数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用探讨

迟亨克

（一汽解放青岛整车事业部，山东青岛 266200）

0.引言

我国在近年来的整体经济水平不断提高，科学技术水平在此基础上不断优化并取得突出的进步。在社会发展过程中，数字化水平得到了不断的提升，其在各领域得到了广泛的应用，尤其是在工业生产制造环节更是发挥了重要的作用。冲压模具在我国属于高新技术领域，其中的关键性生产工艺技术与设备具有重要作用。目前，我国在冲压模具设计和制造方面仍存在一定不足，将数字化技术应用其中，可以有效实现智能化生产过程。

1.数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用类型

1.1 快速设计技术

快速设计技术是冲压模具设计与制造中的主要数字化技术之一，能够有效提高模具制造的速度和效率，全方位提高其制造质量。首先，利用快速设计技术可以依据实际设计需要和方案要求建立相应的数据库信息，将冲压模具设计中的关键数据和信息全部输入到数据库中。其次，在数据库的作用下，设计过程中各设计结构和环节都能够发挥其重要作用，帮助设计人员开展高效的设计工作，这不仅能够有效提高设计的质量，还能有效提高设计效率、减少设计时间和设计消耗的成本。并且在冲压模具设计的过程中，快速设计技术能帮助设计人员快速了解设计方案及生产过程，有针对性地对模具进行开发和应用[1]。

1.2 高速加工技术

高速加工技术是冲压模具设计与制造中的核心数字化技术之一，该技术的应用能够使整个设计制造过程在传统技术的基础上不断优化提高技术水平。应用高速加工技术能够有效提高技术加工过程的效率，节省时间成本，同时还能够从根本上提高冲压模具的制造水平。将高速加工技术应用于冲压模具制造环节，结合使用计算机设备中的硬件功能和软件功能可以实现对系统编程、机床及生产刀具整体的高效控制，使各设备在冲压模具制造过程中被更合理地运用。

1.3 数字化安装技术

数字化安装技术在应用的过程中，通过运用数据测量系统及相关软件，在对相关设备和系统的各项参数进行深度了解后，将其中的各参数的精准度与冲压模具生产制造标准进行对比，若在对比过程中发现系统的参数与实际技术需求参数有所出入，则可以利用数字化安装技术对其加以调整，使系统在运行过程中能够通过数字化的参数调整，降低其中不必要的结果误差，使冲压模具制造过程更为精细。在冲压模具设计与制造过程中应用数字化安装技术还能够有效实现对整个流程的全方位管理和控制，使工作人员能够根据明确的要求判断出正确的设计和制造方向，结合使用数字化安装技术对设计尺寸等加以明确，完成高质量的设计与制造工作。

1.4 冲压成型CAE技术

在冲压模具设计与制造过程中，冲压成型CAE技术是其中较为常见的数字化技术，其主要工作原理是在冲压模具成型过程中的物理规律和在模具制造过程中计算机的重要作用基础下，对板料成型的整个过程进行观察。作为提供冲压成型CAE技术的系统，在使用的过程中可以观测和收集板料成型阶段的各方面数据信息，对板料的厚薄变动状况、板料的流动形状和起皱状况等有关数据信息全方位获取，在整个系统内产生相对应的仿真结论。在冲压工艺模具设计流程中，系统使用的冲压成型CAE技术可以有效地为产品设计人员提取有关信息，为其热处理工艺、冲压模具制造和成型等工作提供重要参考[2]。使用冲压成型CAE技术能够有效提高冲压模具设计与制造效率，减少时间消耗，同时还能对该过程中各功能设计情况加以评估和推断。

1.5 参数化编程技术

在目前冲压模具更换速度不断加快、生产需求不断加大的环境下，对于冲压模具制造业而言针对设计和制造工艺体系加以转变和优化是重要发展方向。在冲压模具设计和制造过程中应用参数化编程技术能够有效实现“高进给、小切深”，使制造过程中的打磨工作不断减少，提高模具制造质量。同时，在参数化编程技术下，不需要再进行大量的试模工作，有效降低工作量还能够保证较高的制造精准度。在数字化技术应用中，用于加工的成本有所下降，不需要再重复多次使用不同规格的模具在制造过程中，使整个冲压模具制造过程自动化程度不断加大，对整个过程的控制能力增强，有效提高冲压模具制造的效率和整体质量。

2.数字化技术在冲压模具设计与制造中的具体应用

2.1 建立参数库及加工模板

冲压模具设计与制造工作是一个不断沉淀和进步的过程，在设计和制造过程中，利用以往能力较强、经验丰富的工作人员建立相应的数据库及加工模板，使后续技术工作人员能够在设计制造过程中借鉴成功经验，并在数字化技术的帮助下完成简单的程序编制。在编制程序的过程中，结合建立的参数库及加工模板，保证整个过程的规范性，对设计与制造过程中的各因素加以明确和规范，包括机床型号的确定、刀具的选择、走刀方向的明确以及加工余量等，在程序中将这些相关参数明确并建立相应的数据库，在实际操作中根据不同的需求采取不同的加工工艺。

2.2 建立合适的坯料模型

创建恰当的坯料模型是冲压模具设计和生产过程的重要环节，一般通过白光扫描方式来完成。在白光扫描技术的影响下，可以通过对其中的参考点和特定的数码点构建一个坐标完整的定位，再结合使用光栅检测技术和光学拍照定位技术，将冲压模具表面的完整云点获取并将其对应到所构建的定位系统当中，此过程能够高效进行。在通常情况下，受到加工工艺和所使用的原材料的影响，模具的坯料模型建设较为粗糙、精确度较低，由于坯料模型的精确度较低常常会导致实际设计和加工过程中的理论数据信息等出现误差，最终导致冲压模具制造时出现撞击等问题，影响模具质量。在白光扫描技术的作用下，能够在正式制造加工前就对坯料模型加以扫描并将其与三维模型相对比，帮助工程师提前发现其中在制造过程中所存在的不良因素和缺陷问题，提前根据异常问题和缺陷采取相应的干涉措施，有效避免在实际制造过程中出现质量问题甚至安全事故，确保设计与制造过程顺利进行[3]。

2.3 仿真模拟加工

由于在实际冲压模具设计和制造过程中，受到模具自身规模和结构的影响，在制造时很容易出现主轴和刀具之间出现相互碰撞干扰的问题，不仅影响模具的正常制造生产，使模具受到损坏，还容易直接损坏机床，因此，为了保证冲压模具设计和制造过程能够顺利进行，保证生产质量和安全性，工作人员可根据目前已有的机床设计建立所对应的主轴库、刀具库和参数库等。在这些数据库的基础上，利用所编制完成的程序系统对整个设计制造过程进行仿真模拟工作，对所设计的加工程序是否精确且符合要求加以验证，并对其中可能引起质量问题或安全问题的因素加以调整和优化，确保冲压模具设计制造过程的高质量和安全性。

2.4 在机检测

在机检测在冲压模具设计与制造的过程中主要是对其进行检测和测量，在测量时主要使用测头作为主要工具，实现对工件加工之前、加工过程以及加工完成后的全方位检测。这种在机检测方式能够有效降低在冲压模具设计制造过程中出现错误操作的现象，提高整体加工质量和效率。以往在冲压模具设计制造完成后，通常采用三坐标测量机对其加以测量和检测，这一方式虽然也具备较好的检测效果，但是却要消耗大量的人力和时间。在机检测就可以有效弥补其中的不足，实现对冲压模具加工前后全过程的自动化检测，不需要过多人力参与且检测效果较为精确，有效减少检测过程消耗的时间，提高检测效率。

2.5 项目管理

在冲压模具生产中，项目管理是一项统筹性应用，具有重要作用。以往在没有数字化技术的支持下，生产操作都是按照各订单要求依次进行的，导致冲压模具制造过程相对独立，只有在接单、设计整个过程的基础上才能进行生产环节，导致在生产过程中工作人员对各环节的控制和管理十分重要。由于实际生产过程中，各订单项目中包含的冲压模具都不是单一的，制造过程较为复杂，导致生产质量和效率难以得到保障。在数字化技术下，能够建立相应的信息平台，实现订单的智能化管理，在集成管理的作用下，使冲压模具高效设计和生产，并在数字化技术下，对生产过程实施全方位监管，保障生产效率和生产质量。

2.6 数据管理

数字化技术应用于冲压模具设计与制造管理体系中，能够有效建立数据库系统，实现高效的数据管理。在工作过程中，利用快速设计技术建立冲压模具结构库及相应的数据库，为设计工作提供重要的数据支持。同时，在设计和制造过程中，数字化技术的应用还能将相关数据信息进行全方位搜集和保存。在正式设计和生产时，工作人员只需要根据生产需求，在数据库中搜索相关的模具信息，能够将与其相关的全部数据搜查出来，用于制造工作当中，提高工作效率。将数据库信息和资源保存且同步，同时应用于设计和制造环节，能够保证两个环节的整体性和一致性，并保证数据信息的安全性，使设计加工过程更加合理。

2.7 经验管理

在冲压模具设计和制造正式开始之前，相关工作人员可以根据实际的设计方案和数字化技术下形成的数据库信息进行了解，对设计与制造中设计到的参数加以分析，根据数据库中的经验信息进行重点研究能够有效帮助工作人员完成高效的工作。数字化技术能够将冲压模具设计与制造的相关信息输入到数据库内，作为后续制造的经验，工作人员在制造工作中可以从中了解生产标准和理念等，对冲压模具的设计和制造工作有更深的了解，以此作为基础使制造工作更加高效、高质量地进行。

3.数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用效果

3.1 冲压模具设计精准度有所提高

将数字化技术应用于冲压模具设计与制造中，最突出的效果就是提高了设计的精准度。在数字化技术下，冲压模具设计方案会更加精准，模具的实际设计与制造过程也会更加精确，使模具质量有所保障，使生产出的产品质量大幅度提高。在冲压模具设计过程中，利用计算机技术与仿真技术相结合，应用合理的数字化技术能够有效使模具冲压设计方案和制造过程更为简便且高效，使设计方案更具合理性和科学性，将其作为基础展开冲压模具的设计与制造工作能够有效提高生产加工质量，节约其中的成本消耗。在数字化技术的应用下，设计过程精准度会全方位提高，设计水平整体不断提升。

3.2 冲压模具生产制造效果增强

数字化技术的应用不仅在冲压模具设计环节具有重要的作用，也能够增强其生产制造的效果。应用数字化技术能够有效将传统的冲压模具制造过程进行改革和优化，使制造过程中的数字化程度不断加强，在技术的不断进步下，提高整体制造水平，使冲压模具的制造质量和效果进一步提高。并且，应用数字化技术还能够有效提高模具制造中各零件的加工质量和精准度，使模具制造环节能够严格按照设计要求进行，满足设计需求，使其自身的结构制造更为精准。在冲压模具制造生产过程中，应用数字化技术能够有效提高加工精确度和加工效率，降低部分基础工作的成本消耗，增强生产制造效果。

3.3 冲压模具制造中损耗降低

应用数字化技术不仅能够使冲压模具制造质量和效率有所提高，还能有效降低在制造过程中的损耗。在数字化技术的应用下，整个制造过程会更加科学，在数据库的支持下，使设计方案更加准确合理，且以此作为依据，制造过程参考更为准确的信息进行，能够使整个过程更加可靠。在冲压模具制造中，相应的模具安装及配置过程的质量是影响整体生产制造的关键性因素。而在以往的冲压模具制造当中，模具安装及配置过程很容易出现模具损耗问题。应用数字化技术可以有效解决这一问题，才能够从根本上提高制造的精准度和质量，降低在制造过程中的模具损耗情况，还能有效降低该过程中设备的损耗情况，在保证生产质量的同时，最大程度地维护企业的经济效益。

4.结语

数字化技术在冲压模具设计与制造中具有广泛应用，且应用效果较为明显。快速设计技术、高速加工技术、数字化安装技术、冲压成型CAE技术等都在冲压模具设计养护制造中发挥了重要的作用。在冲压模具设计与制造中，应加强对数字化技术的研究和应用，提高设计与制造水平。