辅助技术全面应用的大背景下，未来的产品设计与制造，除了应用机械科学等相关理论知识之外，还会涉及到光学、电磁学、控制理论等多领域集合，同时心理、卫生、环境、设计、经济等因素也不容忽视。因此，模具的数字化设计及制造，必须实现全性能、多目标优化，促进产品的效率与精度，延长使用寿命，实现制造周期与制造成本的优化配置。

2.5网络应用技术

所谓网络技术在模具制造中的应用，是硬件技术与软件技术的有机结合。通过各种通讯协议、自动化制造协议、系统控制策略、通讯接口等，实现制造系统的自动化。当前，利用互联网，基本实现了跨国界的模具设计案例。而网络技术在模具设计与制造中的应用，将为我国模具企业的动态联盟、快速制造提供基本保障。

结语

随着知识经济时代的到来，模具的设计与制造工业将逐步实现全球化发展，适应科学化、信息化、服务化发展方向。通过应用数字化技术，表现出反应速度快、制造效率高、成本低、质量好等优势，已成为当前较为先进的核心技术。因此，可从战略高度加大模具数字化的研发与应用，推动模具工业的可持续发展。

参考文献：

[1]李文泽，单玉梅.机械产品的数字化设计特点与技术进步[J].民营科技，2010（6）：29-30.

[2]元庆凯，葛正浩，王金水，等.逆向工程在塑料产品数字化设计与制造中的应用[J].机械设计与制造，2010（10）：88-91.