胡林华
上海阿莱德实业股份有限公司 上海 201400
摘要：近年来，在国内经济快速发展、科学技术不断进步的背景下，我国制造业迎来良好的发展前景。冲压模具是制造业生产的基础工艺，其对制造业的发展有制约作用。数字化技术的发展为冲压模具设计及制造工作带来了新的思路和方法，能够有效提高模具制造质量与生产效率，从而助力于生产企业的发展，对整个制造业而言均有重要意义。本文对冲压模具设计、制造中，数字化技术的价值展开分析，并探讨其应用，以供大家参考。
关键词：冲压模具；设计；制造；数字化技术；价值；应用
引言：冲压模具设计及制造是目前全球范围内的重点领域，具有技术密集性、知识密集性的特点，是工业制造领域不断取得发展的重要基石。可以说，我国工业制造业的发展，都和冲压模具的制造息息相关，由此可见这一产业的重要性[1]。过去我国所用冲压模具，多数需要从国外进口，而国内此类模具的设计、制造水平并不先进，而近年来数字化技术的发展，提高了国内冲压模具发展速度，很多企业在冲压模具的设计及制造中展开了更多研究[2]。
1.数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用价值
数字化技术，是对客观事物表达进行转换，使之形成计算机识别语言，将后续的系列处理、加工操作等借助计算机来进行运算的技术，是互联网技术、多媒体技术及信息处理技术的基础，同时也是实现数字化处理的基本方法[3]。近年来，数字化技术已经在诸多领域得到了应用，其在冲压模具设计与制造中也展现出巨大价值，具体如下：
1.1提高设计的精度
过去在冲压模具设计及制造中，其整体工作是由技术人员展开相关操作，如冲压件排样、冲裁力计算，且需结合自身经验对其验证或调整，在这一过程中，如果技术不精或有所疏忽，就会导致失误甚至错误的发生，致使冲压模具的制造质量大幅下降，企业自然会遭受损失[4]。将数字化技术引入到模具生产中，是企业尝试解决上述问题的探索。近年来，仿真模拟技术发展迅速，这为冲压模具的设计工作提供了巨大便利，冲压模具设计的精准性明显提高，设计的结构也更为合理，更加科学，模具整体质量明显提高[5]，且模具制造的成本有所下降。在应用数字化技术设计模具时，可以实现冲压工艺、模具结构等的参数化，让设计工作变得更快捷，更简便。我们在开发冲压模具时，通过数字化技术，可对模具结构、冲压工具进行优化、调整，能够避免很多设计中的问题，从而提升冲压模具设计的质量与水平。
1.2提升加工的效率
对于冲压模具的加工过程而言，数字化技术的应用，能够改进过去制造模具的陈旧方法。传统制造中，模具的加工方法比较简单，且局限性较大，因此加工质量、加工效率均不十分理想，这显然无法满足现代制作业日益提高的发展需求。数字化技术的应用可让模具结构实现三维数控加工，促使模具制造的精度大幅提高，而且还可对模具各部分的精度进一步细化，对各加工的环节准确掌控，能够减少加工错误的问题[6]。故而，应用数字化技术，可以降低型面大面积加工、试模等的工作量，促使模具精度提升，同时可提升加工的效率。
1.3减少装配损坏的风险
冲压模具的装配方法种类较多，常见的为调整法、分组法、互换法及修配法，在模具生产中，这些方法能够发挥重要作用。值得注意的是，模具装配对顺序有较高要求，换言之，我们需要按照一定顺序，采用适当装配方式来进行零部件的装配，这能促使模具加工精度整体提高，减少装配过程总损毁冲压模具的风险，对于生产企业而言优势明显。模具装配的过程应用数字化技术，可节省冲压模具制造的成本，提升经济效益。
2.冲压模具设计与制造中的数字化技术种类
从专业角度分析，数字化技术主要包括数字传输技术、数字调制及解调技术、数字压缩技术及数字编码技术等。在冲压模具设计与制造中，目前应用的数字化技术种类较多，从用途上可分为设计指导、生产工艺、装配指导等，从技术特性上，可以分为快速设计系统技术、数字化模具装配系统、参数化高速加工技术等。
3.数字化技术在冲压模具设计与制造中的实践
3.1产品设计同步工程中的应用
同步开发工程中，冲压工艺在模型生产中贯穿始终。在冲压成形过程中，冲压CAE技术可以依据物理规律，通过计算机来对模具和板材之间的作用关系予以反映，进而展示板材变形的具体过程。在有限元分析、非线性理论、计算机硬件飞速发展的背景下，板材冲压成型中，CAE分析技术已经形成了专用、通用的软件，常用的如PAM-SEAMP等。近年来，电脑软件技术逐渐发展，各项开发软件逐渐得到应用，这为CAD/CAE/CAM技术的推广打下了坚实基础。现阶段，我国制造产业中，在这些方面对技术性人才的培养十分重视，投入良多。而互联网技术、计算机技术的融合发展，促使这些技术的拓展及推广成为现实。在模具制造中，CAD/CAE/CAM技术发挥着核心驱动力的作用。在模型制造中，借助CAD/CAE/CAM技术，可对模型制品结构、成型后形状、工艺、数控加工的细节、加工制造成本等予以设计，不断优化，这样能够提高模具制品质量，同时也让模具设计、制造有更大的发展空间。如在工艺设计中，CAM技术和数字化技术融合后，模具冲压可以实现自动确定，故而能对胚料的尺寸予以快速、精准确定，促使拉延面形成，并可对边线自动修整，精度要远高于传统的工艺。
借助上述软件，我们可以模拟材料厚度变化过程、流动过程、起皱、破坏及回弹情况等，并可对材料的应变及残余应力进行模拟。通过CAE分析，可以在产品概念设计之初，对各模具零部件的工艺、成形情况等作出准确预见，并可在短时间内对零部件外形作出评估，给出建议及分析报告，如数模的修改方法、依据、可能对后续制造造成的影响等，结构设计的部门就可根据这一结果，对产品不断改进，最终确定产品设计方案。
3.2快速设计系统
结构设计在冲压模具设计中占据极大比重，计算机技术飞速发展，使得UG/PROE数字化技术在制造业中得到应用，并且其具备的数字化造型软件，可以让模具参数化模块设计成为可能性，有助于模具快速设计的实现。在实践中，要实现模具参数化模块设计，需要构建标准件库及模板。我们可以应用这一软件，将冲头、导板及导柱等标准件的信息输入到数据库中，这样在结构设计过程就可根据实际需求，随时调用这些参数。在结构库中，还可将不同零件的模具结构参数制为模板，这样能够提高设计的工作效率。
快速设计系统可以将冲压模具的设计时间明显缩短，并且可减少模具加工的时间，提高工作效率。参数化高速加工技术是快速设计系统中的重要技术，其对硬件的要求较高，需要有数控编程、刀具及机床。对于刀具轨迹，需要科学规划，这样冲压模具的制造过程才会安全、高效。参数化高速加工技术可以促使冲压模具表面质量提高，减少打磨次数，并且可通过高精度的设计，实现模具静息加工，降低模具变形风险。在应用这一技术过程中，需要提前将各种模具设计及加工中的工艺参数输入到结构库中，通过一个庞大的数据库为后续加工提供支持。
如在制作CNC系列机加工件时，我们接到模具的设计任务之后，先了解生产厂家的相应要求，明确冲压要求，之后根据现场实际，从结构库中调用原有的CNC系列机加工件结构参数，展开初步设计。之后实施模面设计，通过对标准件库中的内容进行调用，可以开展标准件的组装。最后根据需求，可将之组装成完整的模具，成品见图1所示。借助参数化模块，可以将典型结构实现模块化，并可将重复的工作实现智能化，减少重复工作量，从而提升生产效率。
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3.3数字化管理体系
冲压模具行业对“经验”的依赖性很强，很多生产企业都构建了自身的冲压模具设计及生产等知识数据库。在冲压模具设计与制造中的各个环节及过程中，数字化技术均可得到应用，而要应用这一技术，首要环节是构建数字化管理体系。数字化管理体系可对冲压模具的设计、制造过程进行优化，对冲压模具相关知识、生产工艺的数据等进行管理，实现知识共享，并且还可根据企业实际，构建专属冲压模具设计、制造中的专业技术。
企业可以建立一个将模型设计、工艺、制造均能实现对接的CAM系统、CAPP系统或CAD系统的集成性平台，构建统一数据管理系统，来对企业中的结构设计、冲压工艺、调试问题记录、典型案例工艺库等知识进行汇总、集合，将模具的设计及制造的相关经验逐步积累起来，帮助企业积累智力资产。
3.4模具调试中的应用
模具加工完成之后，需要现场装配，很多工人根据2D零件装配图，对精导板、导柱的零部件分类，先装导板，之后装导柱，再完成其他模座零件的安装。装配后直接精加工，此后未能核对单件状态导柱精度，这样在上下模座合模的过程中，极易出现上下模座存在导向偏差的现象，导柱导板容易损伤。
在模具调试中，我们可以在完成模具单件精加工之后，借助在线测量技术，对上模座、下模座的导柱导向数据进行记录，展开对比，能够及时发现超差，并给出更改的方案。借助数字化技术的误差测量结果，就能及时整改上下模作的误差，确保导向缝隙理想，进而保证模具制作的要求。
3.5企业信息化体系
借助数字化技术打造企业信息化体系，主要是保持模具结构数据的一致性、建设项目管理平台、实现模具知识共享。
（1）保持模具结构数据的一致性
冲压模具制造企业需要以数字化技术为依据，通过CAPP、PDM等软件，对内部模具档案展开管理。企业可构建一个BOM模具结构，并且将设计任务书、数模、模具三维结构等数据，录入到结构库，这样工程师的设计工作，能够依据结构库开展，可以减少重复工作量，同时还能确保模具结构数据保持一致，从而确保企业产品的稳定性。
（2）建设项目管理平台
在冲压模具生产过程中，项目管理属于需要突破的难题。生产管理是以订单为依据开展的，企业制造的模具，涵盖了从接单、到设计、到生产的过程，每个环节彼此独立，均由专门人员来负责。项目管理中涉及到的模具可能成百上千，而一套模具从设计开始，到生产出来为止，一般需要几个月，因此，对成百上千套模具进行涉及、生产，这一工作高度复杂，需要极强的条理性，并且对工作效率有明显要求。借助数字化技术，可以通过数字化系统来实现项目管理，线上开展订单管理，做好生产的统一调度，这对模具生产有重要价值。借助数字化技术构建的项目管理平台，如图2所示。
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（3）实现模具知识共享
如前所述，冲压模具的设计和制造对经验有很强的依赖性，因此前人的设计经验无论是对于新工程师工作的开展，还是对于模具设计的创新而言，均有重要作用。借助数字化技术，企业可以构建模具数据库，构建“老带新”工作模式，这样能够确保模具设计的资源实现共享，将工作经验不断积累起来，对企业发展发挥推动作用。另外，企业还可通过数字化处理技术，构建电子化流程，完成模具设计及制造的追溯工作。
结束语
近年来，在科学技术逐渐发展的背景下，数字化技术对于冲压模具的设计与制造工作发挥了巨大作用。这一类技术的应用，能够明显提高模具制造企业的生产质量、生产效率，并且可以节约生产成本，减少重复性工作，提高加工产品的品质。同时我们也需要认识到，目前我国的冲压模型制造行业，对于数字化技术的应用还处于初级阶段，一些大型而复杂的冲压模型设计及制造工作，和先进国家比还是存在一定差距的。因此，我们作为技术人员，需要持续对数字化技术的应用加强研究，并且推动各项研究成果在实践中的应用，为行业的发展贡献力量。
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简介：胡林华，1984.10，汉族，湖南省嘉禾县人，湖南生物机电职业技术学院，模具设计与制造专业，从事机械制造领域，模具设计、产品结构设计及项目管理等工作。