工業(yè)產(chǎn)業(yè)背景下機械模具設計工藝技術研究

高志星

（江蘇省張家港中等專業(yè)學校，張家港 215600）

隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，相關行業(yè)對傳統(tǒng)機械生產(chǎn)制造提出了更高的要求。企業(yè)在發(fā)展過程中，必須加大技術資源、經(jīng)濟資源的投入力度，才能增強機械制造能力，提高企業(yè)在工業(yè)發(fā)展體系中的地位。機械模具設計作為一種常見的機械加工形式，在先進科學技術的支撐下，其工藝也正由傳統(tǒng)的機械化操作逐漸轉變?yōu)橹悄芑c信息化相整合的數(shù)字驅動設計，這不僅提高了設計精度，而且滿足了模具設計工藝及機械加工的高質量需求[1]。本文針對工業(yè)產(chǎn)業(yè)背景下機械模具設計工藝技術展開了探討。

1 模具設計內容

1.1 機械產(chǎn)品工藝分析及其設計

在機械產(chǎn)品設計初期，需要從工藝屬性方面進行考慮，由于產(chǎn)品在設計及制造期間所產(chǎn)生的消耗與整個生產(chǎn)成本相關，為簡化生產(chǎn)工序，提高模具使用年限，必須在前期設計時綜合考慮生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質量、生產(chǎn)安全等因素，然后通過精準計算，保證每一項設計操作均符合工藝設計需求。

1.2 模具結構設計

此類設計是將零部件結構與具體實踐相結合，然后按照不同零部件的運行工序，制定出形狀、尺寸、配合等方面的參數(shù)值，真正做到結構與標準相結合、設計與加工相一致，才能提高模具設計質量。

1.3 三維圖紙設計

在信息化技術的支撐下，模具設計工藝由原來的二維平面設計轉變成了基于計算機系統(tǒng)軟件的三維立體化設計。此過程中，需要將設計工序及各類參數(shù)輸入到系統(tǒng)軟件中進行自動識別，從而查出當前操控模式下，模具設計與生產(chǎn)應當遵循的原則，并列出不同數(shù)據(jù)值，以便于提高設計工藝與生產(chǎn)工藝的對接性。

2 模具設計方法

2.1 標準化設計

標準化設計需要針對模具的零部件參數(shù)進行基準匹配，這樣在后續(xù)操作過程中，若生產(chǎn)中的零部件產(chǎn)生誤差或者是需要被替換，則可直接調用標準化部件進行匹配處理，無需再次進行其他設計。應用標準化設計可以有效降低模具設計時限，減少成本損耗率，提高企業(yè)的經(jīng)濟收益。

2.2 參數(shù)化設計

參數(shù)化設計是以尺寸為基準，針對不同零部件具備的屬性而設定的一種具有約束特征的變量載體，可有效增加零部件在應用過程中的針對性。當模具部件結構產(chǎn)生變化時，則可以通過參數(shù)描述出變量值，然后自動進行參數(shù)匹配，從而達到實時化更新的作用，且此過程無需再次針對模具設計圖紙進行定位或標記便可完成自動優(yōu)化處理[2]。因此，該方式能夠提高模具設計工藝的便捷性。

2.3 模塊化設計

模塊化設計是以模具產(chǎn)品的功能性為切入點，結合結構屬性、功能特性等參數(shù)，將模具產(chǎn)品進行標準化設定的方式。在規(guī)定時間內，該方式可確保相關機械產(chǎn)品構設的精準性[3]。經(jīng)過不斷實踐可以看出，模塊化設計可有效解決產(chǎn)品設計與應用過程中的交錯問題，使產(chǎn)品設計具備可預見性，且能夠規(guī)避結構重疊問題，從而保證實際操作的合理性。

2.4 智能化設計

智能化設計是利用智能軟件，針對設計參數(shù)自動生成數(shù)據(jù)模型的設計方式。該方式可通過所設計的模型映射出不同操控視域，且模型方案與具體機械制造之間具有關聯(lián)性。除此之外，智能化設計還可進行多方位評估，如成本預算、生產(chǎn)時限預測等，而且通過預期方案解讀出全過程工藝設計及制造中的各類損耗點，從而為后續(xù)生產(chǎn)及管理提供數(shù)據(jù)支撐。

3 機械模具設計工藝技術

3.1 激光技術

機械模具設計工藝中，因激光的判定率高而使激光技術得到了較好的應用，在不同操作模式中，該技術具有成型效率高、反應時限短的優(yōu)勢，確保了不同操作模式下均能滿足多結構化操作的需求，而且提高了模具設計及制造的精準度[4]。除此之外，基于激光技術可在頂層系統(tǒng)與基層操作之間建立一個高效率的聯(lián)動渠道，從而在保證前期圖紙設計精確的前提下，提高切割、打孔的精度，便于提高模具結構的整體性、穩(wěn)定性以及機械產(chǎn)品的制備質量。

3.2 CAD技術

計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）技術主要通過搭載計算機系統(tǒng)和內部軟件識別各項參數(shù)信息，從而判定出當前操作體系內以圖形信息、結構信息和尺寸信息為代表的各類主體，真正映射出實體操作，各種CAD設計實例如圖1所示。另外，應用CAD技術可核驗大容量的數(shù)據(jù)信息，且可通過軟件對參數(shù)信息進行修改，并在軟件系統(tǒng)中實時顯示出修改后的數(shù)據(jù)模型。因此，在具體規(guī)劃時，可以真正從多個角度分析出機械產(chǎn)品的各項屬性，如韌性、可塑性、傳導性等[5]。在此基礎上，結合具體制備參數(shù)，具體分析與設計相關聯(lián)的各項數(shù)據(jù)，即可羅列出可行的數(shù)據(jù)方案及模擬方案，以達到簡化設計工序，提高生產(chǎn)效率的目的。

圖1 各種CAD設計實例

3.3 逆向工程技術

逆向工程技術主要包括數(shù)據(jù)采集技術、軟件集成技術和幾何建模3部分。首先，數(shù)據(jù)采集技術的實現(xiàn)需要采用高精度的數(shù)據(jù)采集模式匹配與識別相關數(shù)據(jù)信息，從而降低系統(tǒng)誤差值。此類采集技術可搭配激光掃描技術進行高清晰定位，然后通過對零部件進行多個角度的分析來提高模型辨識精度，使系統(tǒng)可以在運行過程中全方位掌握參數(shù)信息，從而提高整體制造質量。其次，軟件集成技術中，因為模具設計工藝在信息化技術的支撐下，基本已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)字化處理，所以該技術只需進一步深化系統(tǒng)應用性能、確定數(shù)據(jù)節(jié)點，并充分界定出不同組態(tài)下數(shù)據(jù)模型與各類信息模型之間的對接屬性，就能分析出工況模式下的數(shù)據(jù)集成特征，為后續(xù)模具設計及制造提供數(shù)據(jù)決策。最后，幾何建模是針對智能操控系統(tǒng)設定的一種數(shù)據(jù)運行基準，它能夠通過對數(shù)據(jù)信息進行羅列運算，解析出不同操控工況下系統(tǒng)預設模塊與實操模塊之間的差異性，然后通過模塊所表達出的數(shù)據(jù)羅列關系，查證出不同功能下的數(shù)據(jù)邏輯特征，如采集信息與掃描信息之間的關系，此時通過數(shù)據(jù)在整個操控網(wǎng)絡內的節(jié)點及區(qū)域設定一個擬合曲面，然后就能夠在各類算法的支撐下作出所需的幾何模型。這種方式確保了數(shù)據(jù)信息核驗的精準性，并且能夠提高設計質量。

3.4 CAE軟件

計算機輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）軟件通過搭載計算機設備，可以利用軟件系統(tǒng)輔助檢測出機械工程中待加工產(chǎn)品的各類屬性，如強度系數(shù)、屈曲穩(wěn)定系數(shù)、塑性系數(shù)等，然后通過算法精確測定出各類力學表述的近似值。它通過與CAD技術交替應用，能夠深入模擬各類機械產(chǎn)品的實際應用性能，得出更為完整的參數(shù)信息，以供后期機械生產(chǎn)及制造。從功能角度來看，CAE軟件在具體實現(xiàn)時，可構設出基于加工部件的立體化數(shù)據(jù)模型，并利用各類模型映射出相對應的仿真模擬，從而對建模進行精確化分析，從多個方面對模型設計及生產(chǎn)之間的可行性予以確定，同時提高實際處理質量。例如：在對鈑金沖壓模具進行設計時，CAE軟件的應用工序如下，依據(jù)模具參數(shù)尺寸界定加工過程中的沖壓方向，通過對加工原材料進行分析，確定出沖壓過程中各種力的產(chǎn)生條件，分析出沖壓速度、力度與靜動態(tài)摩擦力的影響因子，才能在全方位的數(shù)據(jù)分析時，真正達到以不同切點為基礎的數(shù)據(jù)化解析，有效規(guī)避各類數(shù)據(jù)處理過程中的誤差現(xiàn)象，實現(xiàn)工藝優(yōu)化、精細分析的設計優(yōu)勢。

4 工業(yè)產(chǎn)業(yè)背景下機械模具設計工藝技術的發(fā)展趨勢

機械模具是工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎所在，其設計工藝精度、質量和效率直接決定著我國在國際機械市場中的地位。為滿足市場發(fā)展、技術工藝優(yōu)化等方面的需求，應針對現(xiàn)有的設計理念、技術工藝效果等，明確我國模具設計工藝技術的主要發(fā)展方向，才能提高機械設計及生產(chǎn)的整體水平。

4.1 多集成化的發(fā)展趨勢

現(xiàn)代模具設計中，要對原有單一化的設計模式進行創(chuàng)新，不僅應考慮到技術應用效果，還應結合人力資源、生產(chǎn)制造體系等，打造出多行業(yè)交互、學科綜合的集成化運作模式，才能夠提高理論學科的融合效能，細化設計工藝。

4.2 智能化的發(fā)展趨勢

隨著人工智能時代的發(fā)展，自動化、網(wǎng)絡化的運作模式極大地提高了機械行業(yè)的發(fā)展效率。因此，模具設計工藝在發(fā)展期間，應充分挖掘人工智能所起到的價值，針對不同設計環(huán)節(jié)融合智能化操控理念，才能實現(xiàn)行業(yè)發(fā)展期間的數(shù)據(jù)融通，提高實際運行效率。另外，可應用網(wǎng)絡平臺創(chuàng)設出共享式的發(fā)展體系，并通過與國外先進的機械企業(yè)進行聯(lián)動來提高技術應用質量。

4.3 數(shù)字化的發(fā)展趨勢

機械模具設計與生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的加工信息與產(chǎn)品屬性信息，原有的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)顯然無法應對激增的數(shù)據(jù)體量。對此，可以結合數(shù)字化管理系統(tǒng)，依據(jù)產(chǎn)品的不同種類，打造模塊化數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，通過對產(chǎn)品信息以及具體生產(chǎn)過程的定義信息進行數(shù)字化整合，并通過網(wǎng)絡平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，為后續(xù)模具設計及生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。

5 結語

在工業(yè)產(chǎn)業(yè)的推進下，傳統(tǒng)機械模具設計工藝也必須進行轉變，將技術理念、生產(chǎn)理念等貫徹落實到整個加工體系中，才能提高企業(yè)生產(chǎn)效能，真正實現(xiàn)以技術為驅動的工藝設計，從而滿足企業(yè)生產(chǎn)及發(fā)展的需求，全面打造出可持續(xù)發(fā)展的規(guī)劃體系，提高我國工業(yè)生產(chǎn)實力。