文/金吉光·蘇州網(wǎng)禾科技服務(wù)有限公司

數(shù)字化制造技術(shù)自產(chǎn)生至今，已經(jīng)從技術(shù)上的“單點工具”走向了集工藝技術(shù)和項目管理于一身的全面解決方案。近幾年，隨著相關(guān)軟件的發(fā)展，數(shù)字化、虛擬化、可視化已經(jīng)融入了模具設(shè)計制造的應(yīng)用領(lǐng)域。零部件參數(shù)化設(shè)計、工藝規(guī)劃、數(shù)字化加工、模具實體的虛擬預(yù)裝配、人機交互控制工程分析等領(lǐng)域，在系統(tǒng)性數(shù)字化的支持下，實現(xiàn)了沖壓件設(shè)計與全模具開發(fā)設(shè)計制造團隊的數(shù)據(jù)和信息資源的實時共享，極大提高了協(xié)同設(shè)計開發(fā)的效率，促進了模具設(shè)計制造技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)了企業(yè)知識庫的創(chuàng)建和重用，減少了技術(shù)管理造成低級錯誤的數(shù)量，引入了轉(zhuǎn)換過程的防呆、防漏、防錯的措施。

模具數(shù)字化開發(fā)流程管理

市場上客戶的要求向低價格、短開發(fā)周期、短生命周期、小中大批量波動、多品種相似品工藝交叉的方向發(fā)展。因此，需要在技術(shù)上實現(xiàn)通用的柔性和相容性相結(jié)合；在運營管理上滿足控制成本、保證時間計劃、工廠產(chǎn)線布局柔性化、保證管理管控流程和生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)品包裝運輸?shù)群侠砘蟆?/p>

下文以第四類的機箱機架配電箱類、太陽能充電電池配電箱為例，來說明沖壓件設(shè)計與快速生產(chǎn)體系。沖壓件整體尺寸為220cm×150cm×80cm。沖壓件單件60種、240個沖壓模具、50種外購零件數(shù)量共385個，直接生產(chǎn)線作業(yè)人員涵蓋沖壓生產(chǎn)、螺母螺釘裝配、焊接裝配、鉚接裝配、涂裝、防水檢驗、包裝等工序共45人。

隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代冷沖壓模具的設(shè)計方法是設(shè)計者直接運用計算機進行產(chǎn)品的三維建模，根據(jù)沖壓件的產(chǎn)品模型，再進行模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計和優(yōu)化，之后進行NC的編程刀路解算。沖壓件通過逆向展開工步，實現(xiàn)三維CAD模具設(shè)計，采用面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一數(shù)據(jù)庫和參數(shù)化造型?，F(xiàn)在許多三維設(shè)計軟件本身就具有很好的開放性，具備沖壓件的設(shè)計、模具設(shè)計、沖壓模擬和模具加工刀路生成等功能，可以讓處于不同地點分公司的工程師能夠在同一時間對同一制品的模具進行設(shè)計開發(fā)工作，即實現(xiàn)所謂的并行工程。設(shè)計工程師借助模具設(shè)計（例如LogoPress）專業(yè)軟件。沖壓件設(shè)計者在三維造型設(shè)計時，就考慮到材料變形特性、模具NC加工、機切工藝和沖壓設(shè)備等要素，對應(yīng)每個沖壓件的產(chǎn)品特征輸出必要的屬性信息。這些特性通過PDM或者WEB等工具，及時將前期沖壓件的模具要求、注意事項等信息傳遞到模具設(shè)計過程中，保證技術(shù)管理的及時性和準確性，實時的可視化查看和共享。圖1展示了沖壓件模具設(shè)計、軸類零件的數(shù)控加工流程圖。

圖1 沖壓件模具設(shè)計、軸類零件的數(shù)控加工流程圖

三維設(shè)計驅(qū)動模具CAD設(shè)計

三維沖壓件設(shè)計以及對應(yīng)三維模具設(shè)計，內(nèi)部需要采用參數(shù)化技術(shù)建立有標準系列的模板，累積驗證經(jīng)過大量的賦值和設(shè)計經(jīng)驗值，符合沖壓件結(jié)構(gòu)對模具的設(shè)計要求，即滿足各種類型的模具設(shè)計示意圖（圖2），能夠讓設(shè)計人員從繁瑣復(fù)雜的重復(fù)設(shè)計建模、查表試驗參數(shù)等體力與腦力勞動工作中解脫出來。沖壓件結(jié)構(gòu)的元素化、子特征化，并與模具并行設(shè)計的理念一致。兩者的設(shè)計計劃基本同步，包括工藝過程設(shè)計、零配件加工直至完成后入庫，模具進程計劃在外圍總體統(tǒng)籌之下，模具設(shè)計工程師把精力更多地放在關(guān)注模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和各零部件裝配的合理性上，這樣實現(xiàn)沖壓件設(shè)計和模具設(shè)計效率的雙提高，從方式方法上提前了模具設(shè)計的開工時間，直接縮短了沖壓件的交付周期，從而縮短了商品市場的上市時間，搶得先機。

圖2 模具設(shè)計示意圖

良好的沖壓件三維設(shè)計理念和設(shè)計手段是實現(xiàn)目的的軟件工具。相應(yīng)的軟件協(xié)調(diào)機制，結(jié)合先進的模具設(shè)計理念，將模具設(shè)計、分析、制造以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理融為一體。高效的沖壓件開發(fā)過程，是建立在大量的基礎(chǔ)標準化工作之上的?？v觀全球模具行業(yè)，CAD應(yīng)用從二維平臺轉(zhuǎn)向三維全相關(guān)參數(shù)化并為相關(guān)的環(huán)境提供必要的信息，以滿足各個層次的應(yīng)用需要，三維模具設(shè)計及其自動化已經(jīng)開始處于主導(dǎo)地位。

CAM制造過程的模具數(shù)字化加工

設(shè)計人員在進行模具零部件以元素化特征分工推進的同時，相應(yīng)的CAM責(zé)任人員在第一時間獲取到流程通知后，便開始進行零部件的加工工藝及程序的編制。工藝人員、數(shù)控NC編程人員、治具（工裝、夾具）設(shè)計、加工人員、包括模具任務(wù)計劃人員和現(xiàn)場生產(chǎn)管理人員共享著以物料清單（EBOM）形式呈現(xiàn)的產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)和制造工程數(shù)據(jù)，在各個環(huán)節(jié)執(zhí)行對應(yīng)任務(wù)的同時，可以在正確的時間訪問正確的零部件制造數(shù)據(jù)，實現(xiàn)模具設(shè)計制造整個過程的協(xié)同作業(yè)。

實體造型設(shè)計完成后，進入到CAM加工程序編制過程，實現(xiàn)加工條件設(shè)置、刀路智能化編制，而不介入贅余的人為操作干涉，出錯幾率低，大大提高加工過程的生產(chǎn)效率，實現(xiàn)沖壓件標準孔轉(zhuǎn)換為模具孔類加工的自動編程及數(shù)控NC設(shè)備刀具庫的共同管理。

工藝技術(shù)人員借助該CAM內(nèi)嵌模塊平臺連同PDM提供的網(wǎng)頁信息，可方便快速地獲得模具設(shè)計人員提供的各種信息：圖紙文檔、技術(shù)條件、精度要求、客戶納期、零部件清單、加工流程、當前工序等等。對模具制造的整體要求有全面了解之后，在配置有相應(yīng)安全權(quán)限的前提下，進入PDM文檔庫中直接由工藝編制人員進行檢出CAD模型數(shù)據(jù)，獲得NC編制程序的依據(jù)，從而生成數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動軸、行程、刀夾具庫、并進行后置處理，這些文件在完成審批后，第一時間傳輸發(fā)布至加工現(xiàn)場，為設(shè)備操作人員和進度計劃安排人員提供必要的數(shù)據(jù)。

可預(yù)知的仿真分析和模擬裝配

模具設(shè)計時零部件運動過程中的干涉檢查，可以在沖壓設(shè)備及模具安裝兩者間找到最佳的工位排布；加工過程中，對刀路的優(yōu)化和試切驗證起到完善和糾錯的作用。根據(jù)刀具的位置檢測出是否跟模具工件間存在干涉或者過切以及同設(shè)備、夾具發(fā)生碰撞、干涉的情況。對于拉深型腔較為復(fù)雜、加工周期很長的汽車類模具零部件而言，自動加工和預(yù)先的仿真計算是必不可少的。

借助于模具現(xiàn)場制造數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)（MDC）及沖壓制造現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（POP）對模具加工過程及使用過程中的實時數(shù)據(jù)進行全生命周期的信息狀態(tài)跟蹤。這樣配合仿真和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的結(jié)合，就可以清晰地得到過程中的物理變化情況，如刀具和模具材料的溫度變化、切削力能力強弱等，這樣就有助于反饋給加工技術(shù)人員進行冷卻條件、轉(zhuǎn)速、進給參數(shù)等的合理優(yōu)化。

結(jié)束語

本文筆者單純站在沖壓件快速設(shè)計與制造角度，說明了沖壓件的三維設(shè)計是快速制作模具的必要條件。從長遠發(fā)展的層面考慮，建立一個信息化驅(qū)動的集成系統(tǒng)，推動創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型智能制造的基礎(chǔ)，通過CAD/CAE/CAM/ERP/MES等管理、技術(shù)綜合平臺的支撐，打造全新概念的數(shù)字化制造企業(yè)，將給企業(yè)創(chuàng)新增添新的活力，面對市場上激烈的競爭，實現(xiàn)“快、好、省”，才可以不被時代淘汰。