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        論數(shù)字化背景下模具加工技術(shù)的改進(jìn)方案探討

        2018-09-26 10:05:20王啟香
        山東工業(yè)技術(shù) 2018年15期

        摘 要:隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,模具精度不斷提高、模具設(shè)計(jì)周期相應(yīng)縮短以及成本和勞動(dòng)強(qiáng)度的也不斷降低,這些都體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)和相應(yīng)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)與模具加工技術(shù)相融合都具有極大的優(yōu)越性。其中最常用的數(shù)字化技術(shù)是CAD/CAE/CAM技術(shù),但是由于受很多因素的限制,模具數(shù)字化加工技術(shù)還有待進(jìn)一步改進(jìn)。

        關(guān)鍵詞:數(shù)字化;模具;加工技術(shù)

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

        0 前言

        自二十一世紀(jì)以來,由于國家政策的指導(dǎo)和鼓勵(lì)以及CAD、CAE和CAM等數(shù)字化技術(shù)的普及應(yīng)用,模具制造工業(yè)得到了飛速的發(fā)展,模具加工技術(shù)也得到了質(zhì)的提升,主要包括圖1所示的過程。同時(shí)PDM、MES、CAPP、EPR等信息化管理平臺(tái)的應(yīng)用也促進(jìn)了模具企業(yè)的發(fā)展。目前,在數(shù)字化背景下,我國最具有代表性的模具是100噸以上的大型單套模具,其精度在0.3-0.5um以內(nèi),開合次數(shù)高達(dá)了4億次,并且可以每分鐘運(yùn)行2500次的沖床配置使用生產(chǎn)。但是就目前我國模具的總體現(xiàn)狀來看,大部分企業(yè)的模具制造能力都屬于中低水平階段,造成這種現(xiàn)象的原因是由于大部分企業(yè)都存在著人才、技術(shù)和資源等方面問題,而這些問題歸根結(jié)底就是不能準(zhǔn)確把握設(shè)計(jì)和制造的重點(diǎn)。為了解決這些問題,我們需要將模具制造與數(shù)字化技術(shù)充分融合利用,從而進(jìn)行快速高質(zhì)的模具加工制造。由于我國數(shù)字化技術(shù)與模具加工技術(shù)融合利用還不夠成熟,受很多因素的限制,模具數(shù)字化加工技術(shù)還有待進(jìn)一步改進(jìn)。因此,下文將對(duì)數(shù)字化模具加工技術(shù)提出一些改進(jìn)方案。

        1 數(shù)字化模具技術(shù)

        數(shù)字化模具加工技術(shù)是指借助計(jì)算機(jī)技術(shù)和相關(guān)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)來設(shè)計(jì)和制造模具,推動(dòng)中國智造升級(jí)。應(yīng)用計(jì)算機(jī)建模和模擬功能對(duì)模具進(jìn)行優(yōu)化加工設(shè)計(jì)可以提高模具的統(tǒng)一性和精準(zhǔn)性。通過數(shù)值模擬輔助中物理模擬過程來保證使用材料的順暢流動(dòng),均勻地充滿模腔。充分利用CAD系統(tǒng)功能對(duì)模具進(jìn)行二維和三維設(shè)計(jì),利用CAE系統(tǒng)功能對(duì)模具進(jìn)行多樣加工,以保證產(chǎn)品初始信息的一致性和精準(zhǔn)性,排除人為因素對(duì)模具制造的影響,提高模具設(shè)計(jì)質(zhì)量。

        目前流行的數(shù)字化技術(shù)中CAE軟件有部分軟件能夠滿足目前模具的要求,表1列出部分比較常用的CAE軟件和相應(yīng)的功能特點(diǎn)。

        2 數(shù)字化模具加工技術(shù)的改進(jìn)方案

        在數(shù)字化背景之下計(jì)算機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展也推動(dòng)了模具加工方案的不斷改進(jìn),同時(shí)也使得模具加工方式得以廣泛應(yīng)用。然而數(shù)字化背景下人們對(duì)產(chǎn)品等多樣化需求也使得產(chǎn)品之間的更新?lián)Q代越來越快,企業(yè)面臨著越來越激烈的競(jìng)爭(zhēng)。用戶對(duì)模具制造的要求越來越高,這為模具加工技術(shù)的發(fā)展帶來壓力的同時(shí),也為模具加工技術(shù)的發(fā)展提供了更為明確的方向。

        2.1 引入高速高精度加工和成形設(shè)備

        由于近年來我國的模具制造行業(yè)中一些重點(diǎn)企業(yè)都先后進(jìn)口了高速銑床和高速加工中心,并在模具加工過程中發(fā)揮了重要作用。加之,國外的高速加工機(jī)床主軸最早轉(zhuǎn)速又有了極大的突破,具體來說已經(jīng)超過了十萬r/min,此外,加速進(jìn)給速度和加速度、換刀時(shí)間都有所提高。速度的提升也為模具制造行業(yè)提高了加工效率,其發(fā)展也逐漸對(duì)電火花成形加工造成了一定的威脅。此外,在主軸轉(zhuǎn)速提高的同時(shí),為了匹配相應(yīng)的零件和部件,產(chǎn)品造價(jià)也大幅度提升。正因如此,我國的模具企業(yè)進(jìn)口的高速加工機(jī)床主軸最高轉(zhuǎn)速仍將以之前的速度為主。

        因此,投入高速高精度加工的NC編程不僅可以提高加工效率也提高模具的精度,這些投入可以得到成倍的回報(bào)。高速高精度加工和成形設(shè)備優(yōu)化模具加工技術(shù)的重點(diǎn)是:精密零部件(如精密軸承、高速齒輪)的成套加工技術(shù),近終形加工技術(shù)(如精密鑄造、精密鍛造、精密沖壓、超塑性成形、回轉(zhuǎn)成形),自動(dòng)化成形裝備及集成系統(tǒng),快速原型成套技術(shù)及裝備,相關(guān)工藝過程分析、模擬和優(yōu)化軟件,模具加工工藝及設(shè)備。

        2.2 引入數(shù)字化制造設(shè)備

        數(shù)字化制造設(shè)備是提升制造業(yè)技術(shù)水平的重要手段,是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化的基礎(chǔ),發(fā)展各種數(shù)字化設(shè)備是振興裝備制造業(yè)的必由之路。機(jī)床是制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備。機(jī)械加工行業(yè)對(duì)高質(zhì)量數(shù)控機(jī)床的需求量越來越大,迫切要求對(duì)我國傳統(tǒng)機(jī)械加工行業(yè)進(jìn)行數(shù)控化改造。產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)是:高性能伺服電機(jī)及高精度數(shù)字化智能控制系統(tǒng),高質(zhì)量的車、銑數(shù)控機(jī)床及加工中心,高精度多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床、可重組柔性數(shù)控機(jī)床及特種數(shù)控機(jī)床,光、機(jī)、電一體化的膠印機(jī)等。

        2.3 使用工業(yè)機(jī)器人

        采用工業(yè)機(jī)器人及其自動(dòng)化生產(chǎn)裝備對(duì)改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、減小勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)率具有重要的作用。我國工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)技術(shù)已相對(duì)成熟,并具有小批量生產(chǎn)能力。產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)是:工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)設(shè)備及控制系統(tǒng)(包括鍛壓、噴涂、焊接、搬運(yùn)、裝配和檢測(cè)),基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線。

        2.4 引入激光加工技術(shù)及設(shè)備

        激光加工技術(shù)具有應(yīng)用范圍廣、工藝靈活、加工精度高、質(zhì)量好、生產(chǎn)過程清潔以及便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化和智能化等優(yōu)點(diǎn),可以對(duì)金屬和非金屬材料進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打標(biāo)、打孔及微細(xì)加工等。產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)是:性能穩(wěn)定的大功率激光器,大型軋輥表面強(qiáng)化設(shè)備,激光精密加工設(shè)備,激光切割和薄鋼板拼焊用成套設(shè)備等。

        2.5 不斷地發(fā)展電火花加工技術(shù)

        電火花加工技術(shù)現(xiàn)如今受到了高速銑削技術(shù)的極大沖擊,這在上

        文中就有所提及,但EDM技術(shù)中一些具有獨(dú)特性的加工方法和固有特性是高速銑削技術(shù)不能代勞的,比如說模具加工過程中一些復(fù)雜型面、深窄小型腔、尖角等處的加工都必須用到EDM技術(shù)。即使高速銑削技術(shù)能夠在大多數(shù)情況下滿足模具的加工要求,但其成本卻遠(yuǎn)高于電火花加工,且具有更高的自動(dòng)化特點(diǎn)。為了保持其優(yōu)勢(shì),并在數(shù)字化背景下改進(jìn)模具的加工技術(shù)就必須要明確電火花加工技術(shù)的發(fā)展方向。在不斷提高加工效率的同事也要保證加工的自動(dòng)化,保證其設(shè)備的精密化和大型化,努力保持其加工的穩(wěn)定性、易操作性性價(jià)比。與此同時(shí)還要滿足不同要求的高校節(jié)能及反電解新型脈沖電源的研發(fā)。

        2.6 致力于發(fā)展快速原型制造和快速制模技術(shù)

        為了在數(shù)據(jù)化背景下進(jìn)一步推動(dòng)模具加工技術(shù)的發(fā)展,還需要致力于發(fā)展快速原型制造和加速制模的技術(shù),在模具發(fā)展的過程中,其所遇到的最大勁敵就是如何快速制造出用戶所需求的模具,即加快制造效率。快速原型制造能夠直接用于快速制模技術(shù)當(dāng)中。將快速原型制造技術(shù)和快速制模技術(shù)相結(jié)合也必然會(huì)提高傳統(tǒng)制模技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

        2.7 同時(shí)運(yùn)用超精加工、微細(xì)加工和復(fù)合加工技術(shù)

        在大數(shù)據(jù)背景下,模具的加工要朝著更加精密化和大型化的方向發(fā)展,因此,就要利用先進(jìn)且合適的技術(shù)進(jìn)行加工保證其發(fā)展,這些技術(shù)包括了超精加工、微細(xì)加工和復(fù)合加工,在目前,超精加工已經(jīng)達(dá)到了亞微米級(jí),納米精度的超精加工也已經(jīng)被應(yīng)用到了實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中。為了進(jìn)一步推動(dòng)模具加工技術(shù)的改革就必須推動(dòng)模具加工技術(shù)的新發(fā)展。

        3 結(jié)論

        隨著人們需求的不斷提高,越來越多的新式樣和新功能產(chǎn)品出現(xiàn)在消費(fèi)者面前,而這些產(chǎn)品的生命周期越來越短,復(fù)雜程度越來越高,精密程度也越來越高,而數(shù)字化技術(shù)能夠精準(zhǔn)地對(duì)模具進(jìn)行加工。因此,我們必須把握數(shù)字化技術(shù),充分融合數(shù)字化技術(shù)和模具加工技術(shù)來不斷地改進(jìn)模具加工方案,實(shí)現(xiàn)快速、高效和優(yōu)質(zhì)的模具生產(chǎn)目的,從而適應(yīng)不斷變化和需求越來越嚴(yán)的市場(chǎng)。

        參考文獻(xiàn):

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        [2]張慶芳,李明哲,蔡中義等.模具數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)——多點(diǎn)數(shù)字化成形技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].航空制造技術(shù),2010(07):40-44.

        [3]元振毅,王永軍,魏生民等.飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件模具數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)[J].航空制造技術(shù),2013,430(10):43-47.

        作者簡(jiǎn)介:王啟香(1980-),男,廣西桂林人,講師,高級(jí)技師,主要從事機(jī)械加工、模具、數(shù)控技術(shù)的研究與教學(xué)。

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