论数字化背景下模具加工技术的改进方案探讨

摘 要：随着科学技术的发展，模具精度不断提高、模具设计周期相应缩短以及成本和劳动强度的也不断降低，这些都体现了计算机技术和相应的计算机辅助技术与模具加工技术相融合都具有极大的优越性。其中最常用的数字化技术是CAD/CAE/CAM技术，但是由于受很多因素的限制，模具数字化加工技术还有待进一步改进。

关键词：数字化；模具；加工技术

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.120

0 前言

自二十一世纪以来，由于国家政策的指导和鼓励以及CAD、CAE和CAM等数字化技术的普及应用，模具制造工业得到了飞速的发展，模具加工技术也得到了质的提升，主要包括图1所示的过程。同时PDM、MES、CAPP、EPR等信息化管理平台的应用也促进了模具企业的发展。目前，在数字化背景下，我国最具有代表性的模具是100吨以上的大型单套模具，其精度在0.3-0.5um以内，开合次数高达了4亿次，并且可以每分钟运行2500次的冲床配置使用生产。但是就目前我国模具的总体现状来看，大部分企业的模具制造能力都属于中低水平阶段，造成这种现象的原因是由于大部分企业都存在着人才、技术和资源等方面问题，而这些问题归根结底就是不能准确把握设计和制造的重点。为了解决这些问题，我们需要将模具制造与数字化技术充分融合利用，从而进行快速高质的模具加工制造。由于我国数字化技术与模具加工技术融合利用还不够成熟，受很多因素的限制，模具数字化加工技术还有待进一步改进。因此，下文将对数字化模具加工技术提出一些改进方案。

1 数字化模具技术

数字化模具加工技术是指借助计算机技术和相关的计算机辅助技术来设计和制造模具，推动中国智造升级。应用计算机建模和模拟功能对模具进行优化加工设计可以提高模具的统一性和精准性。通过数值模拟辅助中物理模拟过程来保证使用材料的顺畅流动，均匀地充满模腔。充分利用CAD系统功能对模具进行二维和三维设计，利用CAE系统功能对模具进行多样加工，以保证产品初始信息的一致性和精准性，排除人为因素对模具制造的影响，提高模具设计质量。

目前流行的数字化技术中CAE软件有部分软件能够满足目前模具的要求，表1列出部分比较常用的CAE软件和相应的功能特点。

2 数字化模具加工技术的改进方案

在数字化背景之下计算机及互联网技术的快速发展也推动了模具加工方案的不断改进，同时也使得模具加工方式得以广泛应用。然而数字化背景下人们对产品等多样化需求也使得产品之间的更新换代越来越快，企业面临着越来越激烈的竞争。用户对模具制造的要求越来越高，这为模具加工技术的发展带来压力的同时，也为模具加工技术的发展提供了更为明确的方向。

2.1 引入高速高精度加工和成形设备

由于近年来我国的模具制造行业中一些重点企业都先后进口了高速铣床和高速加工中心，并在模具加工过程中发挥了重要作用。加之，国外的高速加工机床主轴最早转速又有了极大的突破，具体来说已经超过了十万r/min，此外，加速进给速度和加速度、换刀时间都有所提高。速度的提升也为模具制造行业提高了加工效率，其发展也逐渐对电火花成形加工造成了一定的威胁。此外，在主轴转速提高的同时，为了匹配相应的零件和部件，产品造价也大幅度提升。正因如此，我国的模具企业进口的高速加工机床主轴最高转速仍将以之前的速度为主。

因此，投入高速高精度加工的NC编程不仅可以提高加工效率也提高模具的精度，这些投入可以得到成倍的回报。高速高精度加工和成形设备优化模具加工技术的重点是：精密零部件（如精密轴承、高速齿轮）的成套加工技术，近终形加工技术（如精密铸造、精密锻造、精密冲压、超塑性成形、回转成形），自动化成形装备及集成系统，快速原型成套技术及装备，相关工艺过程分析、模拟和优化软件，模具加工工艺及设备。

2.2 引入数字化制造设备

数字化制造设备是提升制造业技术水平的重要手段，是制造业实现信息化的基础，发展各种数字化设备是振兴装备制造业的必由之路。机床是制造业的基础设备。机械加工行业对高质量数控机床的需求量越来越大，迫切要求对我国传统机械加工行业进行数控化改造。产业化的重点是：高性能伺服电机及高精度数字化智能控制系统，高质量的车、铣数控机床及加工中心，高精度多轴联动数控机床、可重组柔性数控机床及特种数控机床，光、机、电一体化的胶印机等。

2.3 使用工业机器人

采用工业机器人及其自动化生产装备对改进产品质量、降低生产成本、减小劳动强度、提高生产率具有重要的作用。我国工业机器人的生产技术已相对成熟，并具有小批量生产能力。产业化的重点是：工业机器人的生产设备及控制系统（包括锻压、喷涂、焊接、搬运、装配和检测），基于工业机器人的自动化生产线。

2.4 引入激光加工技术及设备

激光加工技术具有应用范围广、工艺灵活、加工精度高、质量好、生产过程清洁以及便于实现自动化、柔性化和智能化等优点，可以对金属和非金属材料进行切割、焊接、表面处理、打标、打孔及微细加工等。产业化的重点是：性能稳定的大功率激光器，大型轧辊表面强化设备，激光精密加工设备，激光切割和薄钢板拼焊用成套设备等。

2.5 不断地发展电火花加工技术

电火花加工技术现如今受到了高速铣削技术的极大冲击，这在上

文中就有所提及，但EDM技术中一些具有独特性的加工方法和固有特性是高速铣削技术不能代劳的，比如说模具加工过程中一些复杂型面、深窄小型腔、尖角等处的加工都必须用到EDM技术。即使高速铣削技术能够在大多数情况下满足模具的加工要求，但其成本却远高于电火花加工，且具有更高的自动化特点。为了保持其优势，并在数字化背景下改进模具的加工技术就必须要明确电火花加工技术的发展方向。在不断提高加工效率的同事也要保证加工的自动化，保证其设备的精密化和大型化，努力保持其加工的稳定性、易操作性性价比。与此同时还要满足不同要求的高校节能及反电解新型脉冲电源的研发。

2.6 致力于发展快速原型制造和快速制模技术

为了在数据化背景下进一步推动模具加工技术的发展，还需要致力于发展快速原型制造和加速制模的技术，在模具发展的过程中，其所遇到的最大劲敌就是如何快速制造出用户所需求的模具，即加快制造效率。快速原型制造能够直接用于快速制模技术当中。将快速原型制造技术和快速制模技术相结合也必然会提高传统制模技术的进一步发展。

2.7 同时运用超精加工、微细加工和复合加工技术

在大数据背景下，模具的加工要朝着更加精密化和大型化的方向发展，因此，就要利用先进且合适的技术进行加工保证其发展，这些技术包括了超精加工、微细加工和复合加工，在目前，超精加工已经达到了亚微米级，纳米精度的超精加工也已经被应用到了实际生产当中。为了进一步推动模具加工技术的改革就必须推动模具加工技术的新发展。

3 结论

随着人们需求的不断提高，越来越多的新式样和新功能产品出现在消费者面前，而这些产品的生命周期越来越短，复杂程度越来越高，精密程度也越来越高，而数字化技术能够精准地对模具进行加工。因此，我们必须把握数字化技术，充分融合数字化技术和模具加工技术来不断地改进模具加工方案，实现快速、高效和优质的模具生产目的，从而适应不断变化和需求越来越严的市场。

参考文献：

[1]张建，谢群.数字化模具制造技术[J].数字技术与应用，2015

（06）：208-208.

[2]张庆芳，李明哲，蔡中义等.模具数字化设计与制造技术——多点数字化成形技术的发展及应用[J].航空制造技术，2010（07）：40-44.

[3]元振毅，王永军，魏生民等.飞机复合材料构件模具数字化设计与制造技术[J].航空制造技术，2013，430（10）：43-47.

作者简介：王启香（1980-），男，广西桂林人，講师，高级技师，主要从事机械加工、模具、数控技术的研究与教学。