數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用分析

周立華

(成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，四川 樂山 614000)

長期以來，受多重因素影響，我國沖壓模具設(shè)計與制造中存在精度低、壽命短、生產(chǎn)周期長、可靠性差等系列問題，一定程度上限制了工業(yè)現(xiàn)代化水平。沖壓模具本身作為一類技術(shù)密集型、知識密集型產(chǎn)品，對科技發(fā)展的依賴性較高。數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用，有效提升了相關(guān)工作效率及質(zhì)量，是現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展的必然訴求，對推動我國沖壓模具行業(yè)的健康發(fā)展亦有重要現(xiàn)實意義，由此其踐行勢在必行。

1 數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用優(yōu)勢

隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展，智能制造引動了整個行業(yè)的深刻變革，對數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用愈加廣泛，并由此產(chǎn)出了巨大的價值。傳統(tǒng)沖壓模具整體設(shè)計是依賴技術(shù)人員進行沖壓件排樣和沖裁力計算問題等操作，一般根據(jù)自身經(jīng)驗進行，也導(dǎo)致工作人員一旦疏忽，就會出現(xiàn)錯誤，影響整體沖壓模具質(zhì)量，使企業(yè)產(chǎn)生損失。[1]但是在沖壓件排樣、沖載力計算等實際問題解決中，一旦出現(xiàn)疏漏，則可能造成企業(yè)不可估量的損失。而數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用導(dǎo)入，則輕松解決了上述問題，并可通過仿真模擬實現(xiàn)再優(yōu)化，降低了相關(guān)成本投入，有效提升了沖壓模具設(shè)計精度。同時，數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具制造中的應(yīng)用，主要對模具結(jié)構(gòu)進行三維數(shù)控加工，保證了與設(shè)計輸出高度的一致性，沖壓模具的加工質(zhì)量大幅提升，并且有效把握了各環(huán)節(jié)的工作量，減少了不必要耗費。如此，對加強企業(yè)生產(chǎn)成本方面的控制亦有非凡的現(xiàn)實意義。另外，基于數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用支持的沖壓模具制造，更有利于企業(yè)在裝配方式上的優(yōu)化，降低了沖壓件的損壞率，一定程度上保證了企業(yè)最大經(jīng)濟效益產(chǎn)出。正是源于數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中的多重應(yīng)用優(yōu)勢，對提升企業(yè)在整個行業(yè)中的競爭實力作用顯著，因而十分重要。

2 數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用類型

2.1 沖壓成型CAE技術(shù)

沖壓成型CAE技術(shù)作為數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中應(yīng)用最廣泛的類型之一，是根據(jù)沖壓模具成型物理規(guī)律，并充分依托計算機輸出模具和板料之間的作用，觀察板料成型的過程。時至今日，隨著宏觀社會科技發(fā)展，非線性理論、有限元方法等研究日臻成熟完善，加之計算機軟硬件系統(tǒng)逐步升級，使得沖壓成型CAE技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢愈加突出，并由此衍生出了一些專業(yè)的設(shè)計軟件，如Auto-Form/PAM STAMP等。在沖壓模具設(shè)計實踐中，基于此軟件平臺支持，相關(guān)技術(shù)人員可更為直觀地觀察輸出板料成型過程中的數(shù)據(jù)動態(tài)，并由此精準分析板料厚度、起皺、流動形式等情況，進而結(jié)合模擬反饋結(jié)構(gòu)實現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計。同時，計算機輔助設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用，還有效實現(xiàn)了整個產(chǎn)品生成流程的高度統(tǒng)一，包括產(chǎn)品設(shè)計、工藝分析以及模具開發(fā)等，并可根據(jù)產(chǎn)品的實際特點進行及時調(diào)整，為后續(xù)加工及裝配工作展開提供了必要的數(shù)據(jù)指導(dǎo)，由此大大降低了沖壓模具的生產(chǎn)時間，增強了相關(guān)工藝方案的科學(xué)性、系統(tǒng)性以及可操作性。

2.2 模塊化快速設(shè)計技術(shù)

在目前的模具設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)是設(shè)計過程中極其重要也是工作量最大的組成部分。[2]近年來，隨著計算機技術(shù)的快速革新與發(fā)展，沖壓模具CAD技術(shù)的應(yīng)用越發(fā)廣泛，為相關(guān)從業(yè)人員提供了諸多方面的便利操作服務(wù)，但對其本身經(jīng)驗累積仍有著較高的要求，現(xiàn)有的軟件設(shè)計水平仍舊停滯于交互繪圖、造型的層次上，并不足以支持發(fā)現(xiàn)新型模具產(chǎn)品的設(shè)計缺陷，導(dǎo)致此過程中所耗費的時間周期較長，同時還在一定程度上降低了沖壓模具設(shè)計質(zhì)量。而諸如UG、PROE等系類更為高端的計算機造型軟件開發(fā)，通過導(dǎo)入?yún)?shù)化模塊，將導(dǎo)柱、導(dǎo)板、沖頭等標準件列入到數(shù)據(jù)系統(tǒng)，從而方便了產(chǎn)品設(shè)計中的調(diào)用，增加了模塊化設(shè)計的可能性。在實際操作過程中，相關(guān)技術(shù)人員可結(jié)合產(chǎn)品特點及需求，在設(shè)計前導(dǎo)入沖壓模具的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)，繼而生成模板，有效減少了后續(xù)工作量，并提高了產(chǎn)品設(shè)計精度。另外，參數(shù)化編程還在很大程度上推進了沖壓模具加工質(zhì)量的標準化，從而展現(xiàn)出了更為可靠的穩(wěn)定性。

2.3 數(shù)字化裝配技術(shù)

傳統(tǒng)沖壓模具制造工藝中，企業(yè)首要在加工中心進行基本性加工處理，隨后進行現(xiàn)場裝配，但是這種分組方法的應(yīng)用無法有效保證導(dǎo)柱精度，從而降低了標準件質(zhì)量。相比之下，數(shù)字化裝配技術(shù)改善了傳統(tǒng)分組裝配工藝，通過OMV軟件對加工后的單品進行在線測量，繼而形成上下模座導(dǎo)向、導(dǎo)柱的數(shù)據(jù)，最終通過對比分析，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，繼而對誤差較大的情況進行修正，充分保證了上下模座導(dǎo)向、導(dǎo)柱精度維持在合理范圍，如此對提高加工間的質(zhì)量作用顯著。在具體的操作踐行中，企業(yè)依托相關(guān)準確數(shù)據(jù)支持，直接配磨導(dǎo)板及其他零件，從而保證了導(dǎo)向間隙控制在標準范圍內(nèi)，最終做到合模裝配。在整個流程組織中，數(shù)字化裝配技術(shù)應(yīng)用，有效提升了沖壓模具制造過程中的合模進度，為后續(xù)調(diào)試工作爭取到了更多時間，進而充分完成數(shù)量測量和軟件分析等系列工作，是提高沖壓模具制造質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán)。

3 數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用實踐

3.1 數(shù)據(jù)管理

數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中應(yīng)用的關(guān)鍵，首要建立數(shù)字化管理體系，繼而實時采集此過程中的進度、質(zhì)量、物料等信息數(shù)據(jù)，并基于此形成成熟的工藝體系，提升自身核心競爭力。目前來講，常用的數(shù)據(jù)管理軟件包括PDM、CAPP等，并由此建構(gòu)BOM結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，進而實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)文件相互關(guān)聯(lián)，如數(shù)模、三維模型、兼具數(shù)據(jù)等。在此基礎(chǔ)之上，相關(guān)技術(shù)從業(yè)人員只需在大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中調(diào)取沖壓模具的名稱、型號等信息，即可便捷地完成沖壓模具設(shè)計與制造工作，大幅提升了其產(chǎn)出效率，如此還有利于整個動態(tài)流程高度的一致性管理。事實上，數(shù)據(jù)集約化管理，已然成為現(xiàn)代智能制造領(lǐng)域的核心，并實現(xiàn)了多重方面的優(yōu)勢功能負載，是沖壓模具設(shè)計與制造優(yōu)化的關(guān)鍵支持。

3.2 項目管理

在實際操作踐行過程中，一個成熟的沖壓模具設(shè)計與制造項目可能會涉及到上百套沖壓模具，并且每套成形都可能需要花費幾個月的時間，加之繁瑣的監(jiān)控體系，導(dǎo)致其質(zhì)量難有保障。而數(shù)字化技術(shù)支持環(huán)境下的沖壓模具設(shè)計與制造項目管理，通過ERP、MES等應(yīng)用系統(tǒng)導(dǎo)入，有機地將訂單管理、計劃設(shè)計、投入排產(chǎn)、物料追蹤、生產(chǎn)調(diào)度等集整在統(tǒng)一平臺上，并通過各類軟件集成實現(xiàn)沖壓模具設(shè)計與制造的一體化操作管理，同步進行多個點位環(huán)節(jié)的動態(tài)監(jiān)控，大大提升了企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)效率及質(zhì)量。從另一個維度視角上講，基于數(shù)字化技術(shù)支持的沖壓模具設(shè)計與制造項目管理，還有效節(jié)約了人力資本投入。

3.3 知識管理

某種維度上講，沖壓模具設(shè)計與制造作為一個典型的知識密集型行業(yè)，對“經(jīng)驗”有著極高的依賴性。沖壓模具的設(shè)計和生產(chǎn)工作，不僅需要達到一定的技術(shù)標準，同時需要累積一定的經(jīng)驗，因此在沖壓模具制造過程中，需要建立一個知識管理體系，把有關(guān)沖壓模具從設(shè)計到生產(chǎn)的所有技術(shù)數(shù)據(jù)、理論數(shù)據(jù)和經(jīng)驗數(shù)據(jù)都記錄下來，建成知識管理體系，保證企業(yè)核心技術(shù)。[3]數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用，通過對各個環(huán)節(jié)的動態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)了更為龐大的數(shù)據(jù)信息累積，以數(shù)據(jù)管理為依托，從而有助于形成企業(yè)獨特的設(shè)計理念與制造工藝，對提升其在經(jīng)濟市場中的競爭力作用顯著。同時，沖壓模具設(shè)計與制造企業(yè)構(gòu)建一個完善的數(shù)字化管理平臺，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，提高知識管理成效，并與其他企業(yè)進行交互共享，實現(xiàn)了更多有效經(jīng)驗的累積，對推動行業(yè)發(fā)展有著非凡的意義。

4 結(jié)語

目前來講，數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用主流包括沖壓成型CAE技術(shù)、模塊化快速設(shè)計技術(shù)、數(shù)字化裝配技術(shù)等，在實際踐行過程中，應(yīng)以此為依托，進一步加強數(shù)據(jù)管理、項目管理和知識管理，從而保證其最大效益價值產(chǎn)出。作者希望學(xué)術(shù)界持續(xù)關(guān)注此類課題研究，結(jié)合實際情況，從不同視角提出更多有效性建議，為制造領(lǐng)域的發(fā)展做貢獻。