浅谈数字化技术在模具设计制造中的应用

浅谈数字化技术在模具设计制造中的应用

周斌

周斌南京交通技师学院，江苏南京210049

中图分类号：TP23文献标识码：A

摘要：本文介绍了CAD/CAE/CAM的基本情况，并以汽车覆盖件模型为例详细介绍了数字化技术在模具设计制造中的应用。

关键词：数字化，模具设计，模具制造

1前言

模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，模具的设计、制造质量和速度直接影响着产品的质量和上市周期。随着工业的迅速发展，传统的模具设计方法已无法适应当今的要求，而计算机辅助技术无论是在提高模具精度、缩短模具设计周期，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，都具有很大的优势。采用CAD/CAE/CAM技术实现模具的设计与制造，特别在模具生产几何外形复杂、精度要求较高的产品时，显得尤为重要。

2CAD/CAE/CAM基本情况

2.1计算机辅助设计CAD

我国目前模具CAD的成果并不十分显著，这项技术的巨大潜力还未充分发挥出来，解决这个问题的关键就是要提高模具的设计效率。简要说来可从以下几方面着手：①模具CAD的参数化。②模具CAD的智能化。③模具CAD的一体化。④模具CAD的专业化。更好的方法是软件公司与专业模具厂密切合作，开发专用性很强的模具CAD软件。

2.2CAE技术的应用

利用CAE技术，可以在模具加工前，在计算机上对整个成形过程进行模拟分析，以便设计者能尽早发现问题并及时进行修改，而不是等到试模后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且在减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等方面，都有着重大的技术、经济意义。模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用CAE技术，这是发展的必然趋势。

2.3模具数字化制造CAM

广义的CAM一般是指利用计算机辅助完成从毛坯——加工——装配成产品的制造过程中的全部活动，包括工艺准备、生产作业计划、物流过程的运行控制、生产控制、质量控制、数控机床、机器人，以及其他计算机控制的设备及由数控机床等组成的生产单元、生产线如FMC、FMS、FTL等直到CIMS（计算机集成制造系统），涵盖了整个制造过程中所有一切运用计算机的领域。

3案例分析

下面以汽车覆盖件模具的设计制造过程来简单说明数字化技术在模具设计制造中的应用。

3.1数字化在模具设计中的应用

3.1.1拉延模型面设计

在工艺补充面设计时，首先确定冲压方向，尽量使各处的拉延深度相似，有利于拉延成形。压料面设计采用扫描法、边界法和延展法3种方法。拉延筋设计方法为：首先生成近似半圆弧的二维特征曲线，再用扫描方法生成拉延筋曲面，最后倒圆角使拉延筋与两侧曲面光滑桥接。拉延筋尺寸根据成形需要变化。凹模圆角设计过程为：对压料面和工艺延伸面的相交线分段进行变尺寸倒圆角，圆角大小的数值视该处金属流动性能而定。.图1为利用UG冲模工程设计的汽车覆盖件模具工序图。

3.1.2拉延模结构设计

拉延模模具结构设计主要是对凸模、凹模和压边圈三大件进行设计。根据压力机的特征，确定拉延模三大件的高度。下面以凹模设计为例介绍设计过程。首先生成凹模二维特征轮廓曲线，通过拉伸生成实体，再用拉延模型面剪去不需要的部分。在此基础上，运用布尔运算，增补和删除其它局部特征，如挖孔(减轻模具重量)、建凸台(安置别的零件等)和导柱(定位导向作用)，以及在局部部位加上加强肋板等，然后再倒角，建好凹模。按类似方法，设计凸模和压边圈.最后设计顶杆、垫块、挡料销等零件。图2为利用数字化软件设计的冲压模具。

3.2数字化在模具制造中的应用

3.2.1工件及刀具设置

把上述生成的汽车覆盖件模具保存成通用的文件格式，在调入数字化设计软件中，主要设置工件毛坯、加工原点及原材料等。选择工件设置对话框选项进行工件设置，建立加工坐标系和设定毛坯尺寸外形，然后对刀具号、下刀量、冷却量等参数进行相应调整，对刀具材料、名称等进行编辑校核。

3.2.2生成NC刀具轨迹

数字化设计软件中设有多种走刀模式.根据模具的特点，走刀模式宜采用平行切法。采用平行切法不仅加工质量好，而且加工时间和代码长度也较短。上述有关设置完成后，系统即可自动生成刀具轨迹，然后将刀具轨迹离散成刀位点，处理后产生数控加工程序。这里要注意的是：如果曲面的曲率半径小于数控加工时所选用的球头铣刀半径就会产生过切。另外，刀位点到某些曲面的距离如果小于刀具半径，在实际加工中就会发生过切.如发生过切，可对加工参数重新进行修正，过切的局部区域采用抬刀或绕行的办法进行解决。之后生成加工程序，通过坐标变换程序把模具下模的坐标系变换成与所用机床的坐标系一致，这样就可以对模具进行粗加工。模具的粗加工模拟结果如图3所示。

3.2.3后置处理NC代码的生成

利用软件的NC公用管理模块生成加工报表，并针对具体数控系统的特点(如坐标系、换刀指令、刀具说明等)作进一步修改后才能使用。

4结论

进入新世纪后，模具制造技术的发展将随着市场的全球化、竞争的激烈化、需求的个性化、生产的人性化而体现出制造技术的信息化、科学化和服务化的趋势。数字化以其柔性好、响应快、质量高、成本低，正在成为先进制造技术的核心。因此，我们必须从战略的高度大力开展模具数字化制造技术的研究开发，加速用数字化技术改造传统的模具工业。

参考文献

[1]周永泰.中国模具工业的现状与发展.电加工与模具，2005增刊：8～12

[2]王先逵.计算机辅助制造.北京：清华大学出版社，1998

[3]吴崇峰.模具CAD/CAE/CAM教程.北京：中国轻工业出版社，2002