数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用分析

周立华

(成都理工大学工程技术学院，四川 乐山 614000)

长期以来，受多重因素影响，我国冲压模具设计与制造中存在精度低、寿命短、生产周期长、可靠性差等系列问题，一定程度上限制了工业现代化水平。冲压模具本身作为一类技术密集型、知识密集型产品，对科技发展的依赖性较高。数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用，有效提升了相关工作效率及质量，是现代企业发展的必然诉求，对推动我国冲压模具行业的健康发展亦有重要现实意义，由此其践行势在必行。

1 数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用优势

随着现代工业发展，智能制造引动了整个行业的深刻变革，对数字化技术的应用愈加广泛，并由此产出了巨大的价值。传统冲压模具整体设计是依赖技术人员进行冲压件排样和冲裁力计算问题等操作，一般根据自身经验进行，也导致工作人员一旦疏忽，就会出现错误，影响整体冲压模具质量，使企业产生损失。[1]但是在冲压件排样、冲载力计算等实际问题解决中，一旦出现疏漏，则可能造成企业不可估量的损失。而数字化技术的应用导入，则轻松解决了上述问题，并可通过仿真模拟实现再优化，降低了相关成本投入，有效提升了冲压模具设计精度。同时，数字化技术在冲压模具制造中的应用，主要对模具结构进行三维数控加工，保证了与设计输出高度的一致性，冲压模具的加工质量大幅提升，并且有效把握了各环节的工作量，减少了不必要耗费。如此，对加强企业生产成本方面的控制亦有非凡的现实意义。另外，基于数字化技术应用支持的冲压模具制造，更有利于企业在装配方式上的优化，降低了冲压件的损坏率，一定程度上保证了企业最大经济效益产出。正是源于数字化技术在冲压模具设计与制造中的多重应用优势，对提升企业在整个行业中的竞争实力作用显著，因而十分重要。

2 数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用类型

2.1 冲压成型CAE技术

冲压成型CAE技术作为数字化技术在冲压模具设计与制造中应用最广泛的类型之一，是根据冲压模具成型物理规律，并充分依托计算机输出模具和板料之间的作用，观察板料成型的过程。时至今日，随着宏观社会科技发展，非线性理论、有限元方法等研究日臻成熟完善，加之计算机软硬件系统逐步升级，使得冲压成型CAE技术的应用优势愈加突出，并由此衍生出了一些专业的设计软件，如Auto-Form/PAM STAMP等。在冲压模具设计实践中，基于此软件平台支持，相关技术人员可更为直观地观察输出板料成型过程中的数据动态，并由此精准分析板料厚度、起皱、流动形式等情况，进而结合模拟反馈结构实现最优化设计。同时，计算机辅助设计技术的应用，还有效实现了整个产品生成流程的高度统一，包括产品设计、工艺分析以及模具开发等，并可根据产品的实际特点进行及时调整，为后续加工及装配工作展开提供了必要的数据指导，由此大大降低了冲压模具的生产时间，增强了相关工艺方案的科学性、系统性以及可操作性。

2.2 模块化快速设计技术

在目前的模具设计过程中，结构设计环节是设计过程中极其重要也是工作量最大的组成部分。[2]近年来，随着计算机技术的快速革新与发展，冲压模具CAD技术的应用越发广泛，为相关从业人员提供了诸多方面的便利操作服务，但对其本身经验累积仍有着较高的要求，现有的软件设计水平仍旧停滞于交互绘图、造型的层次上，并不足以支持发现新型模具产品的设计缺陷，导致此过程中所耗费的时间周期较长，同时还在一定程度上降低了冲压模具设计质量。而诸如UG、PROE等系类更为高端的计算机造型软件开发，通过导入参数化模块，将导柱、导板、冲头等标准件列入到数据系统，从而方便了产品设计中的调用，增加了模块化设计的可能性。在实际操作过程中，相关技术人员可结合产品特点及需求，在设计前导入冲压模具的相关结构参数，继而生成模板，有效减少了后续工作量，并提高了产品设计精度。另外，参数化编程还在很大程度上推进了冲压模具加工质量的标准化，从而展现出了更为可靠的稳定性。

2.3 数字化装配技术

传统冲压模具制造工艺中，企业首要在加工中心进行基本性加工处理，随后进行现场装配，但是这种分组方法的应用无法有效保证导柱精度，从而降低了标准件质量。相比之下，数字化装配技术改善了传统分组装配工艺，通过OMV软件对加工后的单品进行在线测量，继而形成上下模座导向、导柱的数据，最终通过对比分析，及时发现其中存在的问题，继而对误差较大的情况进行修正，充分保证了上下模座导向、导柱精度维持在合理范围，如此对提高加工间的质量作用显著。在具体的操作践行中，企业依托相关准确数据支持，直接配磨导板及其他零件，从而保证了导向间隙控制在标准范围内，最终做到合模装配。在整个流程组织中，数字化装配技术应用，有效提升了冲压模具制造过程中的合模进度，为后续调试工作争取到了更多时间，进而充分完成数量测量和软件分析等系列工作，是提高冲压模具制造质量的关键一环。

3 数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用实践

3.1 数据管理

数字化技术在冲压模具设计与制造中应用的关键，首要建立数字化管理体系，继而实时采集此过程中的进度、质量、物料等信息数据，并基于此形成成熟的工艺体系，提升自身核心竞争力。目前来讲，常用的数据管理软件包括PDM、CAPP等，并由此建构BOM结构数据库，进而实现各类数据文件相互关联，如数模、三维模型、兼具数据等。在此基础之上，相关技术从业人员只需在大数据系统中调取冲压模具的名称、型号等信息，即可便捷地完成冲压模具设计与制造工作，大幅提升了其产出效率，如此还有利于整个动态流程高度的一致性管理。事实上，数据集约化管理，已然成为现代智能制造领域的核心，并实现了多重方面的优势功能负载，是冲压模具设计与制造优化的关键支持。

3.2 项目管理

在实际操作践行过程中，一个成熟的冲压模具设计与制造项目可能会涉及到上百套冲压模具，并且每套成形都可能需要花费几个月的时间，加之繁琐的监控体系，导致其质量难有保障。而数字化技术支持环境下的冲压模具设计与制造项目管理，通过ERP、MES等应用系统导入，有机地将订单管理、计划设计、投入排产、物料追踪、生产调度等集整在统一平台上，并通过各类软件集成实现冲压模具设计与制造的一体化操作管理，同步进行多个点位环节的动态监控，大大提升了企业产品生产效率及质量。从另一个维度视角上讲，基于数字化技术支持的冲压模具设计与制造项目管理，还有效节约了人力资本投入。

3.3 知识管理

某种维度上讲，冲压模具设计与制造作为一个典型的知识密集型行业，对“经验”有着极高的依赖性。冲压模具的设计和生产工作，不仅需要达到一定的技术标准，同时需要累积一定的经验，因此在冲压模具制造过程中，需要建立一个知识管理体系，把有关冲压模具从设计到生产的所有技术数据、理论数据和经验数据都记录下来，建成知识管理体系，保证企业核心技术。[3]数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用，通过对各个环节的动态监控，实现了更为庞大的数据信息累积，以数据管理为依托，从而有助于形成企业独特的设计理念与制造工艺，对提升其在经济市场中的竞争力作用显著。同时，冲压模具设计与制造企业构建一个完善的数字化管理平台，形成统一的数据库，提高知识管理成效，并与其他企业进行交互共享，实现了更多有效经验的累积，对推动行业发展有着非凡的意义。

4 结语

目前来讲，数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用主流包括冲压成型CAE技术、模块化快速设计技术、数字化装配技术等，在实际践行过程中，应以此为依托，进一步加强数据管理、项目管理和知识管理，从而保证其最大效益价值产出。作者希望学术界持续关注此类课题研究，结合实际情况，从不同视角提出更多有效性建议，为制造领域的发展做贡献。