数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用

许铁涛 郭迎春 宗 珂 杨志勇

1 数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用优势

1.1 提升设计精度

在以往冲压模具的设计中，冲压件的排样、冲裁力的计算等，主要依赖技术人员的经验，稍有疏忽，就会出现错误，造成损失，而将数字化技术引入模具设计中则可以轻松解决这些问题。计算机技术的不断发展，以及冲压仿真模拟技术的更新换代，使冲压模具设计更加简便、设计准确率更高、结构更精巧、工序内容更复杂、模具成本更低，冲压模具设计的质量得到明显改善[1]。而且，通过计算机技术辅助模具设计，可以使冲压工艺和模具结构等设计对象参数化，这样的设计方式更加方便快捷，冲压模具开发过程中经常会出现冲压件设变的情况，计算机辅助设计使冲压工艺和模具结构的更改更加便捷，而且很大程度上降低了设计差错率，提升了设计的精准度，提高了产品的质量，数字化技术在模具设计方面优势，是以往的设计方式无法企及的。

1.2 提高加工效率

将数字化技术引入冲压模具的制造加工环节，是对以往加工方式的一种突破，在加工中，以往是借助单一的型面加工方式，这种加工形式有着非常大的局限性，所以加工效率以及加工质量比较低，也无法满足现代制造业的发展需求。但是引入数字化技术后，如今采用的方法是模具结构全三维数控加工，不仅大大提高了模具加工精度，使模具实体与设计输出高度一致，而且数字化的三维模具造型已经细致区分了模具各部分的加工精度，让加工环节能够准确把握模具加工的工作量，使模具加工真正做到该精细的地方精细，改粗放的地方粗放，减少不必要的工作量。这样，大面积加工型面的情况得以减少，试模工作量也得以有效减少，另外，模具本身的精度得到了提升。在刀具使用方面，根据模具不同部位的设计精度要求选用合适的刀具，避免“牛刀杀鸡”的现象出现，这样既可以满足在设计精度方面提出的要求，又能使刀具费用得到有效降低。

1.3 降低装配损坏概率

装配的方式可以分为四种，分别是互换法、分组法、修配法以及调整法。这四种方法在模具加工中可以进行灵活运用[2]。按照一定的顺序在模具制造中应用，可以提高模具的加工精度，降低冲压模具在装配中损坏的概率，这对于企业来说，一方面代表着装配技术进入新的发展阶段，另一方面，意味着可以节约模具制造过程中的成本消耗，提升企业的经济效益，提升企业的竞争力，可见将数字化技术引入冲压模具的装配过程中优势明显。

2 关键技术

2.1 冲压模具计算机辅助设计技术

在整个冲压模具的设计开发阶段，从最初的产品设计，到后来产品冲压工艺的分析，再到模具开发，因为计算机辅助技术的参与而变得高度统一，产品的设计可以根据需要实现快速更改，冲压工艺的制定和模具结构的设计也能够根据产品的设变实现及时更改，计算机辅助设计贯穿整个模具开发过程，甚至直接指导了后期的加工和装配，为模具的开发制造提供了可靠的数据保障。从中可以看出，计算机辅助设计技术在冲压模具开发中占据重要地位。如今，各种CAD、CAE、CAM技术在产品开发、模具结构设计、冲压工艺分析、模面处理、回弹补偿以及加工装配，甚至冲压生产过程模拟等冲压设计方面都发挥着至关重要的作用。这些技术的应用，不仅大大缩短了冲压产品从设计到量产的开发周期，而且精确的分析手段和模拟技术为更复杂的产品设计提供了可靠的冲压工艺方案，使越来越复杂、精美的产品得以制造生产。分析软件以及其他计算机辅助技术在非线性理论以及有限元方法的支持下，借助越来越完善的计算机硬件设施，在冲压模具行业中已经开始显露出自身的优势，同时通用的设计和分析软件来辅助设计和实际生产，使得模具设计和实际生产结合得更加紧密，实际生产中出现的模具问题可以在逆向技术的帮助下映射到模具造型中，并通过图纸修改重新完成型面修复，不需要依赖调试钳工的个人经验就可以实现模具的快速修复或者复制，为现场生产提供了可靠方便的维护手段。

2.2 模块化快速设计系统

在模具设计中，最重要也是工作量最大的环节就是结构设计，如今计算机技术正处于迅猛发展阶段，各类新型技术被应用在设计中，CAD技术在模具设计中被广泛应用，但是对设计人员的技术和经验要求是非常高的，利用各种CAD软件进行冲压模具设计，在国内虽然已经相当普遍，但使用的是软件中通用设计功能，借助普通的CAD软件还无法发现设计中存在的问题，这就导致设计周期相对较长，而且在一定程度上影响了设计质量和后期的加工调试工作。而引入数字化技术后，各种专业的设计模块和仿真模块被集成应用，模具设计的各个环节已经可以实现模块化设计，设计效率得到了有效提升。

2.3 数字化装配

数字化装配也是非常重要的一种技术应用，在模具的早期加工中，需要先在加工中心进行基本加工，然后在现场进行装配，使用最多的就是分组法，这种方法有一个缺陷，就是单件装配的状态下，无法保证导柱精度，那么导板可能会产生拉伤，标准件的质量也会受到影响。引入数字化技术后，则可以对加工后的单件进行在线测量，然后将测量结果直接记录在软件中，与设计参数进行对比，若是发现问题可以进行修正，提升了装配精度，同时也保证了加工质量。

3 建立数字化管理体系

3.1 产品数据系统

用数字化系统来管理冲压模具，建立各类数据库，将数据关联，设计人员可以在系统中按照属于相关部门的编号和名称来查询具体的信息，同时也可以逐层展开产品结构，这样可以获得相关的信息，设计人员不需要了解资料在系统中具体的位置，可以通过检索的方式快速查找。在数字化技术支持下，可以实现数据的统一管理，提升工作效率。

3.2 项目管理平台

项目管理是冲压模具生产中的一项难题，生产管理就是依据订单，每一套模具从最初接单到生产，各个环节是独立的，有专门的人员负责，在操作中，每个项目中会包括几十上百套模具，每一套从设计到生产通常需要几个月运转，而同时应对几十上百套模具的设计和生产是非常复杂的工作，最关键是工作效率无法保证，但是在引入数字化技术后，就可以用数字化系统来进行项目管理，在线上统一进行订单管理，对设计生产过程进行统一调度。

3.3 知识管理体系

冲压模具从设计到生产，不仅需要在技术上达到一定的标准，在经验上也需要一定的积累，无论是国内企业还是国外的一些生产公司，基本上从设计到生产都形成了自己的数据库，那么就要搭建起专门的数字化平台，建立统一的数据库，这样才能具备知识管理的核心，形成企业自身的经营特色。

4 结语

目前信息技术正处于高速发展中，冲压模具制造已经从原来的机械形式转变为自动化体系，数字化技术的引入，让模具的精度和加工效率得到了有效提升，国内冲压模具方面的发展速度得到了有效的提升，使用寿命也得到了延长。

[1]王鑫，张耀虎.汽车零件冲压模具用导柱表面Ni-SiO_2纳米复合镀层的耐磨性能[J].兵器材料科学与工程，2017，（6）：66-69.

[2]蒋琴仙，施江澜，戴仁俊.“冲压模具的结构分析与拆装”网上虚拟实验[J].实验室研究与探索，2006，（5）：629-631，662.