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淺談模具產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造:論現(xiàn)代模具產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)正面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。模具企業(yè)必須利用最新的技術(shù),在最短的時(shí)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(jì)方式,從而做出正確的決策與設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞:現(xiàn)代模具;設(shè)計(jì);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(jì)、試制到產(chǎn)品上市周期太長,設(shè)計(jì)過程中難以與用戶進(jìn)行交流,難以及時(shí)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(shí)間以及費(fèi)用等相互制約條件的限制,更談不上考慮整個(gè)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(jì)與制造的高科技信息化及其應(yīng)用談點(diǎn)淺見。

1現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)與制造已步入信息化時(shí)代

改革開放30多年來,中國模具生產(chǎn)作為一個(gè)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(gè)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(gè)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(diǎn)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(dòng)中解放出來。另一方面,cad/cam/cae等計(jì)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(jì)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(jì)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(gè)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(jì)是制造的一部分,工藝設(shè)計(jì)不充分,設(shè)計(jì)與工藝信息可直接重復(fù)利用價(jià)值不大。因此,根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)把握全面信息化管理與實(shí)用、簡化管理的平衡點(diǎn),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(gè)企業(yè)也是都不一樣。又比如成本核算更應(yīng)該采用項(xiàng)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(jì)的CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用

模具設(shè)計(jì)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(jì)。模具設(shè)計(jì)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(jì)與力學(xué)計(jì)算和尺寸與尺寸精度確定與設(shè)計(jì)等,因此模具設(shè)計(jì)常分為制件工藝分析與設(shè)計(jì)、模具總體方案設(shè)計(jì)、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)四個(gè)階段。CAD/CAE,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助工程,它包括概念設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)輔助繪圖和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程管理等。應(yīng)用CAD技術(shù)可以設(shè)計(jì)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(jì)。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(yàn),采用幾何造型技術(shù),制件的形狀能精確、逼真地顯示在計(jì)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(jì)算機(jī),自動(dòng)繪圖代替了人工繪圖,自動(dòng)檢索代替了手冊查閱,快速分析代替了手工計(jì)算,使模具設(shè)計(jì)師能從繁瑣的繪圖和計(jì)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(jì)已不僅僅是停留在對外觀和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)驗(yàn)?zāi)M、跌落實(shí)驗(yàn)?zāi)M、散熱能力、疲勞和蠕變等分析。通過這些分析,可以檢驗(yàn)前面的概念性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)思想體現(xiàn)在相應(yīng)的模塊中。概念設(shè)計(jì)不再只是設(shè)計(jì)師的思維,系統(tǒng)模塊也融合了一般的概念設(shè)計(jì)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(jì)的系統(tǒng)模塊,我們稱之為工業(yè)設(shè)計(jì)模塊或概念設(shè)計(jì)模塊。例如,Pro/ENGINEER就包含一個(gè)工業(yè)設(shè)計(jì)模塊――ProDesign,用于支持自上而下的投影設(shè)計(jì),以及在復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所包含的許多復(fù)雜任務(wù)的自動(dòng)設(shè)計(jì)。此模塊工具包括概念設(shè)計(jì)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(jì)師的工作量,節(jié)約了工作時(shí)間,提高了工作效率,使設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助工程與制造系統(tǒng),按設(shè)計(jì)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(jì)到制造的一個(gè)必然過程。在具有現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)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(tái),在編制程序時(shí)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(tái)及刀具移動(dòng)速度、路徑等顯示出來,以便觀察整個(gè)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(shí)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(jì)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(jì)圖紙得來的,則可直接將設(shè)計(jì)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(gè)零件而是若干個(gè)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(dòng)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(tái)與計(jì)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(tái)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(tái)就能自動(dòng)地完成該機(jī)臺(tái)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?yàn)橄乱患庸すば蛲瓿梢?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(gè)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(jì)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(jì)與制造:淺談產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)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(xiàng)成功的設(shè)計(jì),應(yīng)滿足多方面的要求。這些要求,有社會(huì)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(jì)和模具設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)起來較為困難。本文作者結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn),提出了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的差異以及二者的銜接一種設(shè)計(jì)思路.并在實(shí)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(jì);設(shè)計(jì)思路;模具設(shè)計(jì)

1產(chǎn)品設(shè)計(jì)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)反映著一個(gè)時(shí)代的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和文化。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要性,由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段要全面確定整個(gè)產(chǎn)品策略、外觀、結(jié)構(gòu)、功能,從而確定整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的布局,因而,產(chǎn)品設(shè)計(jì)的意義重大,具有“牽一發(fā)而動(dòng)全局”的重要意義。如果一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺乏生產(chǎn)觀點(diǎn),那么生產(chǎn)時(shí)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(dòng)力。相反,好的產(chǎn)品設(shè)計(jì),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(jì)的細(xì)節(jié),以便設(shè)計(jì)出造價(jià)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(jì)看作熱門的戰(zhàn)略工具,認(rèn)為好的設(shè)計(jì)是贏得顧客的關(guān)鍵。

2模具設(shè)計(jì)

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(jì)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(jì)人員具備扎實(shí)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(jì)工作者首先對產(chǎn)品需要一定的認(rèn)識(shí),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(jì)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(jì)和模具設(shè)計(jì)差異

3.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì):主要工作是偏重產(chǎn)品的外觀和結(jié)構(gòu).而外觀設(shè)計(jì)需要各方面的信息匯總,是你平時(shí)生活所感受的所看到的通過個(gè)人見解反映出來的樣子的重新組合;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)的知識(shí)。

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

3.3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)要考慮全局,在整個(gè)過程自己牽頭,從總規(guī)劃時(shí)設(shè)計(jì)者就應(yīng)該具備總體的輪廓并細(xì)化整體樹,在設(shè)計(jì)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(jì)預(yù)期的目的。

但是產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jià)比的優(yōu)勢,而模具設(shè)計(jì)僅從模具的壽命和產(chǎn)品的易出性考慮多一點(diǎn),而對產(chǎn)品的完整性會(huì)有一些欠缺考慮,這就是模具設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)脫節(jié)的弊端。

4產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的銜接

產(chǎn)品設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)產(chǎn)品本身,模具設(shè)計(jì)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(shí)踐再到最終的誕生,這中間需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)全力合作,需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初步理念需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作者必須和模具設(shè)計(jì)工作者及時(shí)溝通,產(chǎn)品設(shè)計(jì)側(cè)重產(chǎn)品,模具設(shè)計(jì)側(cè)重模具的可塑性,這就的需要一個(gè)項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人將這兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合,優(yōu)點(diǎn)交集就會(huì)更大體現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)良性。

4.1 首先產(chǎn)品設(shè)計(jì)需確定的設(shè)計(jì)思路的主干線正確,產(chǎn)品的輪廓需要一定的初期實(shí)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(dòng),是總體規(guī)劃不得偏離預(yù)計(jì)期望值;

4.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)在產(chǎn)品輪廓雛形階段需要求模具設(shè)計(jì)相關(guān)人員介入本次的設(shè)計(jì)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(gè)零部件,完成內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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(shí)功底,怎么樣設(shè)計(jì)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(jì)長期積累的經(jīng)驗(yàn)制作,經(jīng)過模具設(shè)計(jì)的聯(lián)合評審是否可行,加以二次把關(guān),當(dāng)分解成各個(gè)零部件時(shí),產(chǎn)品設(shè)計(jì)需考慮產(chǎn)品的裝配便攜性,避免設(shè)計(jì)的出產(chǎn)品,卻做不出產(chǎn)品的尷尬階段,產(chǎn)品設(shè)計(jì)在手板階段,需經(jīng)過本身和他人的眼觀,手動(dòng)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(huì)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(gè)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(jì)采取其他的方式方法解決此類問題;

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

4.5 模具在初始設(shè)計(jì)完成階段,產(chǎn)品設(shè)計(jì)首先核對零部件和圖紙的差異,是否和自己的設(shè)計(jì)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(yàn)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(jì)和模具設(shè)計(jì)相互穿插并且面向可制造,可裝配的的設(shè)計(jì)思路可以很有效的解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)脫落的尷尬,通過有效的兩者結(jié)合便會(huì)縮短我們產(chǎn)品開發(fā)的進(jìn)度,會(huì)通過此法我們產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來會(huì)更好的面向制造者和消費(fèi)者。

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

1現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)與制造已步入信息化時(shí)代

改革開放30多年來,中國模具生產(chǎn)作為一個(gè)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(gè)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(gè)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(diǎn)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(dòng)中解放出來。另一方面,cad/cam/cae等計(jì)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(jì)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(jì)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(gè)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(jì)是制造的一部分,工藝設(shè)計(jì)不充分,設(shè)計(jì)與工藝信息可直接重復(fù)利用價(jià)值不大。因此,根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)把握全面信息化管理與實(shí)用、簡化管理的平衡點(diǎn),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(gè)企業(yè)也是都不一樣。又比如成本核算更應(yīng)該采用項(xiàng)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(jì)的CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用

模具設(shè)計(jì)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(jì)。模具設(shè)計(jì)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(jì)與力學(xué)計(jì)算和尺寸與尺寸精度確定與設(shè)計(jì)等,因此模具設(shè)計(jì)常分為制件工藝分析與設(shè)計(jì)、模具總體方案設(shè)計(jì)、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)四個(gè)階段。CAD/CAE,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助工程,它包括概念設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)輔助繪圖和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程管理等。應(yīng)用CAD技術(shù)可以設(shè)計(jì)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(jì)。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(yàn),采用幾何造型技術(shù),制件的形狀能精確、逼真地顯示在計(jì)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(jì)算機(jī),自動(dòng)繪圖代替了人工繪圖,自動(dòng)檢索代替了手冊查閱,快速分析代替了手工計(jì)算,使模具設(shè)計(jì)師能從繁瑣的繪圖和計(jì)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(jì)已不僅僅是停留在對外觀和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)驗(yàn)?zāi)M、跌落實(shí)驗(yàn)?zāi)M、散熱能力、疲勞和蠕變等分析。通過這些分析,可以檢驗(yàn)前面的概念性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)思想體現(xiàn)在相應(yīng)的模塊中。概念設(shè)計(jì)不再只是設(shè)計(jì)師的思維,系統(tǒng)模塊也融合了一般的概念設(shè)計(jì)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(jì)的系統(tǒng)模塊,我們稱之為工業(yè)設(shè)計(jì)模塊或概念設(shè)計(jì)模塊。例如,Pro/ENGINEER就包含一個(gè)工業(yè)設(shè)計(jì)模塊——ProDesign,用于支持自上而下的投影設(shè)計(jì),以及在復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所包含的許多復(fù)雜任務(wù)的自動(dòng)設(shè)計(jì)。此模塊工具包括概念設(shè)計(jì)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(jì)師的工作量,節(jié)約了工作時(shí)間,提高了工作效率,使設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助工程與制造系統(tǒng),按設(shè)計(jì)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(jì)到制造的一個(gè)必然過程。在具有現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)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(tái),在編制程序時(shí)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(tái)及刀具移動(dòng)速度、路徑等顯示出來,以便觀察整個(gè)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(shí)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(jì)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(jì)圖紙得來的,則可直接將設(shè)計(jì)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(gè)零件而是若干個(gè)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(dòng)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(tái)與計(jì)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(tái)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(tái)就能自動(dòng)地完成該機(jī)臺(tái)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?yàn)橄乱患庸すば蛲瓿梢?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(gè)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(jì)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。