文/Tebis中國

板料拉延模具制造的CAD/CAM解決方案

文/Tebis中國

交貨期限緊迫，產(chǎn)品日益復(fù)雜，價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)激烈，技術(shù)人員短缺，給企業(yè)帶來許多新挑戰(zhàn)。Tebis公司采用CAD/CAM解決方案致力于優(yōu)化模具制造流程已有三十多年。Tebis公司面向沖壓模具制造行業(yè)的中小企業(yè)，提供以生產(chǎn)實(shí)踐為導(dǎo)向的企業(yè)咨詢服務(wù)，幫助他們提高自身競(jìng)爭(zhēng)力，更好地面對(duì)未來的挑戰(zhàn)。Tebis提供的軟件在模型、模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械制造、激光切割或割銑等方面進(jìn)行了理想的配置，可以實(shí)現(xiàn)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的完美協(xié)作。

模具制造行業(yè)的挑戰(zhàn)

沖壓模具制造流程中，模具需要大量的手工修整。模具從銑削加工完到首次上壓機(jī)，通常要經(jīng)過幾個(gè)星期乃至幾個(gè)月的時(shí)間，此外還有無法預(yù)算的修整研磨處理時(shí)間。修整過程復(fù)雜的主要原因有：板件的回彈效應(yīng)；成形時(shí)的板材變薄或變厚；模具表面精度和質(zhì)量；模具和壓力機(jī)的剛性。

盡管幾年前回彈模擬就被廣泛采用，但是回彈預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度只能視情況而定。特別是對(duì)于鋁制工件以及熱成形工件，需要從模具的真實(shí)結(jié)果出發(fā)計(jì)算修正措施。目前，問題通常出于銑削的精度和質(zhì)量，而非加工工藝。若想讓模具在機(jī)加工后直接上壓機(jī)，有許多工作需要完成。表面必須經(jīng)過費(fèi)時(shí)費(fèi)力的修整，例如圓角修整和淬火處理。如果沒有注意模具和壓力機(jī)的撓度，即使是加工表面質(zhì)量極為良好，也不能減少對(duì)模具的修整工作。

數(shù)字化系統(tǒng)的關(guān)鍵作用

數(shù)字化流程在模具制造中用途廣泛。模具和模具部件的數(shù)字化有助于制作備用件，可以有效預(yù)防模具磨損或者斷裂造成的停工。在數(shù)字化數(shù)據(jù)（點(diǎn)云）的基礎(chǔ)上，快捷地創(chuàng)建3D-CAD曲面（例如模具嵌裝件），并接著進(jìn)行加工。較高的加工精度確保模具嵌裝件無需經(jīng)過重新的調(diào)試環(huán)節(jié)即可更換。將已經(jīng)研磨處理過的圓角避讓在CAD系統(tǒng)里作逆向工程處理，這樣會(huì)省去復(fù)雜費(fèi)時(shí)的修整和調(diào)試。

在單件或者組裝環(huán)節(jié)，可在數(shù)字化數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上通過CAD/CAM流程中比較設(shè)定值與實(shí)際值，進(jìn)而擬定和實(shí)施補(bǔ)償措施。由此既可對(duì)尺寸修正也可對(duì)表面優(yōu)化進(jìn)行高效快捷的處理。在屏幕上就可比較模具和工件狀態(tài)。這樣便可決定是在車間直接進(jìn)行修改，還是將其引入設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)變更方面，可將1∶1的數(shù)字化數(shù)據(jù)用于設(shè)定修正數(shù)據(jù)，以確保更高的精度。

圖1 Tebis在數(shù)字化基礎(chǔ)上優(yōu)化沖壓模具工藝流程

在加工流程方面，數(shù)字化功能同樣能起到一定的作用。在這里，粗加工耗時(shí)較長(zhǎng)。特別是在制造大型工件模具方面，需要制作鑄造模型。其中問題在于鑄造件與設(shè)計(jì)件不一致。如果直接在鑄件到場(chǎng)時(shí)進(jìn)行數(shù)字化，就可以產(chǎn)生一個(gè)可靠且省時(shí)的CAD/CAM流程，如圖1所示。此外還可縮短在機(jī)床上的加工時(shí)間。即使是已經(jīng)加工完畢的模具部件，數(shù)字化處理也是值得的：為了檢驗(yàn)?zāi)＞吖δ?，?yīng)在加工后將零件數(shù)字化，并接著將其在CAD/CAM系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行虛擬組裝，然后檢查潛在的碰撞風(fēng)險(xiǎn)。只有在排除錯(cuò)誤后，才允許將模具送交組裝和調(diào)試。圖2為使用Tebis模擬后高效的加工流程。

Tebis在數(shù)字化模具的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行高效的粗加工，滿刀切削避讓、進(jìn)給優(yōu)化、針對(duì)具體坯件而優(yōu)化的機(jī)床回程等集成工藝和自適應(yīng)式銑削策略有利于高效粗加工。Tebis可精確建模HFC(High Feed Cutter)和HPC(High Performance Cutter)等新式刀具，從而縮短在機(jī)床上的加工時(shí)間。

創(chuàng)新的模面流程

圖2 使用Tebis模擬后高效的加工流程

在模具制造流程中，模面流程起著關(guān)鍵作用。借此可確定板件的質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定性。有限元計(jì)算系統(tǒng)可非常精確地算出回彈值。基于這些結(jié)果，可計(jì)算出模具過彎曲的補(bǔ)償策略，并以點(diǎn)云的形式導(dǎo)入Tebis的CAD/CAM流程。例如可以將結(jié)構(gòu)件的仿真數(shù)據(jù)用于彎曲處理。此方法同樣適用于熱成形。通過線框模型逆向曲面尤其適合外覆蓋件，由此可以確保A級(jí)曲面的原始曲率不被更改。為了提前識(shí)別工件曲面存在的問題，Tebis提供A級(jí)曲面分析功能和功能強(qiáng)大的曲面優(yōu)化功能。

板材變薄補(bǔ)償、導(dǎo)入強(qiáng)壓面和圓角區(qū)域光順連接屬于Tebis模面處理程序的一部分。憑借專門的模面功能可以不必設(shè)置虛擬壁厚，使得可見凸起和下凹在模具表面消失。方便的過彎曲定律可將壓機(jī)的撓曲和模具變形考慮進(jìn)來。圖3為強(qiáng)壓面和自由曲面連續(xù)過渡的模具表面。

用基于真曲面的編程替代設(shè)置虛擬壁厚屬性，簡(jiǎn)化整個(gè)CAD/CAM流程。Tebis的模板技術(shù)可使NC編程達(dá)到很高的自動(dòng)化級(jí)別，并因此縮短編程時(shí)間。此外還可縮短計(jì)算時(shí)間，特別是在清角清余料方面。模具修整循環(huán)減少，使得模具在機(jī)加工后可直接裝入壓機(jī)。

結(jié)束語

圖3 強(qiáng)壓面和自由曲面連續(xù)過渡的模具表面

近年來汽車沖壓模具是整車制造技術(shù)的重要組成部分，也是形成汽車自主開發(fā)能力的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著我國汽車行業(yè)的高速發(fā)展，模具行業(yè)也步入了高速發(fā)展期。Tebis系統(tǒng)可根據(jù)任務(wù)的需要和零件的不同，配置相應(yīng)的CAD和CAM模塊。這種組合搭配能夠解決實(shí)際使用中的許多問題，快速檢查讀入的曲面和實(shí)體數(shù)據(jù)的質(zhì)量，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤可以及時(shí)、方便地得到糾正，快捷設(shè)計(jì)各種所需的工藝結(jié)構(gòu)，從產(chǎn)品的CAD數(shù)據(jù)出發(fā)，完成全套模具設(shè)計(jì)。