近年來,伴隨著我國航空制造業(yè)和汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展,沖壓模具每年都在以20%的增速發(fā)展。沖壓模具是沖壓生產(chǎn)*的工藝裝備,是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等與模具設(shè)計和制造有直接關(guān)系。如在一個車型生命中,周期zui短、變化zui頻繁的是車身,車身開發(fā)的關(guān)鍵在于車身沖壓模具的設(shè)計和制造,約占汽車開發(fā)時間的2/3,是制約新車型快速上市的關(guān)鍵因素。
在我國,進口模具占據(jù)了國內(nèi)中模具市場的50%左右。以大型、精密、復(fù)雜為代表的高技術(shù)含量模具方面與*水平相比,我們尚有5~10年左右的差距。在沖壓模具制造行業(yè)內(nèi),差距主要表現(xiàn)在精度、壽命、制造周期及使用穩(wěn)定性和可靠性等方面,模具數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)的落后是造成產(chǎn)品落后的zui主要原因之一。如何在有限的研制周期內(nèi)交付給用戶高質(zhì)量模具,需要沖壓模具企業(yè)從技術(shù)和管理上進行改進。模具數(shù)字化設(shè)計制造及企業(yè)信息化管理技術(shù)(包括數(shù)字化設(shè)計、加工、分析以及制造過程中的信息管理,即模具的cad/cae/cam/dnc技術(shù))是上*的提高模具行業(yè)整體水平的有效技術(shù)手段,能夠極大地提高模具生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,并提升企業(yè)的綜合水平和效益。
模具數(shù)字化設(shè)計與制造中的關(guān)鍵技術(shù)
隨著數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展和普及,數(shù)字化已經(jīng)應(yīng)用到了模具制造的全過程。由圖1分析得知,模具數(shù)字化技術(shù)是制約沖壓模具開發(fā)的一個重要因素。模具的數(shù)字化技術(shù),就是計算機技術(shù)或計算機輔助技術(shù)在模具設(shè)計制造過程中的應(yīng)用??偨Y(jié)國內(nèi)外沖壓模具企業(yè)應(yīng)用計算機輔助技術(shù)的成功經(jīng)驗,根據(jù)沖壓模具制造流程,數(shù)字化沖壓模具技術(shù)主要體現(xiàn)在4個方面。
1沖壓成形cae技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計同步工程的應(yīng)用
同步開發(fā)中沖壓工藝貫穿于新產(chǎn)品的全過程,從了解產(chǎn)品的工藝,到產(chǎn)品的沖壓工藝性分析,再到模具的開發(fā)都需要沖壓工藝人員的全程參與。沖壓cae技術(shù)是從沖壓成形過程的實際物理規(guī)律出發(fā),借助計算機真實地反映模具與板料的相互作用關(guān)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(fā)展,板料沖壓成形過程的cae分析技術(shù)經(jīng)過長期的發(fā)展已經(jīng)進入工業(yè)使用階段,并形成了一些通用或的軟件,如autoform/pam-stamp等。這些軟件提供以下分析和模擬結(jié)果:材料的流動、厚度的變化、破壞、起皺、回彈,以及殘余應(yīng)力和應(yīng)變。利用cae技術(shù)在產(chǎn)品概念設(shè)計階段就可使模具企業(yè)對產(chǎn)品每一個零件的成形性、工藝性提出迅速、準(zhǔn)確的預(yù)見。在極短的時間內(nèi)對零件的外形提出評估意見,給出準(zhǔn)確翔實的分析報告,包括數(shù)模修改依據(jù)、修改方法以及對后續(xù)工序的影響,作為結(jié)構(gòu)設(shè)計部門對產(chǎn)品進行改進或方案確定的依據(jù)[1]。
2基于模塊化的快速設(shè)計系統(tǒng)
對于沖壓模具來說,結(jié)構(gòu)設(shè)計往往占了設(shè)計工作量的很大一部分。隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展,cad/cae/cam一體化技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。而沖壓模具cad技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用,仍然停留在依靠模具設(shè)計人員的經(jīng)驗,在通用cad軟件系統(tǒng)上進行交互繪圖和造型的層次上,從而不能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中的缺陷,延長了模具的設(shè)計周期,在某種程度上也影響了設(shè)計質(zhì)量?;趗g/proe等一系列計算機數(shù)字化造型軟件使模具的參數(shù)化模塊設(shè)計讓“模具快速設(shè)計”成為可能。要進行模具的參數(shù)化模塊設(shè)計,標(biāo)準(zhǔn)件庫和模板是基礎(chǔ)。通過軟件,將導(dǎo)柱、導(dǎo)板、沖頭等一系列的標(biāo)準(zhǔn)件統(tǒng)計入庫,以便設(shè)計時調(diào)用;同時,根據(jù)不同的零件把其相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)參數(shù)化制作成模板,同樣入結(jié)構(gòu)庫。在拿到模具設(shè)計任務(wù)后,預(yù)先消化任務(wù)要求(生產(chǎn)廠家要求、沖壓要求);其次結(jié)合現(xiàn)場實際生產(chǎn)經(jīng)驗,調(diào)用模具結(jié)構(gòu)庫,進行初設(shè)計;再次進行模面設(shè)計,再進行調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件庫,組裝標(biāo)準(zhǔn)件;zui后合裝成一套完整模具[2]。通過參數(shù)化模塊設(shè)計實現(xiàn)典型結(jié)構(gòu)模板化和重復(fù)工作智能化。
(1)典型結(jié)構(gòu)模板化?;谀0寤乃枷?,將沖壓模具各種典型的結(jié)構(gòu)進行分類總結(jié),提取其中可實現(xiàn)參數(shù)化控制之處,生成智能化模板在整個設(shè)計的建模過程中予以應(yīng)用。
(2)重復(fù)工作智能化。將設(shè)計過程中的重復(fù)工作,通過載入智能化模板和二次開發(fā)工具來達(dá)到縮短設(shè)計周期的目的。
3參數(shù)化程編實現(xiàn)模具的高速加工
隨著模具制造節(jié)奏的加快,數(shù)控加工已由單純的型面加工發(fā)展到型面和結(jié)構(gòu)面的全面加工,由中低速加工發(fā)展到高速加工。高速加工技術(shù)應(yīng)用于模具制造業(yè)中主要有如下優(yōu)點:(1)小切深、高進給;(2)改善工件加工表面質(zhì)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(xì)節(jié),減少刀具規(guī)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(dá)到很高的模具表面質(zhì)量,可以減少傳統(tǒng)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(shù)應(yīng)用模具制造主要涉及機床、刀具和數(shù)控編程3個方面,具體工作流程如圖2所示。要實現(xiàn)模具安全、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(shè)備按實物尺寸做成刀具庫和機床庫,再將不同零件的技術(shù)要求羅列成庫(零件庫),3個庫的數(shù)字參數(shù)值整理整合到程編軟件中做成cam加工模板,數(shù)控程編就會更安全、快速。
4數(shù)字化裝配技術(shù)在模具調(diào)試中的應(yīng)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(diào)整裝配法。zui早,模具在加工中心加工完后,現(xiàn)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(dǎo)柱導(dǎo)板零件進行分類,然后按先裝導(dǎo)板后裝導(dǎo)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(tài)的導(dǎo)柱精度/導(dǎo)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(fā)現(xiàn)上下模座導(dǎo)向偏差很大,導(dǎo)致導(dǎo)柱導(dǎo)板拉傷,標(biāo)準(zhǔn)件損壞。
現(xiàn)在,將模具單件進行精加工后在線測量(omv)的測量結(jié)果(比如上模座的導(dǎo)柱導(dǎo)向數(shù)據(jù)和下模座的導(dǎo)柱導(dǎo)向數(shù)據(jù))在軟件里面進行記錄和統(tǒng)計,進行對比,發(fā)現(xiàn)超差馬上進行更改。圖3為某項目發(fā)動機引擎蓋內(nèi)板拉延模上下模座在加工完后的測量誤差分布圖。根據(jù)這樣的測量結(jié)果就可以對上下模座合模之前誤差較大區(qū)域進行整改,保證導(dǎo)向間隙,并保證模具合模質(zhì)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(在裝配時修去零件上的預(yù)留修配量以達(dá)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(shù)據(jù),直接配磨導(dǎo)板或其他零件保證導(dǎo)向間隙或裝配質(zhì)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(xù)模具的調(diào)試贏得了周期。以測量數(shù)據(jù)為依據(jù),應(yīng)用軟件進行分析處理,這種修配裝配法的方式應(yīng)該會成為以后模具發(fā)展的趨勢。
沖壓模具企業(yè)信息化體系
數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具制造行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛,它是集管理、設(shè)計、分析、制造、檢測等模具制造整個生命周期內(nèi)各個環(huán)節(jié)一體化的綜合應(yīng)用技術(shù),要有效地管理各個環(huán)節(jié),需依靠企業(yè)信息化建設(shè)。
企業(yè)信息化的應(yīng)用可以簡單概括為2方面,即技術(shù)管理信息化和生產(chǎn)管理信息化。技術(shù)管理信息化指的是基于pdm/capp的cad/cae/cam技術(shù)的應(yīng)用,實現(xiàn)模具設(shè)計、制造仿真的信息化或數(shù)字化;生產(chǎn)管理信息化則以erp/mes系統(tǒng)為代表,技術(shù)管理的信息化是生產(chǎn)管理信息化的基礎(chǔ)[3](圖4)。
通過該體系架構(gòu)優(yōu)化產(chǎn)品開發(fā)模式與流程,實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與共享、設(shè)計知識和加工工藝知識的積累和重用;建立以車間作業(yè)調(diào)度為核心,實時采集生產(chǎn)過程中的進度、質(zhì)量、物料信息的生產(chǎn)過程體系。通過系統(tǒng)的手段,把模具企業(yè)上下游業(yè)務(wù)過程、技術(shù)溝通過程及模具企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù)管理過程,以信息化的形式固定下來,從而充分挖掘企業(yè)潛力,提高企業(yè)資源的利用效率以及企業(yè)的快速響應(yīng)能力,zui終把模具企業(yè)的管理人員從煩瑣的事務(wù)中解放出來。
1建立以模具結(jié)構(gòu)為中心的產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織模式,保持產(chǎn)品數(shù)據(jù)一致性
采用pdm/capp來管理所有模具的各類檔案,并在系統(tǒng)中建立各類模具的bom結(jié)構(gòu),同時將與模具零件相關(guān)的各類文件,如主機廠過來的數(shù)模、設(shè)計任務(wù)書、模具三維模型、檢具數(shù)據(jù)、更改單等與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)起來。設(shè)計工程師可以通過輸入零件圖號、零件名稱等手段來查詢所需的技術(shù)資料,也可以通過逐層展開產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來獲取產(chǎn)品資料,在查詢過程中設(shè)計工程師無需了解文檔存放的物理位置,即可在短時間內(nèi)查找到所需的產(chǎn)品文檔。
采用pdm/capp系統(tǒng),將所有的模具設(shè)計資料統(tǒng)一管理在結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫中,系統(tǒng)將自動保持模具數(shù)據(jù)同步,保證了模具數(shù)據(jù)的*性和及時性。設(shè)計工程師及下游其他部門可以通過pdm/capp系統(tǒng)隨時獲取的模具資料和歷史檔案,并可保證數(shù)據(jù)的一致性。
2建立以項目進度采集與控制為核心的項目管理平臺,優(yōu)化車間調(diào)度管理
模具企業(yè)的車間管理是一大難題,生產(chǎn)管理是典型的按照單一訂單實現(xiàn)的項目,每付模具從接單、設(shè)計到生產(chǎn)、調(diào)試都體現(xiàn)出其獨立性,都需要專門的項目負(fù)責(zé)人進行進度采集與控制管理。由于每個項目包含幾十甚至上百套模具,每套模具需要幾個月的時間,需要同時監(jiān)控十幾個設(shè)計、制造和交付節(jié)點,模具項目的進度采集和管理是一件復(fù)雜繁瑣的工作。采用erp/mes系統(tǒng),實現(xiàn)在統(tǒng)一平臺上進行訂單管理(業(yè)務(wù)錄入)、計劃排產(chǎn)、物料跟蹤、生產(chǎn)調(diào)度等功能的方式,通過與計劃層的管理系統(tǒng)(erp)和控制系統(tǒng)(mes)的集成,將計劃、生產(chǎn)與控制緊密起來,從而在計劃層和控制層之間建立了一座溝通的橋梁和紐帶。將模具項目計劃中的每個節(jié)點,作為數(shù)據(jù)采集與控制的節(jié)點,實現(xiàn)車間管理的優(yōu)化調(diào)度。
3建立基于數(shù)據(jù)庫的知識管理體系,共享知識傳承
沖壓模具行業(yè)是一個很依賴“經(jīng)驗”的行業(yè),國外各大公司都形成有自己的模具設(shè)計、工藝流程和生產(chǎn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫。通過搭建一個集整個模具的設(shè)計、工藝和制造能相互對接的cad、capp和cam系統(tǒng)的集成化平臺,形成一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),有效管理企業(yè)的沖壓工藝與結(jié)構(gòu)設(shè)計庫、典型工藝庫及調(diào)試問題記錄等信息,積累模具開發(fā)經(jīng)驗,實現(xiàn)企業(yè)智力資產(chǎn)的積累。
4建立電子化流程,實現(xiàn)過程的可追溯性
在pdm/capp系統(tǒng)中建立相關(guān)文檔的電子審批/發(fā)放流程模型,所有被審批的電子文檔自動在流程中根據(jù)審批表決規(guī)則進行流動,流程自動將審批任務(wù)分發(fā)給相關(guān)人員。參與不同審批環(huán)節(jié)的審批人員可在電子化的流程中進行表決,如同意、反對或棄權(quán)等,并可輸入表決意見。系統(tǒng)將記錄整個審批過程的信息,審批通過的文檔將自動變?yōu)檎桨l(fā)放的文檔,從而實現(xiàn)過程的可追溯性。
結(jié)束語
綜上所述,我國的沖壓模具企業(yè)已經(jīng)開始將*的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于模具制造中,而且近幾年發(fā)展迅速,部分企業(yè)已經(jīng)開始到歐美市場承接訂單。但是,數(shù)字化技術(shù)的普及在我國還有待深入,我們的沖壓模具行業(yè)發(fā)展水平,尤其是復(fù)雜、大型的中沖壓模具與發(fā)達(dá)國家相比還有很大差距。應(yīng)當(dāng)大力開展模具數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)的研究,使數(shù)字化技術(shù)普遍應(yīng)用于模具工業(yè),并用來改造傳統(tǒng)的模具工業(yè),這是我國模具工業(yè)發(fā)展的大勢所趨。
(文章來源:四川成飛集成科技股份有限公司 楊漢)