冲压模具设计与制造中数字化技术的应用探讨

摘 要：本文阐述了冲压磨具目前在设计与制造中存在问题，列举了数字化技术在冲压磨具行业中的应用情况，数字化技术在冲压磨具行业的应用需要依靠信息化管理，合理的信息化管理体系有利于发挥数字化技术的优势，提高磨具生产效率及精度。

关键词：冲压磨具 数字化技术 信息化管理 应用

0引言

制造业的不断发展使冲压产品在机械设备中占的比重越来越大，随着冲压产品精度要求及表面要求的不断提高，冲压磨具需要有更高的冲压精度、冲压效率、使用稳定性及使用寿命。目前冲压磨具每年的增长率为20%。但国产大型磨具的精密度、复杂化与国外有较大差距，其中50%的高端磨具依靠进口。因此，在磨具精度、加工周期、使用寿命、使用可靠性等方面进行突破，是提高冲压磨具质量的关键。目前模具数字化设计制造技术在磨具的生产中发挥重要的作用。磨具企业利用数字化技术做好磨具的设计、加工、分析以及制造过程中的控制，可有效地提高冲压模具生产效率及质量，促进冲压磨具行业的发展。

1.冲压模具制造中存在的问题

目前，冲压磨具研制周期长，质量低，原因主要包括以下几个方面：

⑴冲压工艺方面

技术协调性不够，成型分析修改反复，无专家系统，历史经验数据少，对CAE技术应用不足，成型精度不高。

⑵磨具结构设计方面

磨具结构设计不合理，浪费原料严重，设计人员流动量大，设计效率低，缺少标准化模板及智能化模板。

⑶制造调试

磨具工艺设计不合理，加工精度不高，无先进的加工设备，人工加工工作量大，加工周期长，缺乏有效的在线检测设备，零件超差。

2.模具设计与制造中的数字化技术的应用

冲压模具的数字化设计与制造技术，利用计算机辅助技术及计算机技术实现模具设计及制造。提高磨具的精度及使用寿命。在冲压磨具行业的应用主要包括：

2.1冲压成形CAE技术的应用

冲压CAE技术是根据冲压成形过程磨具与板料变形的规律，利用计算机技术模拟板料实际变形的全过程及模具与板料的相互作用关系。沖压CAE技术融合了非线性理论、有限元方法及计算机技术。目前已经进入工业使用阶段，其中比较典型有DynaForm、AutoForm、PAM-STAMP等，这些软件能成功的模拟材料厚度的变化、回弹、起皱、破坏及残余应力等。便于在设计阶段分析零件的成形性及工艺性，发现问题并进行优化。

2.2基于模块化的磨具的快速设计

目前在UG、Proe等三维设计软件中有专用磨具设计模块，磨具企业可通过建立参数化模块、标准件库及不同的模板实现“模具快速设计”。通过设计软件把公用标准件（导柱、导板、冲头等）统计人库便于调用。将模具结构制作成模板存入结构库。冲压磨具的开发设计需要充分了解产品的加工工艺，并对冲压工艺性进行合理性分析，结合现场实际生产经验，利用建好的模具结构库及标准件库，完成磨具的参数化模块设计。针对典型零件采用模板化设计。采用二次开发工具实现对设计过程中的重复工作的智能化操作，缩短设计周期。

2.3利用参数化程编实现模具的高速、高精度加工

合理的加工策略及安全的走刀轨迹是控制模具加工精度的关键。数控加工可实现磨具型面和结构面的高速加工。高进给，小切深、提高磨具表面质量及加工精度，可直接对淬火钢进行精加工，并保证较高的表面质量及尺寸精度，高速加工过程需要机床、刀具和数控编程三个方面的配合。通过建立刀具库、机床库及零件库，并将各库对应的数字参数通过编程做成CAM加工模板。

2.4数字化装配技术

目前，可通过OMV在机测量对精加工后的模具单件进行在线测量，通过对测量结果进行记录、统计及对比，发现超差立即更改。有效的保证模具合模质量。另外，国外目前采用修配装配法进行模具的装配。通过尺寸测量，配磨导板或其他零件，实现导向间隙的控制并保证装配质量。提高合模进度，节省时间，为后续模具的调试提供数据依据。

3.冲压磨具企业的信息化管理

磨具企业通过信息化管理体系优化磨具开发模式，实现设计、加工工艺等重要数据的积累和共享。以车间作业调度为核心，实时采集及控制生产过程中的质量、进度及物料信息。实现磨具企业所有业务过程及管理过程的信息化的，提高企业磨具生产效率。具体包括：

3.1 合理的系统流程

PDM/CAPP系统可方便的实现流程的电子化操作，包括审批流程及发放流程等，所有流程按规则进行执行，系统对各个流程进行记录，实现生产过程的可追溯性。

3.2 模具资料的管理

采用PDM/CAPP来实现模具档案的管理，在管理系统中建立不同模具的分层BOM，将与模具零件相关的各类文件与产品结构关联起来。便于设计工程师及下游部门根据零件图号、零件名称来查询技术资料，并保证数据的一致性。

3.3项目管理

模具的进度采集与控制管理过程比较繁琐。有的项目多达上百套模具，每套磨具需要同时监控许多设计、制造及交付节点。ERP/MES系统作为计划层和控制层之间的桥梁和纽带，将计划、生产与控制紧密联系起来，可实现在统一平台上进行订单管理。利用磨具项目计划节点，作为数据采集与控制的节点，实现磨具项目高效管理。

3.4知识管理体系管理

建立磨具知识管理体系，包括模具设计、加工工艺流程和生产参数等信息。通过搭建集成化平台形成一个统一的数据管理系统， 实现数据库与设计、工艺及制造之间的对接。实现磨具资料的积累。

4.结论

数字化技术在冲压模具生产制造过程中的应用，有利于提高磨具的生产效率、磨具精度及使用寿命，极大的促进了冲压磨具行业的发展。

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作者简介：程梓桓（1982.07.10）；性别：男，籍贯：广东阳江，民族：汉族，学历：本科，毕业于湛江师范学院；

现有职称：助理机械工程师。