1、 数字化模具技术及其应用 2011.41.前言前言 信息化是国家中长期科学和技术发展规划纲要中制造业科技发展的重点方向和任务，也是20062020年国家信息化发展战略的重要任务。信息化对于转变模具行业的发展方式，优化模具产品结构，提升模具行业的核心竞争力，具有重要的意义。Process Planning工艺过程设计工艺过程设计Casting Patterns铸型铸型Press Simulation压机模拟压机模拟Die Structure Design模具结构设计模具结构设计Die Face Machining模面加工模面加工Process Simulation成形过程模拟成形过程模拟 据统计
2、，据统计，75%的成形缺陷和困难都是由的成形缺陷和困难都是由于产品早期设计不合理造成的，而这些缺于产品早期设计不合理造成的，而这些缺陷和困难的陷和困难的80%是在产品后期工艺设计是在产品后期工艺设计和模具调试阶段才被发现和改正的。和模具调试阶段才被发现和改正的。因此，应将产品设计缺陷控制在最低水平，因此，应将产品设计缺陷控制在最低水平，尽量避免将设计缺陷传递到工艺和模具设尽量避免将设计缺陷传递到工艺和模具设计过程中。计过程中。传统的产品开发过程存在的问题 产品的可制造性设计，就是在产品设计阶段采用CAE方法，对产品的工艺性进行分析，同步设计同步验证，可协助产品设计师确定最佳产品设计方案，从源头
3、上避免方向性错误，保证产品具有良好的工艺性。产品的可制造性设计，不仅可缩短产品开发周期，还可降低产品开发成本，保证产品质量。产品设计过程中的同步可成形性验证整体成形性分析产品零件的选材优化产品零件的选材优化等效拉延筋缺陷区域1缺陷区域2缺陷区域4缺陷区域3成形过程的仿真（成形过程的仿真（CAE CAE（Computer Aided Engineering）采用有限元、边界元、有限差分等数值计采用有限元、边界元、有限差分等数值计算，对产品设计、工艺设计和模具设计进算，对产品设计、工艺设计和模具设计进行辅助分析的方法，用于仿真和分析成形行辅助分析的方法，用于仿真和分析成形过程，预测产品可能出现的问
4、题或缺陷。过程，预测产品可能出现的问题或缺陷。CAE的必要性的必要性传统的工艺和模具设计方法主要依靠传统的工艺和模具设计方法主要依靠设计人员的经验，设计结果往往难以设计人员的经验，设计结果往往难以预测；预测；优化工艺过程和和模具结构设计的需优化工艺过程和和模具结构设计的需要，为优化设计提供依据；要，为优化设计提供依据；数字化模具技术的重要基础。数字化模具技术的重要基础。CAE在冲压成形中的应用在冲压成形中的应用 零件毛坯展开；零件毛坯展开；确定修边线位置；确定修边线位置；优化成形工艺设计；优化成形工艺设计；预测可能出现的起皱、破裂和回弹等缺陷预测可能出现的起皱、破裂和回弹等缺陷零件毛坯尺寸的展
5、开汽车发动机罩的工艺优化设计 Binder surface Part Drawbead（a）拉深筋设置 （b）FLD与WLD（a）厚度分布 （b）FLD与WLD发动机罩的拉深筋优化设计R6单筋（a）厚度分布 （b）FLD与WLD 发动机罩的拉深筋优化设计局部双筋发动机罩的工艺补充优化设计（a）厚度分布 （b）FLD与WLD成形性分析成形性分析工工艺辅艺辅助助设计设计分析分析统一统一CAD环境环境虚拟试虚拟试模模 2D绘图，甩图板 三维设计（参数化设 计，关联设计）3D模具设计的必要性 CAD/CAPP/CAE/CAM/CAT/ERP集成的需要，统一的3维模型是数字化制造的必要条件。AutoCA
6、D概念图UG、Pro/E三维结构设计三维结构设计AutoCAD零件图Cimatron数控编程模式一：标准件库DXFSTEP、IGES客户确认特点：3D、2D、CAM使用不同的软件，各系之间采用中性文件进行数据交换。无论是三维还是二维，常采用一个文件来表达全套模具，没有使用装配，串行设计方式。1）CAD/CAM采用不同的系统，通过中性文件进行数据交换，数据一致性维护困难，更新不方便。2）未采用装配技术，模具设计的所有工作均由一人承担，无法支持并行设计。3）设计知识的重用和共享困难。这种模式的设计效率低，无法发挥团队的优势来对复杂模具进行攻关。规模较小的企业常用这种模式，企业发展到一定规模后，此模
7、式的问题就会突出，成为整个模具设计与制造环节的瓶颈问题。UG三维概念图UG三维结构设计三维结构设计UG零件2D图UG数控编程模式二：标准件库客户确认主模型特点：3D/2D/CAM使用统一的平台，保证了数据一致性，设计变更容易管理。设计在全三维环境下进行，采用主模型和装配技术，支持并行设计，可充分发挥团队的作用，显著提高设计效率。设计经验易于积累，设计知识或模型便于重用和管理一副复杂模具的模架、定模、动模、滑块（斜顶）、2D、数控、总装配、工程文档等，可由不同的设计小组或人员分工协作，并行设计。1）通用CAD/CAM系统，解决了可以做的问题，如何做得更好、效率更高？（高效率高效率）2）目前，多数
8、情况下模具设计仍需依赖经验，如何更充分地利用企业的历史设计数据？（KBE）解决上述问题需要在通用的CAD/CAM系统平台上进行定制化定制化开发，建立适用于处理不同情况的专用模具CAD/CAM设计系统，采用KBE技术技术把模具设计知识和设计流程融入到专用系统中，从而真正发挥三维设计系统的优势。1）针对企业特点，做好标准化工作。）针对企业特点，做好标准化工作。2）针对特定产品，采用模板和功能组件进行设计。）针对特定产品，采用模板和功能组件进行设计。3）通过定制开发，集成企业的设计知识和设计流程，）通过定制开发，集成企业的设计知识和设计流程，提升设计效率和设计质量。提升设计效率和设计质量。KBE技术
9、的应用技术的应用 模具结构的标准化模具结构的标准化 整体模板的应用整体模板的应用 整体设计模板：典型模具结构整体设计模板：典型模具结构 局部模板的应用局部模板的应用 局部设计模板局部设计模板：功能设计模块功能设计模块非相关特征相关特征过渡特征功能组件标准件设计型面简化等距面型生成曲线简化水平等距线生成Z向等距线生成曲线投影空刀面生成空刀生成侧壁设计内加强筋设计外加强筋设计模具结构初始化凸模主体设计下压料面生成凹模主体设计上压料面生成压料圈主体设计双动拉延模设计向导单动拉延模设计向导调用标准件标准件快速装配标准件尺寸修改标准件设计相关特征生成设计工具集工作部分设计草图画出加强筋中心线布置草图画出
10、加强筋中心线布置调入组件组件开孔（UG）6 数字化模具加工技术数字化模具加工技术：高效率、自动化高效率、自动化 先进的数控加工与检测技术的应用，大幅先进的数控加工与检测技术的应用，大幅提高了模具加工效率和加工精度，从根本上改提高了模具加工效率和加工精度，从根本上改变了模具的生产方式。变了模具的生产方式。高速加工的优越性高速加工的优越性1 1 高切除率，可用于粗加工、半精加工和精加工；高切除率，可用于粗加工、半精加工和精加工；2 2 高速硬切削，大大减少手工修磨工作量；高速硬切削，大大减少手工修磨工作量；3 3 高表面质量，尺寸精度高、表面光洁；高表面质量，尺寸精度高、表面光洁；4 4 快速加工
11、电极，特别是形状复杂的或薄壁类电极。快速加工电极，特别是形状复杂的或薄壁类电极。高速切削加工机床高速切削加工机床激光检测装置的应用可提高激光检测装置的应用可提高NC机床运转的安全性，避机床运转的安全性，避免由于机床位置的故障，工作装夹定位和刀具问题引免由于机床位置的故障，工作装夹定位和刀具问题引起的加工质量问题起的加工质量问题。在在NC机床的加工过程中，利用激机床的加工过程中，利用激光束检测工件和刀具的位置，并与光束检测工件和刀具的位置，并与NC程序比校。如发程序比校。如发现位置异常，可自动停机，以免发生设备和加工质量现位置异常，可自动停机，以免发生设备和加工质量事故。也可用于检测加工过程中刀
12、具的长度变化和完事故。也可用于检测加工过程中刀具的长度变化和完好状态。如发现刀具局部破损，或出现裂纹，也可控好状态。如发现刀具局部破损，或出现裂纹，也可控制机床停车，更换刀具。制机床停车，更换刀具。NC加工过程中的激光测量与控制加工过程中的激光测量与控制自动化电火花加工系统（电极库）工件与电极库机器人从库中抓取工件工件的自动装夹德国一条实际运行的模具自动化生产线我国在建的自动化模具生产线大、中、小三条生产线 结束语 当前，我国正处于从模具制造大国向模具制造强国转变的进程中，未来的1015年是模具行业发展的重要的时期。“以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走新型工业化道路”，是促进我国模具产业结构转型升级和跨越发展的必由之路。数字化模具技术是解决模具设计制造问题的有效途径。谢谢！
