數(shù)字信息技術(shù)在模具設(shè)計制造中的應(yīng)用分析

在當(dāng)今制造業(yè)快速發(fā)展的背景下，模具設(shè)計制造的精度和效率要求日益提高。數(shù)字信息技術(shù)的應(yīng)用為模具行業(yè)帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。本文結(jié)合實際工作內(nèi)容，主要負(fù)責(zé)鋅合金產(chǎn)品成型的模具設(shè)計，深入分析數(shù)字信息技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用，具有重要的現(xiàn)實意義。

一、數(shù)字信息技術(shù)輔助項目設(shè)計管理

（一）數(shù)據(jù)管理

模具設(shè)計前期，數(shù)據(jù)管理至關(guān)重要。以鋅合金把手、面板、三通、水嘴等為例，借助數(shù)字信息技術(shù)，全面收集、分析其幾何參數(shù)、材料特性、加工工藝及使用環(huán)境等數(shù)據(jù)，以深入了解產(chǎn)品特點與需求，為工藝類型選擇提供依據(jù)。如分析把手尺寸時，考量參數(shù)對握持舒適度和使用功能的影響，結(jié)合形狀分析其造型與人體工程學(xué)原理的契合度及生產(chǎn)加工難易度，關(guān)注性能指標(biāo)以滿足實際需求。通過建立數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效管理與共享，存儲產(chǎn)品、工藝和設(shè)計經(jīng)驗等信息，方便小組成員隨時訪問查詢，提高數(shù)據(jù)利用效率，確?？茖W(xué)決策。同時，注重數(shù)據(jù)更新與維護(hù)，定期更新以保證及時準(zhǔn)確，并進(jìn)行備份和安全管理，防止數(shù)據(jù)丟失或泄露。

（二）項目管理

通過項目管理軟件，全程跟蹤和管理模具設(shè)計制造。將設(shè)計任務(wù)分解子任務(wù)，依成員技能和經(jīng)驗分配，明確職責(zé)與進(jìn)度，確保子任務(wù)按時、高質(zhì)量完成。項目執(zhí)行中，軟件實時監(jiān)控進(jìn)展，展示進(jìn)度、資源使用和任務(wù)完成情況，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。若子任務(wù)延遲，及時調(diào)整資源確保整體進(jìn)度。軟件還能優(yōu)化資源配置，提高利用率，避免浪費(fèi)。如安排設(shè)備時，根據(jù)優(yōu)先級和使用情況合理安排時間，提高設(shè)備利用率。此外，軟件具備風(fēng)險管理功能，可預(yù)測和評估風(fēng)險，制定應(yīng)對措施。如針對原材料供應(yīng)延遲風(fēng)險，可提前儲備或簽訂緊急供貨協(xié)議，降低風(fēng)險影響。

二、模具設(shè)計制造中的數(shù)字信息技術(shù)類型

（一）模具工藝方案設(shè)計

模具工藝方案設(shè)計是模具設(shè)計制造的核心環(huán)節(jié)，對模具的質(zhì)量、性能和生產(chǎn)效率起著決定性作用，而數(shù)字信息技術(shù)在其中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。計算機(jī)設(shè)計（Proe）軟件為模具工藝方案設(shè)計提供了強(qiáng)大支持。其能夠精確繪制模具的三維模型，清晰展示結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)，還能進(jìn)行復(fù)雜的幾何運(yùn)算和圖形處理。設(shè)計師可以利用Proe軟件創(chuàng)建型芯、型腔、滑塊、推桿等模具部件，并進(jìn)行裝配和干涉檢查。同時，Proe軟件能模擬和分析模具的工作過程，預(yù)測如變形、磨損、斷裂等可能出現(xiàn)的問題，提前采取優(yōu)化設(shè)計措施。例如，在設(shè)計鋅合金把手的模具時，設(shè)計師使用Proe軟件創(chuàng)建三維模型，根據(jù)成型工藝師的方案確定模具結(jié)構(gòu)和尺寸，通過模擬軟件（Moldflow）分析模具的填充、冷卻和脫模過程，分析可能出現(xiàn)的問題，如填充不足、冷卻不均勻、脫模困難等，并據(jù)此優(yōu)化模具的結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)，如調(diào)整澆口位置和尺寸、增加冷卻的水道數(shù)量和布局、優(yōu)化脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計等，以提高模具的可靠性和穩(wěn)定性，如圖1所示。此外，Proe軟件還能與計算機(jī)輔助工程（CAE）軟件、計算機(jī)輔助制造（CAM）軟件等其他數(shù)字信息技術(shù)工具集成，實現(xiàn)模具設(shè)計、分析和制造的一體化。設(shè)計師在Proe軟件完成設(shè)計后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAE軟件進(jìn)行模擬分析，根據(jù)結(jié)果優(yōu)化設(shè)計，最后將優(yōu)化后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAM軟件進(jìn)行數(shù)控編程和加工制造。這種一體化流程能顯著提高模具設(shè)計制造的效率和質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

（二）壓鑄成型技術(shù)輔助

壓鑄成型是一種廣泛應(yīng)用于鋅合金產(chǎn)品生產(chǎn)制造的高效金屬成型工藝。在壓鑄成型過程中，數(shù)字信息技術(shù)的應(yīng)用可輔助壓鑄工藝，提高壓鑄產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。壓鑄模擬軟件是重要工具之一，其能模擬和優(yōu)化壓鑄過程中的溫度、壓力、流速等參數(shù)，建立壓鑄模型并進(jìn)行數(shù)值模擬，預(yù)測可能出現(xiàn)的氣孔、縮孔、裂紋等問題及原因，從而優(yōu)化壓鑄工藝參數(shù)和模具設(shè)計，如調(diào)整壓鑄機(jī)壓力、速度、溫度，優(yōu)化澆口、排渣、冷卻水道等，以提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能。例如，在壓鑄鋅合金面板時，通過模擬軟件可模擬填充和凝固過程，分析問題并調(diào)整工藝參數(shù)和模具設(shè)計，減少缺陷產(chǎn)生，優(yōu)化冷卻水道設(shè)計以減少鑄件變形和裂紋。此外，數(shù)字化檢測設(shè)備如三坐標(biāo)測量儀、工業(yè)CT等，可精確檢測壓鑄產(chǎn)品的尺寸、形狀、內(nèi)部缺陷等，及時發(fā)現(xiàn)缺陷并采取措施修復(fù)或改進(jìn)，提高產(chǎn)品合格率。例如，檢測鋅合金三通時，三坐標(biāo)測量儀可精確測量尺寸和形狀，工業(yè)CT可檢測內(nèi)部缺陷，及時發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能。

（三）模塊化快速設(shè)計

模塊化快速設(shè)計是一種基于模塊化思想的設(shè)計方法，其將模具分解為若干個模塊，每個模塊具有獨(dú)立的功能和結(jié)構(gòu)。在模具設(shè)計過程中，設(shè)計師可以根據(jù)產(chǎn)品的需求，快速選擇合適的模塊進(jìn)行組合，形成滿足要求的模具結(jié)構(gòu)。數(shù)字信息技術(shù)的應(yīng)用為模塊化快速設(shè)計提供了有力支持。通過數(shù)字信息技術(shù)，可以對模具的各個模塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和參數(shù)化設(shè)計，建立模塊庫。在模塊庫中，存儲了各種類型的模塊，如型芯模塊、型腔模塊、滑塊模塊、推桿模塊等，每個模塊都具有相應(yīng)的參數(shù)和尺寸。設(shè)計師可以根據(jù)產(chǎn)品的需求，從模塊庫中選擇合適的模塊，并通過參數(shù)化設(shè)計對模塊進(jìn)行調(diào)整和修改，以滿足產(chǎn)品的要求。

例如，在設(shè)計鋅合金水嘴的模具時，設(shè)計師可以從模塊庫中選擇合適的型號模塊、型腔模塊和脫模機(jī)構(gòu)模塊，并根據(jù)水嘴的形狀和尺寸，對這些模塊進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，調(diào)整模塊的尺寸和位置，以形成滿足要求的模具結(jié)構(gòu)。通過模塊化快速設(shè)計，可以大幅縮短模具設(shè)計的周期，提高設(shè)計效率，降低設(shè)計成本。

三、數(shù)字信息技術(shù)在模具設(shè)計制造中的應(yīng)用探究

（一）壓鑄成型過程中CAE技術(shù)與產(chǎn)品設(shè)計同步工程

在壓鑄成型過程中，CAE（計算機(jī)輔助工程）技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了與產(chǎn)品設(shè)計的同步進(jìn)行，為模具設(shè)計制造帶來了顯著的優(yōu)勢。CAE技術(shù)能夠?qū)鸿T過程進(jìn)行全面而深入的模擬和分析，涵蓋流體流動、熱傳導(dǎo)、應(yīng)力分布等多個方面。通過精確的數(shù)值模擬，設(shè)計師可以在產(chǎn)品設(shè)計階段就對壓鑄過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)測。例如，在流體流動模擬中，可以分析金屬液的充型過程，預(yù)測可能出現(xiàn)的卷氣、冷隔等缺陷。在熱傳導(dǎo)模擬中，可以了解模具溫度場的分布情況，優(yōu)化冷卻系統(tǒng)的設(shè)計，以減少模具的熱疲勞。在應(yīng)力分布模擬中，可以評估模具在工作過程中的受力情況，避免出現(xiàn)過大的應(yīng)力集中，延長模具的使用壽命。及時進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計是CAE技術(shù)的重要應(yīng)用之一，當(dāng)發(fā)現(xiàn)可能存在的問題時，設(shè)計師可以根據(jù)模擬結(jié)果對產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行調(diào)整，如修改零件的形狀、壁厚等，以改善壓鑄過程的充型和凝固條件。

同時，CAE技術(shù)還可以為模具設(shè)計提供重要的參考依據(jù)。通過模擬分析，設(shè)計師可以確定模具的結(jié)構(gòu)形式、澆口位置、渣包設(shè)置等，確保模具的設(shè)計符合壓鑄工藝的要求，提高壓鑄產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。例如，在設(shè)計一款鋅合金把手時，利用CAE技術(shù)進(jìn)行模擬分析，發(fā)現(xiàn)把手的某個部位在壓鑄過程中容易出現(xiàn)卷氣缺陷。通過優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，在該部位增加了排氣孔，改善了金屬液的充填條件，成功避免了卷氣缺陷的產(chǎn)生。同時，根據(jù)模擬結(jié)果對模具的澆口和排渣進(jìn)行了合理設(shè)計，確保了金屬液的平穩(wěn)充型和凝固，提高了把手的質(zhì)量和成品率，如表1所示。

表1：鋅合金壓鑄產(chǎn)品優(yōu)化案例表

（二）模塊化快速設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)用

為了提高模具設(shè)計的效率和靈活性，建立完善的模塊化快速設(shè)計系統(tǒng)是至關(guān)重要的。該系統(tǒng)集成了模具設(shè)計的各種模塊和標(biāo)準(zhǔn)件庫，為設(shè)計師提供了豐富的資源。在進(jìn)行模具設(shè)計時，設(shè)計師可以根據(jù)產(chǎn)品的特點和要求，快速從庫中選擇合適的模塊和標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行組合，生成初步的模具設(shè)計方案。這些模塊和標(biāo)準(zhǔn)件經(jīng)過了精心設(shè)計和優(yōu)化，具有良好的通用性和互換性，可以大大減少設(shè)計的工作量和時間。

系統(tǒng)的優(yōu)化功能進(jìn)一步提高了模具的性能和質(zhì)量。通過對模具設(shè)計方案進(jìn)行力學(xué)分析、熱分析等，系統(tǒng)可以自動識別潛在的問題，并提供優(yōu)化建議。設(shè)計師可以根據(jù)這些建議對模具設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，使模具在強(qiáng)度、剛度、耐磨性等方面滿足實際生產(chǎn)的要求。例如，在設(shè)計一款鋅合金面板的模具時，設(shè)計師從模塊化快速設(shè)計系統(tǒng)中選擇了合適的模架型號、型腔和脫模機(jī)構(gòu)模塊，并進(jìn)行了快速組合。然后，系統(tǒng)對該設(shè)計方案進(jìn)行了優(yōu)化分析，發(fā)現(xiàn)型芯的強(qiáng)度不足。設(shè)計師根據(jù)系統(tǒng)的建議，對型芯的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加強(qiáng)，提高了型芯的承載能力，確保了模具在生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定性和可靠性。模塊化快速設(shè)計系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了模具設(shè)計的效率和靈活性，降低了設(shè)計成本。同時，其還促進(jìn)了模具設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，提高了模具的質(zhì)量和可重復(fù)性。

（三）模具調(diào)試過程中的數(shù)字化裝配技術(shù)應(yīng)用

在模具調(diào)試過程中，引入數(shù)字化裝配技術(shù)可以顯著提高模具裝配的精度和效率。通過數(shù)字化測量設(shè)備，如三坐標(biāo)測量儀、激光掃描儀等，可以對模具的各個部件進(jìn)行精確測量，獲取其尺寸和位置信息。這些測量數(shù)據(jù)具有高精度和高可靠性，可以為模具的裝配提供準(zhǔn)確的依據(jù)。利用計算機(jī)輔助裝配軟件，將測量數(shù)據(jù)與模具的設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行對比和分析，可以快速找出裝配過程中存在的問題。例如，發(fā)現(xiàn)部件之間的配合間隙過大或過小、位置偏差等問題。通過及時調(diào)整和修正，可以確保模具的裝配精度符合要求。

四、結(jié)語

數(shù)字信息技術(shù)的應(yīng)用為模具設(shè)計制造帶來了革命性的變化。通過數(shù)據(jù)管理、項目管理、模具工藝方案設(shè)計、壓鑄成型技術(shù)輔助和模塊化快速設(shè)計等方面的應(yīng)用，不僅提高了模具設(shè)計制造的效率和質(zhì)量，還降低了生產(chǎn)成本，增強(qiáng)了企業(yè)的競爭力。在未來的發(fā)展中，應(yīng)繼續(xù)深入研究和應(yīng)用數(shù)字信息技術(shù)，不斷推動模具行業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展，為制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級做出更大的貢獻(xiàn)。

文章來源：  《產(chǎn)品可靠性報告》   http://xwlcp.cn/w/kj/32519.html