数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用

李凌云

[摘 要] 冲压模具的市场需求量在以每年20%的速率不断增长，但是我国在冲压模具的设计和制造上依然存在许多问题，如，生产周期过长、使用寿命较短、精度较低、使用不稳定，等等，据调查我国的中高端模具约有50%来自进口，这无疑体现出我国在冲压模具设计和制造之上的严重缺陷。对此，可以将数字化技术融入冲压模具的设计与制造过程中，用以提高模具的生产质量，减少航空制造业与汽车工业对进口产品的依赖。

[关 键 词] 数字化技术；冲压模具；设计与制造

[中图分类号] G385.2 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）28-0079-01

一、数字化技术的应用意义

借助数字化技术来完成模具的设计与制造，将数字化技术贯穿于整个设计、制造过程之中，在模具的虚拟检测、虚拟装配、虚拟制造、三维可视化设计、仿真以及虚拟成形过程中加以利用，同时借助数字化机床来加工生产模具，这便是数字化技术在冲压模具生产中所具有的应用意义。

现阶段，模具在设计与制造上出现了并行化、数字化、集成化以及知识化的“四化”发展趋势，作为一项核心技术，数字化技术得到了快速的创新开发，其基本构思是将数字化技术应用到模具的整个开发过程中，将图形、技能、知识以及数据等信息储存起来，并在必要的时刻进行处理与控制，由于数字化技术具有定量表达功能，因此可以预测模具的性能、分析模具的可制造性，还能推动制造业的不断发展，使其从传统生产型向着当前的知识型不断转化。可以说，制造业尤其是冲压模具制造业的数字化已经是必然的发展趋势，数字化技术甚至成为产品生产的驱动因素，模具的設计、分析以及加工制造均需要数字化技术给予有力的支撑。

二、数字化技术的具体应用

（一）冲压成形计算机辅助工程技术

从最初对产品工艺的了解开始，到对模具工艺性的分析，最后到模具的开发，模具新产品的整个设计、开发过程均有数字化技术的身影，可以说，数字化技术可以实现工艺与模具的同步开发。模具在冲压成形的过程中具有一定的基本物理规律，在遵守规律这一前提下，使用计算机便可以全面掌握模具和板料之间的相互关系，还能借助专用设计软件模拟出板料的整个变形过程。

近年来，计算机的硬件不断升级，有限元方法与非线性理论愈加完善，计算机辅助工程技术也随之越来越成熟，工业生产因此开始采用一系列的通用软件，如Auto Form/PAM-STAMP等，这些软件具有很高的兼容性和专业性，可以在模具设计阶段实现对单个零件的成形设计与工艺分析，可以显著提升模具设计效率。

（二）模块化的数字快速设计系统

如何实现对结构的合理设计是冲压模具设计工作中最为重要的一个问题，如何完成巨大的结构设计工作量同样引人思考，人们可以通过使用CAD技术来实现快速设计目标。我国对于CAD技术的利用程度不够深，虽然近些年来已经对CAD技术进行了许多探索，但是CAD技术在冲压模具的生产设计中依然存在着许多问题，如，设计人员缺乏足够的经验、设计人员对CAD技术有着较高的依赖性、对CAD技术的利用依然停留在造型和绘图等基础层次之上、无法利用CAD软件来发现设计产品中存在的不足，等等。这些问题将会导致模具设计周期变长，从某个角度来说也会影响到模具的最终产品质量。对于这种情况，人们可以选择UG/PROE等数字化造型软件进行开发，实现对冲压模具的模块化设计。

该系统具有非常鲜明的优势，其软件具有标准的件库与模板，以此为基础将参数化的模块引入其中，可以在设计产品的过程中随时调用导板、导柱等标准件的信息，操作人员只需要将相关参数导入软件之中便可以实现对模具的精准设计。对于已有的、需要量产化的模具，则可以在制造模板之前将参数导入并设置。

（三）数字化的装配技术

冲压模具在现阶段共有四种装配方法：（1）互换法；（2）分组法；（3）修配法；（4）调整法。其中的分组装配法是最为常用的装配方法，多用于冲压模具的早期加工，模具在加工中心经过充分加工之后需要在现场进行装配。这种方法最大的缺点是难以确保单个组间具有良好的导柱精度或导滑面位置度，导柱导板可能出现拉伤，最终导致标准件的损坏。将数字化技术引入，可以将冲压模具的精加工结果测量并记录下来，随后与设计要求作出对比，便可以及时发现问题。由于测量、记录与反馈均是在线完成，可以在问题被发现后迅速进行解决，因此无论是加工精度还是加工质量，冲压模具都会得到相应的提高。而修配装配法则是欧美等发达国家使用的最典型的方法，装配前进行精确测量，数据记录下来之后导入相关系统，操作人员可以控制数字化设备直接配磨其他零件与导板，如此可以获得精准的导向间隙，从而实现合模装配。可以说，无论是修配装配法还是分组装配法，冲压模板在加工中应用数字化装配技术能够节省模具的后续调试时间，提高模具加工质量。

三、结束语

冲压模具常用于汽车与航空制造业之中，这些行业对冲压模具的质量与精度有着较高的要求，我国传统加工业难以实现其需求，因此通常以进口的方式来补足供需缺口。好在随着数字化技术的应用，冲压模具在设计与制造上实现了飞跃式的进步，不仅加工精度与加工质量得到提高，其设计、制造效率更有明显提升。因此，加工制造企业应该将数字化技术充分应用在冲压模具的制造与设计之中，以此来改善冲压模具的不良現状，推动企业与行业的全面发展。

参考文献：

[1]尹湘云.冲压模具数字化设计手册软件的开发技术研究[D].四川大学，2003.

[2]杨汉，刘安明，祝云.数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用[J].航空制造技术，2013（5）.