工業(yè)產(chǎn)業(yè)下機(jī)械模具設(shè)計(jì)工藝技術(shù)探究

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摘要：機(jī)械模具設(shè)計(jì)作為工業(yè)高精度、高質(zhì)量生產(chǎn)的基礎(chǔ)，在先進(jìn)技術(shù)的支撐下，模具設(shè)計(jì)工藝也在發(fā)生轉(zhuǎn)變，并與我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展全面策應(yīng)?；诖?，以模具設(shè)計(jì)內(nèi)容為切入點(diǎn)，闡述當(dāng)前機(jī)械模具的設(shè)計(jì)方法，并從激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign，CAD）技術(shù)以及逆向工程技術(shù)3個(gè)方面對(duì)機(jī)械模具設(shè)計(jì)工藝技術(shù)進(jìn)行研究，并對(duì)機(jī)械模具設(shè)計(jì)工藝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：工業(yè)產(chǎn)業(yè)；機(jī)械模具；設(shè)計(jì)工藝

隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，相關(guān)行業(yè)對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械生產(chǎn)制造提出了更高的要求。企業(yè)在發(fā)展過程中，必須加大技術(shù)資源、經(jīng)濟(jì)資源的投入力度，才能增強(qiáng)機(jī)械制造能力，提高企業(yè)在工業(yè)發(fā)展體系中的地位。機(jī)械模具設(shè)計(jì)作為一種常見的機(jī)械加工形式，在先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的支撐下，其工藝也正由傳統(tǒng)的機(jī)械化操作逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑c信息化相整合的數(shù)字驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，這不僅提高了設(shè)計(jì)精度，而且滿足了模具設(shè)計(jì)工藝及機(jī)械加工的高質(zhì)量需求[1]。本文針對(duì)工業(yè)產(chǎn)業(yè)背景下機(jī)械模具設(shè)計(jì)工藝技術(shù)展開了探討。

1模具設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.1機(jī)械產(chǎn)品工藝分析及其設(shè)計(jì)

在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期，需要從工藝屬性方面進(jìn)行考慮，由于產(chǎn)品在設(shè)計(jì)及制造期間所產(chǎn)生的消耗與整個(gè)生產(chǎn)成本相關(guān)，為簡(jiǎn)化生產(chǎn)工序，提高模具使用年限，必須在前期設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)安全等因素，然后通過精準(zhǔn)計(jì)算，保證每一項(xiàng)設(shè)計(jì)操作均符合工藝設(shè)計(jì)需求。

1.2模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

此類設(shè)計(jì)是將零部件結(jié)構(gòu)與具體實(shí)踐相結(jié)合，然后按照不同零部件的運(yùn)行工序，制定出形狀、尺寸、配合等方面的參數(shù)值，真正做到結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合、設(shè)計(jì)與加工相一致，才能提高模具設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1.3三維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

在信息化技術(shù)的支撐下，模具設(shè)計(jì)工藝由原來的二維平面設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變成了基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件的三維立體化設(shè)計(jì)。此過程中，需要將設(shè)計(jì)工序及各類參數(shù)輸入到系統(tǒng)軟件中進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，從而查出當(dāng)前操控模式下，模具設(shè)計(jì)與生產(chǎn)應(yīng)當(dāng)遵循的原則，并列出不同數(shù)據(jù)值，以便于提高設(shè)計(jì)工藝與生產(chǎn)工藝的對(duì)接性。

2模具設(shè)計(jì)方法

2.1標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)需要針對(duì)模具的零部件參數(shù)進(jìn)行基準(zhǔn)匹配，這樣在后續(xù)操作過程中，若生產(chǎn)中的零部件產(chǎn)生誤差或者是需要被替換，則可直接調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)化部件進(jìn)行匹配處理，無需再次進(jìn)行其他設(shè)計(jì)。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)可以有效降低模具設(shè)計(jì)時(shí)限，減少成本損耗率，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。

2.2參數(shù)化設(shè)計(jì)

參數(shù)化設(shè)計(jì)是以尺寸為基準(zhǔn)，針對(duì)不同零部件具備的屬性而設(shè)定的一種具有約束特征的變量載體，可有效增加零部件在應(yīng)用過程中的針對(duì)性。當(dāng)模具部件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化時(shí)，則可以通過參數(shù)描述出變量值，然后自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)匹配，從而達(dá)到實(shí)時(shí)化更新的作用，且此過程無需再次針對(duì)模具設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行定位或標(biāo)記便可完成自動(dòng)優(yōu)化處理[2]。因此，該方式能夠提高模具設(shè)計(jì)工藝的便捷性。

2.3模塊化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)是以模具產(chǎn)品的功能性為切入點(diǎn)，結(jié)合結(jié)構(gòu)屬性、功能特性等參數(shù)，將模具產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)定的方式。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，該方式可確保相關(guān)機(jī)械產(chǎn)品構(gòu)設(shè)的精準(zhǔn)性[3]。經(jīng)過不斷實(shí)踐可以看出，模塊化設(shè)計(jì)可有效解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)與應(yīng)用過程中的交錯(cuò)問題，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)具備可預(yù)見性，且能夠規(guī)避結(jié)構(gòu)重疊問題，從而保證實(shí)際操作的合理性。

2.4智能化設(shè)計(jì)

智能化設(shè)計(jì)是利用智能軟件，針對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)自動(dòng)生成數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)方式。該方式可通過所設(shè)計(jì)的模型映射出不同操控視域，且模型方案與具體機(jī)械制造之間具有關(guān)聯(lián)性。除此之外，智能化設(shè)計(jì)還可進(jìn)行多方位評(píng)估，如成本預(yù)算、生產(chǎn)時(shí)限預(yù)測(cè)等，而且通過預(yù)期方案解讀出全過程工藝設(shè)計(jì)及制造中的各類損耗點(diǎn)，從而為后續(xù)生產(chǎn)及管理提供數(shù)據(jù)支撐。

3機(jī)械模具設(shè)計(jì)工藝技術(shù)

3.1激光技術(shù)

機(jī)械模具設(shè)計(jì)工藝中，因激光的判定率高而使激光技術(shù)得到了較好的應(yīng)用，在不同操作模式中，該技術(shù)具有成型效率高、反應(yīng)時(shí)限短的優(yōu)勢(shì)，確保了不同操作模式下均能滿足多結(jié)構(gòu)化操作的需求，而且提高了模具設(shè)計(jì)及制造的精準(zhǔn)度[4]。除此之外，基于激光技術(shù)可在頂層系統(tǒng)與基層操作之間建立一個(gè)高效率的聯(lián)動(dòng)渠道，從而在保證前期圖紙?jiān)O(shè)計(jì)精確的前提下，提高切割、打孔的精度，便于提高模具結(jié)構(gòu)的整體性、穩(wěn)定性以及機(jī)械產(chǎn)品的制備質(zhì)量。

3.2CAD技術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign，CAD）技術(shù)主要通過搭載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和內(nèi)部軟件識(shí)別各項(xiàng)參數(shù)信息，從而判定出當(dāng)前操作體系內(nèi)以圖形信息、結(jié)構(gòu)信息和尺寸信息為代表的各類主體，真正映射出實(shí)體操作，各種CAD設(shè)計(jì)實(shí)例如圖1所示。另外，應(yīng)用CAD技術(shù)可核驗(yàn)大容量的數(shù)據(jù)信息，且可通過軟件對(duì)參數(shù)信息進(jìn)行修改，并在軟件系統(tǒng)中實(shí)時(shí)顯示出修改后的數(shù)據(jù)模型。因此，在具體規(guī)劃時(shí)，可以真正從多個(gè)角度分析出機(jī)械產(chǎn)品的各項(xiàng)屬性，如韌性、可塑性、傳導(dǎo)性等[5]。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合具體制備參數(shù)，具體分析與設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，即可羅列出可行的數(shù)據(jù)方案及模擬方案，以達(dá)到簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工序，提高生產(chǎn)效率的目的。

3.3逆向工程技術(shù)

逆向工程技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)采集技術(shù)、軟件集成技術(shù)和幾何建模3部分。首先，數(shù)據(jù)采集技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要采用高精度的數(shù)據(jù)采集模式匹配與識(shí)別相關(guān)數(shù)據(jù)信息，從而降低系統(tǒng)誤差值。此類采集技術(shù)可搭配激光掃描技術(shù)進(jìn)行高清晰定位，然后通過對(duì)零部件進(jìn)行多個(gè)角度的分析來提高模型辨識(shí)精度，使系統(tǒng)可以在運(yùn)行過程中全方位掌握參數(shù)信息，從而提高整體制造質(zhì)量。其次，軟件集成技術(shù)中，因?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)工藝在信息化技術(shù)的支撐下，基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化處理，所以該技術(shù)只需進(jìn)一步深化系統(tǒng)應(yīng)用性能、確定數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，并充分界定出不同組態(tài)下數(shù)據(jù)模型與各類信息模型之間的對(duì)接屬性，就能分析出工況模式下的數(shù)據(jù)集成特征，為后續(xù)模具設(shè)計(jì)及制造提供數(shù)據(jù)決策。最后，幾何建模是針對(duì)智能操控系統(tǒng)設(shè)定的一種數(shù)據(jù)運(yùn)行基準(zhǔn)，它能夠通過對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行羅列運(yùn)算，解析出不同操控工況下系統(tǒng)預(yù)設(shè)模塊與實(shí)操模塊之間的差異性，然后通過模塊所表達(dá)出的數(shù)據(jù)羅列關(guān)系，查證出不同功能下的數(shù)據(jù)邏輯特征，如采集信息與掃描信息之間的關(guān)系，此時(shí)通過數(shù)據(jù)在整個(gè)操控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)及區(qū)域設(shè)定一個(gè)擬合曲面，然后就能夠在各類算法的支撐下作出所需的幾何模型。這種方式確保了數(shù)據(jù)信息核驗(yàn)的精準(zhǔn)性，并且能夠提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3.4CAE軟件

計(jì)算機(jī)輔助工程（ComputerAidedEngineering，CAE）軟件通過搭載計(jì)算機(jī)設(shè)備，可以利用軟件系統(tǒng)輔助檢測(cè)出機(jī)械工程中待加工產(chǎn)品的各類屬性，如強(qiáng)度系數(shù)、屈曲穩(wěn)定系數(shù)、塑性系數(shù)等，然后通過算法精確測(cè)定出各類力學(xué)表述的近似值。它通過與CAD技術(shù)交替應(yīng)用，能夠深入模擬各類機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用性能，得出更為完整的參數(shù)信息，以供后期機(jī)械生產(chǎn)及制造。從功能角度來看，CAE軟件在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，可構(gòu)設(shè)出基于加工部件的立體化數(shù)據(jù)模型，并利用各類模型映射出相對(duì)應(yīng)的仿真模擬，從而對(duì)建模進(jìn)行精確化分析，從多個(gè)方面對(duì)模型設(shè)計(jì)及生產(chǎn)之間的可行性予以確定，同時(shí)提高實(shí)際處理質(zhì)量。例如：在對(duì)鈑金沖壓模具進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，CAE軟件的應(yīng)用工序如下，依據(jù)模具參數(shù)尺寸界定加工過程中的沖壓方向，通過對(duì)加工原材料進(jìn)行分析，確定出沖壓過程中各種力的產(chǎn)生條件，分析出沖壓速度、力度與靜動(dòng)態(tài)摩擦力的影響因子，才能在全方位的數(shù)據(jù)分析時(shí)，真正達(dá)到以不同切點(diǎn)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)化解析，有效規(guī)避各類數(shù)據(jù)處理過程中的誤差現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化、精細(xì)分析的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。

4工業(yè)產(chǎn)業(yè)背景下機(jī)械模具設(shè)計(jì)工藝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)械模具是工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)所在，其設(shè)計(jì)工藝精度、質(zhì)量和效率直接決定著我國(guó)在國(guó)際機(jī)械市場(chǎng)中的地位。為滿足市場(chǎng)發(fā)展、技術(shù)工藝優(yōu)化等方面的需求，應(yīng)針對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理念、技術(shù)工藝效果等，明確我國(guó)模具設(shè)計(jì)工藝技術(shù)的主要發(fā)展方向，才能提高機(jī)械設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的整體水平。

4.1多集成化的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)中，要對(duì)原有單一化的設(shè)計(jì)模式進(jìn)行創(chuàng)新，不僅應(yīng)考慮到技術(shù)應(yīng)用效果，還應(yīng)結(jié)合人力資源、生產(chǎn)制造體系等，打造出多行業(yè)交互、學(xué)科綜合的集成化運(yùn)作模式，才能夠提高理論學(xué)科的融合效能，細(xì)化設(shè)計(jì)工藝。

4.2智能化的發(fā)展趨勢(shì)

隨著人工智能時(shí)代的發(fā)展，自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化的運(yùn)作模式極大地提高了機(jī)械行業(yè)的發(fā)展效率。因此，模具設(shè)計(jì)工藝在發(fā)展期間，應(yīng)充分挖掘人工智能所起到的價(jià)值，針對(duì)不同設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)融合智能化操控理念，才能實(shí)現(xiàn)行業(yè)發(fā)展期間的數(shù)據(jù)融通，提高實(shí)際運(yùn)行效率。另外，可應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)創(chuàng)設(shè)出共享式的發(fā)展體系，并通過與國(guó)外先進(jìn)的機(jī)械企業(yè)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)來提高技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量。

4.3數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)械模具設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的加工信息與產(chǎn)品屬性信息，原有的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)顯然無法應(yīng)對(duì)激增的數(shù)據(jù)體量。對(duì)此，可以結(jié)合數(shù)字化管理系統(tǒng)，依據(jù)產(chǎn)品的不同種類，打造模塊化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，通過對(duì)產(chǎn)品信息以及具體生產(chǎn)過程的定義信息進(jìn)行數(shù)字化整合，并通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，為后續(xù)模具設(shè)計(jì)及生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。

5結(jié)語

在工業(yè)產(chǎn)業(yè)的推進(jìn)下，傳統(tǒng)機(jī)械模具設(shè)計(jì)工藝也必須進(jìn)行轉(zhuǎn)變，將技術(shù)理念、生產(chǎn)理念等貫徹落實(shí)到整個(gè)加工體系中，才能提高企業(yè)生產(chǎn)效能，真正實(shí)現(xiàn)以技術(shù)為驅(qū)動(dòng)的工藝設(shè)計(jì)，從而滿足企業(yè)生產(chǎn)及發(fā)展的需求，全面打造出可持續(xù)發(fā)展的規(guī)劃體系，提高我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)力。

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作者:高志星 單位:江蘇省張家港中等專業(yè)學(xué)校