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淺談模具產(chǎn)品設(shè)計與制造:論現(xiàn)代模具產(chǎn)品設(shè)計與制造的信息化應(yīng)用

摘要:隨著經(jīng)濟(jì)全球化及市場競爭的日益激烈,模具產(chǎn)品設(shè)計正面臨嚴(yán)峻考驗。模具企業(yè)必須利用最新的技術(shù),在最短的時間內(nèi)開發(fā)出高質(zhì)量、低成本、高附加值的產(chǎn)品,以最快的速度響應(yīng)和投放市場。這就需要改變傳統(tǒng)模具產(chǎn)品設(shè)計方式,從而做出正確的決策與設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞:現(xiàn)代模具;設(shè)計;制造;信息化

現(xiàn)代模具產(chǎn)品制造是典型的單件小批量、離散型生產(chǎn)。傳統(tǒng)模具產(chǎn)品開發(fā)從設(shè)計、試制到產(chǎn)品上市周期太長,設(shè)計過程中難以與用戶進(jìn)行交流,難以及時聽取用戶的意見,難以考慮可制造性和可裝配性,很難全面考慮安全、維護(hù)等方面的要求,不能綜合考慮生產(chǎn)、時間以及費(fèi)用等相互制約條件的限制,更談不上考慮整個模具產(chǎn)品壽命周期的諸多問題。筆者就現(xiàn)代模具產(chǎn)品設(shè)計與制造的高科技信息化及其應(yīng)用談點淺見。

1現(xiàn)代模具設(shè)計與制造已步入信息化時代

改革開放30多年來,中國模具生產(chǎn)作為一個產(chǎn)業(yè)有了翻天覆地的變化。這種變化主要體現(xiàn)在三個方面:產(chǎn)能變化、生產(chǎn)方式變化、技術(shù)革命。大多數(shù)人看到的是中國模具產(chǎn)業(yè)作為一個行業(yè)的從無到有、從小到大、從拾漏補(bǔ)缺到成為主力,以及模具需求和產(chǎn)量的快速增長變化。但更重要的是生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變和技術(shù)革命。后兩種變化是一種更加深刻、更加根本性的變化。生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變主要體現(xiàn)在,從過去傳統(tǒng)的小而全的后方車間、作坊式的生產(chǎn),轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨仁袌鰧I(yè)協(xié)作的大規(guī)模生產(chǎn)方式;從完全非標(biāo)生產(chǎn)到相對標(biāo)準(zhǔn)化和準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。模具生產(chǎn)技術(shù)革命,濃縮到一點就是企業(yè)信息化也就是數(shù)字化制造和信息化管理。

20世紀(jì)80年代前,很多模具是靠鉗工用手打磨出來的;90年代,由于引入了數(shù)控加工機(jī)床、edm等較先進(jìn)的設(shè)備,大大地提高了模具的生產(chǎn)工藝水平,生產(chǎn)周期及模具的品質(zhì)也有了很大的縮短和改進(jìn)。高精度加工己經(jīng)把工人從繁重的體力勞動中解放出來。另一方面,cad/cam/cae等計算機(jī)輔助技術(shù)在模具行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用,模具的設(shè)計及數(shù)控加工水平有了很大的提高,cad/cam/cae軟件對于模具技術(shù)人員的工作效率和設(shè)計的可靠性已經(jīng)有了很大的提高。目前各模具企業(yè)又面臨著一個新的課題,如何把企業(yè)管理也同樣從煩瑣的事務(wù)中解放出來,讓信息化管理為企業(yè)的生產(chǎn)效率提升作出貢獻(xiàn)。所以模具企業(yè)管理的信息化己經(jīng)成為模具行業(yè)發(fā)展和進(jìn)步的必然趨勢。

模具生產(chǎn)是單件訂單式生產(chǎn),在管理信息化中有其強(qiáng)烈的特殊性。設(shè)計是制造的一部分,工藝設(shè)計不充分,設(shè)計與工藝信息可直接重復(fù)利用價值不大。因此,根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)特點把握全面信息化管理與實用、簡化管理的平衡點,是信息化的關(guān)鍵。這就造成很難照搬成熟的管理軟件。例如汽車模具企業(yè)沒有傳統(tǒng)意義上的原材料,倉庫管理等等。購置的都是部件與部件的半成品,不存在入庫出庫過程,制造費(fèi)用的攤銷每個企業(yè)也是都不一樣。又比如成本核算更應(yīng)該采用項目管理的辦法,而不是采用一般加工制造業(yè)的辦法,什么pdm、erp等軟件不經(jīng)過徹底的改造是完全不適應(yīng)的。

2現(xiàn)代模具設(shè)計的CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用

模具設(shè)計是隨工業(yè)產(chǎn)品零件的形狀、尺寸與尺寸精度、表面質(zhì)量要求以及其成型工藝條件的變化而變化的,所以每副模具都必須進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計。模具設(shè)計的內(nèi)容包括產(chǎn)品零件(常稱為制件)成型工藝優(yōu)化設(shè)計與力學(xué)計算和尺寸與尺寸精度確定與設(shè)計等,因此模具設(shè)計常分為制件工藝分析與設(shè)計、模具總體方案設(shè)計、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工圖設(shè)計四個階段。CAD/CAE,計算機(jī)輔助設(shè)計和輔助工程,它包括概念設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、有限元分析、計算機(jī)仿真、計算機(jī)輔助繪圖和計算機(jī)輔助設(shè)計過程管理等。應(yīng)用CAD技術(shù)可以設(shè)計出產(chǎn)品的大體結(jié)構(gòu),再通過CAE技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、可行性評估和優(yōu)化設(shè)計。采用模具CAD/CAE集成技術(shù)后,制件一般不需要再進(jìn)行原型試驗,采用幾何造型技術(shù),制件的形狀能精確、逼真地顯示在計算機(jī)屏幕上,有限元分析程序可以對其力學(xué)性能進(jìn)行檢測。借助于計算機(jī),自動繪圖代替了人工繪圖,自動檢索代替了手冊查閱,快速分析代替了手工計算,使模具設(shè)計師能從繁瑣的繪圖和計算中解放出來,集中精力從事諸如方案構(gòu)思和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等創(chuàng)造性的工作。在模具投產(chǎn)之前,CAE軟件可以預(yù)測模具結(jié)構(gòu)有關(guān)參數(shù)的正確性。

當(dāng)今的概念設(shè)計已不僅僅是停留在對外觀和結(jié)構(gòu)的設(shè)計上,它已經(jīng)擴(kuò)展到對模具結(jié)構(gòu)分析的領(lǐng)域。對于運(yùn)用CAD技術(shù)設(shè)計出的模具,可運(yùn)用先進(jìn)的CAE軟件(尤其是有限元軟件)對其進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、抗沖擊實驗?zāi)M、跌落實驗?zāi)M、散熱能力、疲勞和蠕變等分析。通過這些分析,可以檢驗前面的概念性結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理,分析出結(jié)構(gòu)不合理的原因和部位,然后再在CAD軟件中進(jìn)行相應(yīng)的修改。修改后再在CAE中進(jìn)行各種性能的檢測,最終確定滿足要求的模具結(jié)構(gòu)。

當(dāng)今CAD技術(shù)的發(fā)展使得概念設(shè)計思想體現(xiàn)在相應(yīng)的模塊中。概念設(shè)計不再只是設(shè)計師的思維,系統(tǒng)模塊也融合了一般的概念設(shè)計理念和方法。目前,世界上大型的CAD/CAE軟件系統(tǒng),如Pro/ENGINEER、UG、Solidworke、Alias等,都提供了有關(guān)產(chǎn)品早期設(shè)計的系統(tǒng)模塊,我們稱之為工業(yè)設(shè)計模塊或概念設(shè)計模塊。例如,Pro/ENGINEER就包含一個工業(yè)設(shè)計模塊――ProDesign,用于支持自上而下的投影設(shè)計,以及在復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計中所包含的許多復(fù)雜任務(wù)的自動設(shè)計。此模塊工具包括概念設(shè)計的二維非參數(shù)化的裝配布局編輯器。這些系統(tǒng)模塊的應(yīng)用大大減少了設(shè)計師的工作量,節(jié)約了工作時間,提高了工作效率,使設(shè)計師把更多的精力用在新產(chǎn)品的開發(fā)及創(chuàng)新上。

3現(xiàn)代模具制造的CAD/CAE/CAM技術(shù)應(yīng)用

現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,推動了我國模具工業(yè)的前進(jìn)。CAD/CAE/CAM技術(shù)的日臻完善和在模具制造上的應(yīng)用,使其在現(xiàn)代模具的制造中發(fā)揮越來越重要的作用,CAD/CAE/CAM技術(shù)已成為現(xiàn)代模具的制造的必然趨勢。

(1)CAD/CAE/CAM計算機(jī)輔助設(shè)計、模擬與制造一體化,CAD/CAE/CAM一體化集成技術(shù)是現(xiàn)代模具制造中最先進(jìn)、最合理的生產(chǎn)方式。使用計算機(jī)輔助設(shè)計、輔助工程與制造系統(tǒng),按設(shè)計好的模具零件分別編制該零件的數(shù)控加工程序是從設(shè)計到制造的一個必然過程。在具有現(xiàn)代模具設(shè)計制造能力的工廠內(nèi),該過程都是在CAD/CAE/CAM系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的,其加工程序直接由聯(lián)機(jī)電纜輸入加工機(jī)臺,在編制程序時可利用系統(tǒng)中的加工模擬功能進(jìn)行細(xì)致的模擬,將零件,刀具、刀柄、夾具,平臺及刀具移動速度、路徑等顯示出來,以便觀察整個模具零件的切削過程和前后的形狀,進(jìn)而檢查程序編制的正確性,這對于復(fù)雜的多曲面的模具零件尤為重要。

(2)模具的零部件除了有高精度的幾何要求外,其形位精度要求也較高,一般的量具是很難達(dá)到理想的目的的,這時就要依賴精密零件測量系統(tǒng)。這種精密零件測量系統(tǒng)簡稱CMM,即Coordinate Measuring Maching,是數(shù)控加工中心的一種變形。它的測量精度可達(dá)0.25μm,其測量工件的方式如下:將經(jīng)由CAD/CAM系統(tǒng)或CMM專用軟件所產(chǎn)生的零件數(shù)據(jù)選送至CMM的計算機(jī)系統(tǒng),經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)置后,即按照所給出的數(shù)據(jù)去測量工件,將所得結(jié)果與原始數(shù)據(jù)比較,得出工件加工后的誤差。如果原始數(shù)據(jù)是從設(shè)計圖紙得來的,則可直接將設(shè)計數(shù)據(jù)送入CMM專用軟件,然后進(jìn)行測量,將取得的加工誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析,以判斷工件的加工質(zhì)量。如果檢測的不是單個零件而是若干個零件的組件,則由各零件的誤差積累而導(dǎo)致總偏差被顯示出來。

(3)現(xiàn)代模具制造的必然趨勢,就是用機(jī)械加工盡可能地取代人工加工。這就確定了先進(jìn)設(shè)備在現(xiàn)代制造中的作用,尤其現(xiàn)在加工中心、數(shù)控高速成型銑床、數(shù)控銑床、數(shù)控車床、多軸聯(lián)動機(jī)床、數(shù)控模具雕刻機(jī)、電火花加工機(jī)床、數(shù)控精密磨床、三坐標(biāo)測量機(jī)、掃描儀等現(xiàn)代化設(shè)備在工廠中的廣泛使用。而且這些設(shè)備大部分所用的程序基本上都是應(yīng)用CAD/CAE/CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的。機(jī)臺與計算機(jī)聯(lián)機(jī),加工程序是通過聯(lián)機(jī)電纜輸入機(jī)臺的。操作人員按照規(guī)定的程序裝夾工件,配備刀具和操作,機(jī)臺就能自動地完成該機(jī)臺上應(yīng)該完成的加工任務(wù),并將理想的模具零件制造出來或為下一加工工序完成規(guī)定的部分。操作人員的熟練程度和情緒變化基本不影響加工質(zhì)量和加工效益,這也是現(xiàn)代模具加工優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械加工的一個方面。

總之,CAD/CAE/CAM集成技術(shù)就是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的,它已成為現(xiàn)代模具制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢,并以科學(xué)合理的方法給模具制造者提供了一種行之有效的輔助工具。該技術(shù)可使模具制造者在模具制造之前能借助于計算機(jī)對制件、模具結(jié)構(gòu)、加工、成本等進(jìn)行反復(fù)修改和優(yōu)化,直至獲得最佳結(jié)果。

淺談模具產(chǎn)品設(shè)計與制造:淺談產(chǎn)品設(shè)計和模具設(shè)計的差異和銜接

摘要:隨著我國產(chǎn)品的“中國制造”變?yōu)椤爸袊鴦?chuàng)造”,一項成功的設(shè)計,應(yīng)滿足多方面的要求。這些要求,有社會發(fā)展方面的,有產(chǎn)品功能、質(zhì)量、效益方面的,也有使用要求或制造工藝要求的快速發(fā)展和管理水平的進(jìn)一步提高,產(chǎn)品設(shè)計和模具設(shè)計在相互關(guān)聯(lián)上存在諸多難題,其中兩者的有機(jī)結(jié)合以及理解概念實現(xiàn)起來較為困難。本文作者結(jié)合自身工作經(jīng)驗,提出了產(chǎn)品設(shè)計和模具設(shè)計的差異以及二者的銜接一種設(shè)計思路.并在實際中得到應(yīng)用.

關(guān)鍵詞:中國制造;中國創(chuàng)造;產(chǎn)品設(shè)計;設(shè)計思路;模具設(shè)計

1產(chǎn)品設(shè)計

產(chǎn)品設(shè)計反映著一個時代的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和文化。產(chǎn)品設(shè)計的重要性,由于產(chǎn)品設(shè)計階段要全面確定整個產(chǎn)品策略、外觀、結(jié)構(gòu)、功能,從而確定整個生產(chǎn)系統(tǒng)的布局,因而,產(chǎn)品設(shè)計的意義重大,具有“牽一發(fā)而動全局”的重要意義。如果一個產(chǎn)品的設(shè)計缺乏生產(chǎn)觀點,那么生產(chǎn)時就將耗費(fèi)大量費(fèi)用來調(diào)整和更換設(shè)備、物料和勞動力。相反,好的產(chǎn)品設(shè)計,不僅表現(xiàn)在功能上的優(yōu)越性,而且便于制造,生產(chǎn)成本低,從而使產(chǎn)品的綜合競爭力得以增強(qiáng)。許多在市場競爭中占優(yōu)勢的企業(yè)都十分注意產(chǎn)品設(shè)計的細(xì)節(jié),以便設(shè)計出造價低而又具有獨(dú)特功能的產(chǎn)品。許多發(fā)達(dá)國家的公司都把設(shè)計看作熱門的戰(zhàn)略工具,認(rèn)為好的設(shè)計是贏得顧客的關(guān)鍵。

2模具設(shè)計

產(chǎn)品的創(chuàng)新使得產(chǎn)品的形狀,表面處理,以及工藝性要求日趨嚴(yán)格,所以在產(chǎn)品的模具設(shè)計顯得尤其重要,市場對模具的要求精益求精,這就要求模具設(shè)計人員具備扎實的功底和細(xì)微的洞察力以及本身對產(chǎn)品的認(rèn)知度也需要一定的提升,模具設(shè)計工作者首先對產(chǎn)品需要一定的認(rèn)識,才能進(jìn)行下一步工作,產(chǎn)品模型在誕生之后,交付模具設(shè)計工作者根據(jù)產(chǎn)品的形狀以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)制造模具,這一從產(chǎn)品模型圖―模具―產(chǎn)品成功誕生經(jīng)過多環(huán)節(jié)工作者的參與及完善缺陷。

3產(chǎn)品設(shè)計和模具設(shè)計差異

3.1 產(chǎn)品設(shè)計:主要工作是偏重產(chǎn)品的外觀和結(jié)構(gòu).而外觀設(shè)計需要各方面的信息匯總,是你平時生活所感受的所看到的通過個人見解反映出來的樣子的重新組合;結(jié)構(gòu)設(shè)計部分就需要對機(jī)械,電子等等方面的技術(shù)了解,包括要了解模具設(shè)計的知識。

3.2 模具設(shè)計:圍繞模具制作產(chǎn)品的生產(chǎn)過程而決定的設(shè)計。

3.3 產(chǎn)品設(shè)計要考慮全局,在整個過程自己牽頭,從總規(guī)劃時設(shè)計者就應(yīng)該具備總體的輪廓并細(xì)化整體樹,在設(shè)計初,就應(yīng)該將可能存在并可規(guī)避性的隱患杜絕,使產(chǎn)品在后續(xù)的制成上對達(dá)到設(shè)計預(yù)期的目的。

但是產(chǎn)品設(shè)計工作者在原先的基礎(chǔ)上并沒有過多地考慮模具的制作成本以及產(chǎn)品是否從模具中得出,以及模具的制作成本,是否達(dá)到性價比的優(yōu)勢,而模具設(shè)計僅從模具的壽命和產(chǎn)品的易出性考慮多一點,而對產(chǎn)品的完整性會有一些欠缺考慮,這就是模具設(shè)計和產(chǎn)品設(shè)計脫節(jié)的弊端。

4產(chǎn)品設(shè)計和模具設(shè)計的銜接

產(chǎn)品設(shè)計是設(shè)計產(chǎn)品本身,模具設(shè)計是制造產(chǎn)品的工具,成功的產(chǎn)品需要從雛形到成品經(jīng)過一段思考再實踐再到最終的誕生,這中間需要產(chǎn)品設(shè)計和模具設(shè)計全力合作,需要產(chǎn)品設(shè)計的初步理念需要產(chǎn)品設(shè)計工作者必須和模具設(shè)計工作者及時溝通,產(chǎn)品設(shè)計側(cè)重產(chǎn)品,模具設(shè)計側(cè)重模具的可塑性,這就的需要一個項目總負(fù)責(zé)人將這兩者的優(yōu)點結(jié)合,優(yōu)點交集就會更大體現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)良性。

4.1 首先產(chǎn)品設(shè)計需確定的設(shè)計思路的主干線正確,產(chǎn)品的輪廓需要一定的初期實現(xiàn),自上而下建模,把握大方向的一致性,避免后續(xù)過多改動,是總體規(guī)劃不得偏離預(yù)計期望值;

4.2 產(chǎn)品設(shè)計在產(chǎn)品輪廓雛形階段需要求模具設(shè)計相關(guān)人員介入本次的設(shè)計階段,把握模具的分模型式,綜合討論產(chǎn)品的外觀性和順暢性;

4.3 一旦產(chǎn)品輪廓確定,需要肢解成各個零部件,完成內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計,使內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)良性更大的提升,這就需要一定的模具知識功底,怎么樣設(shè)計內(nèi)部結(jié)構(gòu),避免內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響外表面的瑕疵,這階段需要產(chǎn)品設(shè)計長期積累的經(jīng)驗制作,經(jīng)過模具設(shè)計的聯(lián)合評審是否可行,加以二次把關(guān),當(dāng)分解成各個零部件時,產(chǎn)品設(shè)計需考慮產(chǎn)品的裝配便攜性,避免設(shè)計的出產(chǎn)品,卻做不出產(chǎn)品的尷尬階段,產(chǎn)品設(shè)計在手板階段,需經(jīng)過本身和他人的眼觀,手動綜合判定零部件是否便攜性,工藝性的順利,需要防呆處理必須進(jìn)行,避免在非必要的防呆結(jié)構(gòu)制作防呆,這會給產(chǎn)品整體裝配產(chǎn)生很大的困擾,零部件的合適性原則必須把握,本可以做成聯(lián)體,避免做成單體,無形中增加產(chǎn)品成本,一個人工昂貴并且裝配困難的產(chǎn)品不能算成功的產(chǎn)品。這就需要產(chǎn)品設(shè)計采取其他的方式方法解決此類問題;

4.4 在模具設(shè)計階段,避免模具設(shè)計無法把握產(chǎn)品設(shè)計的理念,使之與產(chǎn)品設(shè)計的原始思路相違背,這就得產(chǎn)品設(shè)計須將自己的設(shè)計意圖告知模具設(shè)計,使得模具設(shè)計不得偏離此方向,產(chǎn)品設(shè)計須參與模具設(shè)計主干環(huán)節(jié),在模具設(shè)計階段針對產(chǎn)品的外觀瑕疵以及危險度的要求需要產(chǎn)品設(shè)計和模具設(shè)計相互溝通,找到更好得解決措施;

4.5 模具在初始設(shè)計完成階段,產(chǎn)品設(shè)計首先核對零部件和圖紙的差異,是否和自己的設(shè)計理念相吻合,有沒有過多的差異,然后根據(jù)所得差異,是否在產(chǎn)品的許可范圍之內(nèi),如果不在之內(nèi),需要將模具結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相調(diào)一致,避免差異性擴(kuò)大使之不能匹配,經(jīng)過反復(fù)的驗證確認(rèn)直到最終將產(chǎn)品模具確認(rèn)下來。

5結(jié)束語

通過以上論述,我們得出通過產(chǎn)品設(shè)計和模具設(shè)計相互穿插并且面向可制造,可裝配的的設(shè)計思路可以很有效的解決產(chǎn)品設(shè)計和模具設(shè)計環(huán)節(jié)脫落的尷尬,通過有效的兩者結(jié)合便會縮短我們產(chǎn)品開發(fā)的進(jìn)度,會通過此法我們產(chǎn)品設(shè)計出來會更好的面向制造者和消費(fèi)者。

淺談模具產(chǎn)品設(shè)計與制造:模具產(chǎn)品設(shè)計與制造探究論文

1現(xiàn)代模具設(shè)計與制造已步入信息化時代

改革開放30多年來,中國模具生產(chǎn)作為一個產(chǎn)業(yè)有了翻天覆地的變化。這種變化主要體現(xiàn)在三個方面:產(chǎn)能變化、生產(chǎn)方式變化、技術(shù)革命。大多數(shù)人看到的是中國模具產(chǎn)業(yè)作為一個行業(yè)的從無到有、從小到大、從拾漏補(bǔ)缺到成為主力,以及模具需求和產(chǎn)量的快速增長變化。但更重要的是生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變和技術(shù)革命。后兩種變化是一種更加深刻、更加根本性的變化。生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變主要體現(xiàn)在,從過去傳統(tǒng)的小而全的后方車間、作坊式的生產(chǎn),轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨仁袌鰧I(yè)協(xié)作的大規(guī)模生產(chǎn)方式;從完全非標(biāo)生產(chǎn)到相對標(biāo)準(zhǔn)化和準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。模具生產(chǎn)技術(shù)革命,濃縮到一點就是企業(yè)信息化也就是數(shù)字化制造和信息化管理。

20世紀(jì)80年代前,很多模具是靠鉗工用手打磨出來的;90年代,由于引入了數(shù)控加工機(jī)床、edm等較先進(jìn)的設(shè)備,大大地提高了模具的生產(chǎn)工藝水平,生產(chǎn)周期及模具的品質(zhì)也有了很大的縮短和改進(jìn)。高精度加工己經(jīng)把工人從繁重的體力勞動中解放出來。另一方面,cad/cam/cae等計算機(jī)輔助技術(shù)在模具行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用,模具的設(shè)計及數(shù)控加工水平有了很大的提高,cad/cam/cae軟件對于模具技術(shù)人員的工作效率和設(shè)計的可靠性已經(jīng)有了很大的提高。目前各模具企業(yè)又面臨著一個新的課題,如何把企業(yè)管理也同樣從煩瑣的事務(wù)中解放出來,讓信息化管理為企業(yè)的生產(chǎn)效率提升作出貢獻(xiàn)。所以模具企業(yè)管理的信息化己經(jīng)成為模具行業(yè)發(fā)展和進(jìn)步的必然趨勢。

模具生產(chǎn)是單件訂單式生產(chǎn),在管理信息化中有其強(qiáng)烈的特殊性。設(shè)計是制造的一部分,工藝設(shè)計不充分,設(shè)計與工藝信息可直接重復(fù)利用價值不大。因此,根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)特點把握全面信息化管理與實用、簡化管理的平衡點,是信息化的關(guān)鍵。這就造成很難照搬成熟的管理軟件。例如汽車模具企業(yè)沒有傳統(tǒng)意義上的原材料,倉庫管理等等。購置的都是部件與部件的半成品,不存在入庫出庫過程,制造費(fèi)用的攤銷每個企業(yè)也是都不一樣。又比如成本核算更應(yīng)該采用項目管理的辦法,而不是采用一般加工制造業(yè)的辦法,什么pdm、erp等軟件不經(jīng)過徹底的改造是完全不適應(yīng)的。

2現(xiàn)代模具設(shè)計的CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用

模具設(shè)計是隨工業(yè)產(chǎn)品零件的形狀、尺寸與尺寸精度、表面質(zhì)量要求以及其成型工藝條件的變化而變化的,所以每副模具都必須進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計。模具設(shè)計的內(nèi)容包括產(chǎn)品零件(常稱為制件)成型工藝優(yōu)化設(shè)計與力學(xué)計算和尺寸與尺寸精度確定與設(shè)計等,因此模具設(shè)計常分為制件工藝分析與設(shè)計、模具總體方案設(shè)計、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工圖設(shè)計四個階段。CAD/CAE,計算機(jī)輔助設(shè)計和輔助工程,它包括概念設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、有限元分析、計算機(jī)仿真、計算機(jī)輔助繪圖和計算機(jī)輔助設(shè)計過程管理等。應(yīng)用CAD技術(shù)可以設(shè)計出產(chǎn)品的大體結(jié)構(gòu),再通過CAE技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、可行性評估和優(yōu)化設(shè)計。采用模具CAD/CAE集成技術(shù)后,制件一般不需要再進(jìn)行原型試驗,采用幾何造型技術(shù),制件的形狀能精確、逼真地顯示在計算機(jī)屏幕上,有限元分析程序可以對其力學(xué)性能進(jìn)行檢測。借助于計算機(jī),自動繪圖代替了人工繪圖,自動檢索代替了手冊查閱,快速分析代替了手工計算,使模具設(shè)計師能從繁瑣的繪圖和計算中解放出來,集中精力從事諸如方案構(gòu)思和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等創(chuàng)造性的工作。在模具投產(chǎn)之前,CAE軟件可以預(yù)測模具結(jié)構(gòu)有關(guān)參數(shù)的正確性。

當(dāng)今的概念設(shè)計已不僅僅是停留在對外觀和結(jié)構(gòu)的設(shè)計上,它已經(jīng)擴(kuò)展到對模具結(jié)構(gòu)分析的領(lǐng)域。對于運(yùn)用CAD技術(shù)設(shè)計出的模具,可運(yùn)用先進(jìn)的CAE軟件(尤其是有限元軟件)對其進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、抗沖擊實驗?zāi)M、跌落實驗?zāi)M、散熱能力、疲勞和蠕變等分析。通過這些分析,可以檢驗前面的概念性結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理,分析出結(jié)構(gòu)不合理的原因和部位,然后再在CAD軟件中進(jìn)行相應(yīng)的修改。修改后再在CAE中進(jìn)行各種性能的檢測,最終確定滿足要求的模具結(jié)構(gòu)。

當(dāng)今CAD技術(shù)的發(fā)展使得概念設(shè)計思想體現(xiàn)在相應(yīng)的模塊中。概念設(shè)計不再只是設(shè)計師的思維,系統(tǒng)模塊也融合了一般的概念設(shè)計理念和方法。目前,世界上大型的CAD/CAE軟件系統(tǒng),如Pro/ENGINEER、UG、Solidworke、Alias等,都提供了有關(guān)產(chǎn)品早期設(shè)計的系統(tǒng)模塊,我們稱之為工業(yè)設(shè)計模塊或概念設(shè)計模塊。例如,Pro/ENGINEER就包含一個工業(yè)設(shè)計模塊——ProDesign,用于支持自上而下的投影設(shè)計,以及在復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計中所包含的許多復(fù)雜任務(wù)的自動設(shè)計。此模塊工具包括概念設(shè)計的二維非參數(shù)化的裝配布局編輯器。這些系統(tǒng)模塊的應(yīng)用大大減少了設(shè)計師的工作量,節(jié)約了工作時間,提高了工作效率,使設(shè)計師把更多的精力用在新產(chǎn)品的開發(fā)及創(chuàng)新上。

3現(xiàn)代模具制造的CAD/CAE/CAM技術(shù)應(yīng)用

現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,推動了我國模具工業(yè)的前進(jìn)。CAD/CAE/CAM技術(shù)的日臻完善和在模具制造上的應(yīng)用,使其在現(xiàn)代模具的制造中發(fā)揮越來越重要的作用,CAD/CAE/CAM技術(shù)已成為現(xiàn)代模具的制造的必然趨勢。

(1)CAD/CAE/CAM計算機(jī)輔助設(shè)計、模擬與制造一體化,CAD/CAE/CAM一體化集成技術(shù)是現(xiàn)代模具制造中最先進(jìn)、最合理的生產(chǎn)方式。使用計算機(jī)輔助設(shè)計、輔助工程與制造系統(tǒng),按設(shè)計好的模具零件分別編制該零件的數(shù)控加工程序是從設(shè)計到制造的一個必然過程。在具有現(xiàn)代模具設(shè)計制造能力的工廠內(nèi),該過程都是在CAD/CAE/CAM系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的,其加工程序直接由聯(lián)機(jī)電纜輸入加工機(jī)臺,在編制程序時可利用系統(tǒng)中的加工模擬功能進(jìn)行細(xì)致的模擬,將零件,刀具、刀柄、夾具,平臺及刀具移動速度、路徑等顯示出來,以便觀察整個模具零件的切削過程和前后的形狀,進(jìn)而檢查程序編制的正確性,這對于復(fù)雜的多曲面的模具零件尤為重要。

(2)模具的零部件除了有高精度的幾何要求外,其形位精度要求也較高,一般的量具是很難達(dá)到理想的目的的,這時就要依賴精密零件測量系統(tǒng)。這種精密零件測量系統(tǒng)簡稱CMM,即CoordinateMeasuringMaching,是數(shù)控加工中心的一種變形。它的測量精度可達(dá)0.25μm,其測量工件的方式如下:將經(jīng)由CAD/CAM系統(tǒng)或CMM專用軟件所產(chǎn)生的零件數(shù)據(jù)選送至CMM的計算機(jī)系統(tǒng),經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)置后,即按照所給出的數(shù)據(jù)去測量工件,將所得結(jié)果與原始數(shù)據(jù)比較,得出工件加工后的誤差。如果原始數(shù)據(jù)是從設(shè)計圖紙得來的,則可直接將設(shè)計數(shù)據(jù)送入CMM專用軟件,然后進(jìn)行測量,將取得的加工誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析,以判斷工件的加工質(zhì)量。如果檢測的不是單個零件而是若干個零件的組件,則由各零件的誤差積累而導(dǎo)致總偏差被顯示出來。

(3)現(xiàn)代模具制造的必然趨勢,就是用機(jī)械加工盡可能地取代人工加工。這就確定了先進(jìn)設(shè)備在現(xiàn)代制造中的作用,尤其現(xiàn)在加工中心、數(shù)控高速成型銑床、數(shù)控銑床、數(shù)控車床、多軸聯(lián)動機(jī)床、數(shù)控模具雕刻機(jī)、電火花加工機(jī)床、數(shù)控精密磨床、三坐標(biāo)測量機(jī)、掃描儀等現(xiàn)代化設(shè)備在工廠中的廣泛使用。而且這些設(shè)備大部分所用的程序基本上都是應(yīng)用CAD/CAE/CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的。機(jī)臺與計算機(jī)聯(lián)機(jī),加工程序是通過聯(lián)機(jī)電纜輸入機(jī)臺的。操作人員按照規(guī)定的程序裝夾工件,配備刀具和操作,機(jī)臺就能自動地完成該機(jī)臺上應(yīng)該完成的加工任務(wù),并將理想的模具零件制造出來或為下一加工工序完成規(guī)定的部分。操作人員的熟練程度和情緒變化基本不影響加工質(zhì)量和加工效益,這也是現(xiàn)代模具加工優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械加工的一個方面。

總之,CAD/CAE/CAM集成技術(shù)就是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的,它已成為現(xiàn)代模具制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢,并以科學(xué)合理的方法給模具制造者提供了一種行之有效的輔助工具。該技術(shù)可使模具制造者在模具制造之前能借助于計算機(jī)對制件、模具結(jié)構(gòu)、加工、成本等進(jìn)行反復(fù)修改和優(yōu)化,直至獲得最佳結(jié)果。