周立華

(成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，四川 樂山 614000)

長期以來，受多重因素影響，我國沖壓模具設(shè)計(jì)與制造中存在精度低、壽命短、生產(chǎn)周期長、可靠性差等系列問題，一定程度上限制了工業(yè)現(xiàn)代化水平。沖壓模具本身作為一類技術(shù)密集型、知識(shí)密集型產(chǎn)品，對(duì)科技發(fā)展的依賴性較高。數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用，有效提升了相關(guān)工作效率及質(zhì)量，是現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展的必然訴求，對(duì)推動(dòng)我國沖壓模具行業(yè)的健康發(fā)展亦有重要現(xiàn)實(shí)意義，由此其踐行勢在必行。

1 數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用優(yōu)勢

隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展，智能制造引動(dòng)了整個(gè)行業(yè)的深刻變革，對(duì)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用愈加廣泛，并由此產(chǎn)出了巨大的價(jià)值。傳統(tǒng)沖壓模具整體設(shè)計(jì)是依賴技術(shù)人員進(jìn)行沖壓件排樣和沖裁力計(jì)算問題等操作，一般根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，也導(dǎo)致工作人員一旦疏忽，就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，影響整體沖壓模具質(zhì)量，使企業(yè)產(chǎn)生損失。[1]但是在沖壓件排樣、沖載力計(jì)算等實(shí)際問題解決中，一旦出現(xiàn)疏漏，則可能造成企業(yè)不可估量的損失。而數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用導(dǎo)入，則輕松解決了上述問題，并可通過仿真模擬實(shí)現(xiàn)再優(yōu)化，降低了相關(guān)成本投入，有效提升了沖壓模具設(shè)計(jì)精度。同時(shí)，數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具制造中的應(yīng)用，主要對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維數(shù)控加工，保證了與設(shè)計(jì)輸出高度的一致性，沖壓模具的加工質(zhì)量大幅提升，并且有效把握了各環(huán)節(jié)的工作量，減少了不必要耗費(fèi)。如此，對(duì)加強(qiáng)企業(yè)生產(chǎn)成本方面的控制亦有非凡的現(xiàn)實(shí)意義。另外，基于數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用支持的沖壓模具制造，更有利于企業(yè)在裝配方式上的優(yōu)化，降低了沖壓件的損壞率，一定程度上保證了企業(yè)最大經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)出。正是源于數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計(jì)與制造中的多重應(yīng)用優(yōu)勢，對(duì)提升企業(yè)在整個(gè)行業(yè)中的競爭實(shí)力作用顯著，因而十分重要。

2 數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用類型

2.1 沖壓成型CAE技術(shù)

沖壓成型CAE技術(shù)作為數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計(jì)與制造中應(yīng)用最廣泛的類型之一，是根據(jù)沖壓模具成型物理規(guī)律，并充分依托計(jì)算機(jī)輸出模具和板料之間的作用，觀察板料成型的過程。時(shí)至今日，隨著宏觀社會(huì)科技發(fā)展，非線性理論、有限元方法等研究日臻成熟完善，加之計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)逐步升級(jí)，使得沖壓成型CAE技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢愈加突出，并由此衍生出了一些專業(yè)的設(shè)計(jì)軟件，如Auto-Form/PAM STAMP等。在沖壓模具設(shè)計(jì)實(shí)踐中，基于此軟件平臺(tái)支持，相關(guān)技術(shù)人員可更為直觀地觀察輸出板料成型過程中的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)，并由此精準(zhǔn)分析板料厚度、起皺、流動(dòng)形式等情況，進(jìn)而結(jié)合模擬反饋結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，還有效實(shí)現(xiàn)了整個(gè)產(chǎn)品生成流程的高度統(tǒng)一，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝分析以及模具開發(fā)等，并可根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，為后續(xù)加工及裝配工作展開提供了必要的數(shù)據(jù)指導(dǎo)，由此大大降低了沖壓模具的生產(chǎn)時(shí)間，增強(qiáng)了相關(guān)工藝方案的科學(xué)性、系統(tǒng)性以及可操作性。

2.2 模塊化快速設(shè)計(jì)技術(shù)

在目前的模具設(shè)計(jì)過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是設(shè)計(jì)過程中極其重要也是工作量最大的組成部分。[2]近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速革新與發(fā)展，沖壓模具CAD技術(shù)的應(yīng)用越發(fā)廣泛，為相關(guān)從業(yè)人員提供了諸多方面的便利操作服務(wù)，但對(duì)其本身經(jīng)驗(yàn)累積仍有著較高的要求，現(xiàn)有的軟件設(shè)計(jì)水平仍舊停滯于交互繪圖、造型的層次上，并不足以支持發(fā)現(xiàn)新型模具產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致此過程中所耗費(fèi)的時(shí)間周期較長，同時(shí)還在一定程度上降低了沖壓模具設(shè)計(jì)質(zhì)量。而諸如UG、PROE等系類更為高端的計(jì)算機(jī)造型軟件開發(fā)，通過導(dǎo)入?yún)?shù)化模塊，將導(dǎo)柱、導(dǎo)板、沖頭等標(biāo)準(zhǔn)件列入到數(shù)據(jù)系統(tǒng)，從而方便了產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的調(diào)用，增加了模塊化設(shè)計(jì)的可能性。在實(shí)際操作過程中，相關(guān)技術(shù)人員可結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)及需求，在設(shè)計(jì)前導(dǎo)入沖壓模具的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)，繼而生成模板，有效減少了后續(xù)工作量，并提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)精度。另外，參數(shù)化編程還在很大程度上推進(jìn)了沖壓模具加工質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化，從而展現(xiàn)出了更為可靠的穩(wěn)定性。

2.3 數(shù)字化裝配技術(shù)

傳統(tǒng)沖壓模具制造工藝中，企業(yè)首要在加工中心進(jìn)行基本性加工處理，隨后進(jìn)行現(xiàn)場裝配，但是這種分組方法的應(yīng)用無法有效保證導(dǎo)柱精度，從而降低了標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量。相比之下，數(shù)字化裝配技術(shù)改善了傳統(tǒng)分組裝配工藝，通過OMV軟件對(duì)加工后的單品進(jìn)行在線測量，繼而形成上下模座導(dǎo)向、導(dǎo)柱的數(shù)據(jù)，最終通過對(duì)比分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，繼而對(duì)誤差較大的情況進(jìn)行修正，充分保證了上下模座導(dǎo)向、導(dǎo)柱精度維持在合理范圍，如此對(duì)提高加工間的質(zhì)量作用顯著。在具體的操作踐行中，企業(yè)依托相關(guān)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)支持，直接配磨導(dǎo)板及其他零件，從而保證了導(dǎo)向間隙控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，最終做到合模裝配。在整個(gè)流程組織中，數(shù)字化裝配技術(shù)應(yīng)用，有效提升了沖壓模具制造過程中的合模進(jìn)度，為后續(xù)調(diào)試工作爭取到了更多時(shí)間，進(jìn)而充分完成數(shù)量測量和軟件分析等系列工作，是提高沖壓模具制造質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán)。

3 數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用實(shí)踐

3.1 數(shù)據(jù)管理

數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計(jì)與制造中應(yīng)用的關(guān)鍵，首要建立數(shù)字化管理體系，繼而實(shí)時(shí)采集此過程中的進(jìn)度、質(zhì)量、物料等信息數(shù)據(jù)，并基于此形成成熟的工藝體系，提升自身核心競爭力。目前來講，常用的數(shù)據(jù)管理軟件包括PDM、CAPP等，并由此建構(gòu)BOM結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)文件相互關(guān)聯(lián)，如數(shù)模、三維模型、兼具數(shù)據(jù)等。在此基礎(chǔ)之上，相關(guān)技術(shù)從業(yè)人員只需在大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中調(diào)取沖壓模具的名稱、型號(hào)等信息，即可便捷地完成沖壓模具設(shè)計(jì)與制造工作，大幅提升了其產(chǎn)出效率，如此還有利于整個(gè)動(dòng)態(tài)流程高度的一致性管理。事實(shí)上，數(shù)據(jù)集約化管理，已然成為現(xiàn)代智能制造領(lǐng)域的核心，并實(shí)現(xiàn)了多重方面的優(yōu)勢功能負(fù)載，是沖壓模具設(shè)計(jì)與制造優(yōu)化的關(guān)鍵支持。

3.2 項(xiàng)目管理

在實(shí)際操作踐行過程中，一個(gè)成熟的沖壓模具設(shè)計(jì)與制造項(xiàng)目可能會(huì)涉及到上百套沖壓模具，并且每套成形都可能需要花費(fèi)幾個(gè)月的時(shí)間，加之繁瑣的監(jiān)控體系，導(dǎo)致其質(zhì)量難有保障。而數(shù)字化技術(shù)支持環(huán)境下的沖壓模具設(shè)計(jì)與制造項(xiàng)目管理，通過ERP、MES等應(yīng)用系統(tǒng)導(dǎo)入，有機(jī)地將訂單管理、計(jì)劃設(shè)計(jì)、投入排產(chǎn)、物料追蹤、生產(chǎn)調(diào)度等集整在統(tǒng)一平臺(tái)上，并通過各類軟件集成實(shí)現(xiàn)沖壓模具設(shè)計(jì)與制造的一體化操作管理，同步進(jìn)行多個(gè)點(diǎn)位環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，大大提升了企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)效率及質(zhì)量。從另一個(gè)維度視角上講，基于數(shù)字化技術(shù)支持的沖壓模具設(shè)計(jì)與制造項(xiàng)目管理，還有效節(jié)約了人力資本投入。

3.3 知識(shí)管理

某種維度上講，沖壓模具設(shè)計(jì)與制造作為一個(gè)典型的知識(shí)密集型行業(yè)，對(duì)“經(jīng)驗(yàn)”有著極高的依賴性。沖壓模具的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工作，不僅需要達(dá)到一定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)需要累積一定的經(jīng)驗(yàn)，因此在沖壓模具制造過程中，需要建立一個(gè)知識(shí)管理體系，把有關(guān)沖壓模具從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的所有技術(shù)數(shù)據(jù)、理論數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)都記錄下來，建成知識(shí)管理體系，保證企業(yè)核心技術(shù)。[3]數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用，通過對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了更為龐大的數(shù)據(jù)信息累積，以數(shù)據(jù)管理為依托，從而有助于形成企業(yè)獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念與制造工藝，對(duì)提升其在經(jīng)濟(jì)市場中的競爭力作用顯著。同時(shí)，沖壓模具設(shè)計(jì)與制造企業(yè)構(gòu)建一個(gè)完善的數(shù)字化管理平臺(tái)，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，提高知識(shí)管理成效，并與其他企業(yè)進(jìn)行交互共享，實(shí)現(xiàn)了更多有效經(jīng)驗(yàn)的累積，對(duì)推動(dòng)行業(yè)發(fā)展有著非凡的意義。

4 結(jié)語

目前來講，數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用主流包括沖壓成型CAE技術(shù)、模塊化快速設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)字化裝配技術(shù)等，在實(shí)際踐行過程中，應(yīng)以此為依托，進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)管理、項(xiàng)目管理和知識(shí)管理，從而保證其最大效益價(jià)值產(chǎn)出。作者希望學(xué)術(shù)界持續(xù)關(guān)注此類課題研究，結(jié)合實(shí)際情況，從不同視角提出更多有效性建議，為制造領(lǐng)域的發(fā)展做貢獻(xiàn)。