模具數字化設計與制造中的關鍵技術

2016-12-29 by:CAE仿真在線來源:互聯網

隨著數字化技術的快速發展和普及,數字化已經應用到了模具制造的全過程。由圖1分析得知,模具數字化技術是制約沖壓模具開發的一個重要因素。模具的數字化技術,就是計算機技術或計算機輔助技術在模具設計制造過程中的應用。總結國內外沖壓模具企業應用計算機輔助技術的成功經驗,根據沖壓模具制造流程,數字化沖壓模具技術主要體現在4個方面。

1 沖壓成形CAE技術在產品設計同步工程的應用

同步開發中沖壓工藝貫穿于新產品的全過程,從了解產品的工藝,到產品的沖壓工藝性分析,再到模具的開發都需要沖壓工藝人員的全程參與。沖壓CAE技術是從沖壓成形過程的實際物理規律出發,借助計算機真實地反映模具與板料的相互作用關系及板料實際變形的全過程。

隨著非線性理論、有限元方法和計算機硬件的迅速發展,板料沖壓成形過程的CAE分析技術經過長期的發展已經進入工業使用階段,并形成了一些通用或專用的軟件,如AutoForm/PAM-STAMP等。這些軟件提供以下分析和模擬結果:材料的流動、厚度的變化、破壞、起皺、回彈,以及殘余應力和應變。利用CAE技術在產品概念設計階段就可使模具企業對產品每一個零件的成形性、工藝性提出迅速、準確的預見。在極短的時間內對零件的外形提出評估意見,給出準確翔實的分析報告,包括數模修改依據、修改方法以及對后續工序的影響,作為結構設計部門對產品進行改進或方案確定的依據[1]。

2 基于模塊化的快速設計系統

對于沖壓模具來說,結構設計往往占了設計工作量的很大一部分。隨著計算機技術的快速發展, CAD/CAE/CAM 一體化技術得到了廣泛應用。而沖壓模具CAD技術在國內的應用,仍然停留在依靠模具設計人員的經驗,在通用CAD軟件系統上進行交互繪圖和造型的層次上,從而不能及時發現設計過程中的缺陷,延長了模具的設計周期,在某種程度上也影響了設計質量?；?/span>UG/PROE等一系列計算機數字化造型軟件使模具的參數化模塊設計讓“模具快速設計”成為可能。要進行模具的參數化模塊設計,標準件庫和模板是基礎。通過軟件,將導柱、導板、沖頭等一系列的標準件統計入庫,以便設計時調用;同時,根據不同的零件把其相應的模具結構參數化制作成模板,同樣入結構庫。在拿到模具設計任務后,預先消化任務要求(生產廠家要求、沖壓要求);其次結合現場實際生產經驗,調用模具結構庫,進行初設計;再次進行模面設計,再進行調用標準件庫,組裝標準件;最后合裝成一套完整模具[2]。通過參數化模塊設計實現典型結構模板化和重復工作智能化。

(1)典型結構模板化?；谀０寤乃枷?將沖壓模具各種典型的結構進行分類總結,提取其中可實現參數化控制之處,生成智能化模板在整個設計的建模過程中予以應用。

(2)重復工作智能化。將設計過程中的重復工作,通過載入智能化模板和二次開發工具來達到縮短設計周期的目的。

3 參數化程編實現模具的高速加工

隨著模具制造節奏的加快,數控加工已由單純的型面加工發展到型面和結構面的全面加工,由中低速加工發展到高速加工。高速加工技術應用于模具制造業中主要有如下優點: (1)小切深、高進給;(2)改善工件加工表面質量,減少打磨;(3)精度提高,減少試模工作量;(4)使用小刀具加工模具細節,減少刀具規格。降低使用費用;(5)以高精度、大進給的方式完成淬火鋼的精加工,且達到很高的模具表面質量,可以減少傳統加工因精加工后再淬火引起模具變形,從而替代某些工藝。

高速加工技術應用模具制造主要涉及機床、刀具和數控編程3個方面,具體工作流程如圖2所示。要實現模具安全、高效的加工,更安全的走刀軌跡和合理的加工策略就顯得尤為重要。將使用的刀具和機床設備按實物尺寸做成刀具庫和機床庫,再將不同零件的技術要求羅列成庫(零件庫),3個庫的數字參數值整理整合到程編軟件中做成CAM加工模板,數控程編就會更安全、快速。

4 數字化裝配技術在模具調試中的應用

模具的裝配方法一般分為4種:互換裝配法、分組裝配法、修配裝配法和調整裝配法。最早,模具在加工中心加工完后,現場的裝配多采用分組裝配法:工人直接參考2D零件裝配圖精導柱導板零件進行分類,然后按先裝導板后裝導柱的先后順序來進行模座其他零件的裝配,裝配好后直接進行精加工,精加工后也沒有對單件狀態的導柱精度/導滑面位置度沒有進行有效對比和檢查,這樣,在單件精加工完后,上下模座合模,發現上下模座導向偏差很大,導致導柱導板拉傷,標準件損壞。

現在,將模具單件進行精加工后在線測量(OMV)的測量結果(比如上模座的導柱導向數據和下模座的導柱導向數據)在軟件里面進行記錄和統計,進行對比,發現超差馬上進行更改。圖3為某項目發動機引擎蓋內板拉延模上下模座在加工完后的測量誤差分布圖。根據這樣的測量結果就可以對上下模座合模之前誤差較大區域進行整改,保證導向間隙,并保證模具合模質量。

目前,一些歐美國家的模具制造可以直接采用修配裝配法(在裝配時修去指定零件上的預留修配量以達到裝配精度的方法,稱為修配法)進行模具的裝配。他們通過測量數據,直接配磨導板或其他零件保證導向間隙或裝配質量的方式進行合模裝配。這種方法提高了模具的合模進度,為后續模具的調試贏得了周期。以測量數據為依據,應用軟件進行分析處理,這種修配裝配法的方式應該會成為以后模具發展的趨勢。

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