數字信息技術在模具設計制造中的應用分析

在當今制造業(yè)快速發(fā)展的背景下，模具設計制造的精度和效率要求日益提高。數字信息技術的應用為模具行業(yè)帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。本文結合實際工作內容，主要負責鋅合金產品成型的模具設計，深入分析數字信息技術在該領域的應用，具有重要的現實意義。

一、數字信息技術輔助項目設計管理

（一）數據管理

模具設計前期，數據管理至關重要。以鋅合金把手、面板、三通、水嘴等為例，借助數字信息技術，全面收集、分析其幾何參數、材料特性、加工工藝及使用環(huán)境等數據，以深入了解產品特點與需求，為工藝類型選擇提供依據。如分析把手尺寸時，考量參數對握持舒適度和使用功能的影響，結合形狀分析其造型與人體工程學原理的契合度及生產加工難易度，關注性能指標以滿足實際需求。通過建立數據庫，實現數據高效管理與共享，存儲產品、工藝和設計經驗等信息，方便小組成員隨時訪問查詢，提高數據利用效率，確保科學決策。同時，注重數據更新與維護，定期更新以保證及時準確，并進行備份和安全管理，防止數據丟失或泄露。

（二）項目管理

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

二、模具設計制造中的數字信息技術類型

（一）模具工藝方案設計

模具工藝方案設計是模具設計制造的核心環(huán)節(jié)，對模具的質量、性能和生產效率起著決定性作用，而數字信息技術在其中發(fā)揮著關鍵作用。計算機設計（Proe）軟件為模具工藝方案設計提供了強大支持。其能夠精確繪制模具的三維模型，清晰展示結構和細節(jié)，還能進行復雜的幾何運算和圖形處理。設計師可以利用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，預測如變形、磨損、斷裂等可能出現的問題，提前采取優(yōu)化設計措施。例如，在設計鋅合金把手的模具時，設計師使用Proe軟件創(chuàng)建三維模型，根據成型工藝師的方案確定模具結構和尺寸，通過模擬軟件（Moldflow）分析模具的填充、冷卻和脫模過程，分析可能出現的問題，如填充不足、冷卻不均勻、脫模困難等，并據此優(yōu)化模具的結構和工藝參數，如調整澆口位置和尺寸、增加冷卻的水道數量和布局、優(yōu)化脫模機構設計等，以提高模具的可靠性和穩(wěn)定性，如圖1所示。此外，Proe軟件還能與計算機輔助工程（CAE）軟件、計算機輔助制造（CAM）軟件等其他數字信息技術工具集成，實現模具設計、分析和制造的一體化。設計師在Proe軟件完成設計后，將數據導入CAE軟件進行模擬分析，根據結果優(yōu)化設計，最后將優(yōu)化后的數據導入CAM軟件進行數控編程和加工制造。這種一體化流程能顯著提高模具設計制造的效率和質量，降低生產成本。

（二）壓鑄成型技術輔助

壓鑄成型是一種廣泛應用于鋅合金產品生產制造的高效金屬成型工藝。在壓鑄成型過程中，數字信息技術的應用可輔助壓鑄工藝，提高壓鑄產品的質量和性能。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，建立壓鑄模型并進行數值模擬，預測可能出現的氣孔、縮孔、裂紋等問題及原因，從而優(yōu)化壓鑄工藝參數和模具設計，如調整壓鑄機壓力、速度、溫度，優(yōu)化澆口、排渣、冷卻水道等，以提高產品質量和性能。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，分析問題并調整工藝參數和模具設計，減少缺陷產生，優(yōu)化冷卻水道設計以減少鑄件變形和裂紋。此外，數字化檢測設備如三坐標測量儀、工業(yè)CT等，可精確檢測壓鑄產品的尺寸、形狀、內部缺陷等，及時發(fā)現缺陷并采取措施修復或改進，提高產品合格率。例如，檢測鋅合金三通時，三坐標測量儀可精確測量尺寸和形狀，工業(yè)CT可檢測內部缺陷，及時發(fā)現并改進缺陷，提高產品質量和性能。

（三）模塊化快速設計

模塊化快速設計是一種基于模塊化思想的設計方法，其將模具分解為若干個模塊，每個模塊具有獨立的功能和結構。在模具設計過程中，設計師可以根據產品的需求，快速選擇合適的模塊進行組合，形成滿足要求的模具結構。數字信息技術的應用為模塊化快速設計提供了有力支持。通過數字信息技術，可以對模具的各個模塊進行標準化和參數化設計，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的參數和尺寸。設計師可以根據產品的需求，從模塊庫中選擇合適的模塊，并通過參數化設計對模塊進行調整和修改，以滿足產品的要求。

例如，在設計鋅合金水嘴的模具時，設計師可以從模塊庫中選擇合適的型號模塊、型腔模塊和脫模機構模塊，并根據水嘴的形狀和尺寸，對這些模塊進行參數化設計，調整模塊的尺寸和位置，以形成滿足要求的模具結構。通過模塊化快速設計，可以大幅縮短模具設計的周期，提高設計效率，降低設計成本。

三、數字信息技術在模具設計制造中的應用探究

（一）壓鑄成型過程中CAE技術與產品設計同步工程

在壓鑄成型過程中，CAE（計算機輔助工程）技術的應用實現了與產品設計的同步進行，為模具設計制造帶來了顯著的優(yōu)勢。CAE技術能夠對壓鑄過程進行全面而深入的模擬和分析，涵蓋流體流動、熱傳導、應力分布等多個方面。通過精確的數值模擬，設計師可以在產品設計階段就對壓鑄過程中可能出現的問題進行預測。例如，在流體流動模擬中，可以分析金屬液的充型過程，預測可能出現的卷氣、冷隔等缺陷。在熱傳導模擬中，可以了解模具溫度場的分布情況，優(yōu)化冷卻系統(tǒng)的設計，以減少模具的熱疲勞。在應力分布模擬中，可以評估模具在工作過程中的受力情況，避免出現過大的應力集中，延長模具的使用壽命。及時進行優(yōu)化設計是CAE技術的重要應用之一，當發(fā)現可能存在的問題時，設計師可以根據模擬結果對產品設計進行調整，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技術還可以為模具設計提供重要的參考依據。通過模擬分析，設計師可以確定模具的結構形式、澆口位置、渣包設置等，確保模具的設計符合壓鑄工藝的要求，提高壓鑄產品的質量和生產效率。例如，在設計一款鋅合金把手時，利用CAE技術進行模擬分析，發(fā)現把手的某個部位在壓鑄過程中容易出現卷氣缺陷。通過優(yōu)化產品設計，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生。同時，根據模擬結果對模具的澆口和排渣進行了合理設計，確保了金屬液的平穩(wěn)充型和凝固，提高了把手的質量和成品率，如表1所示。

表1：鋅合金壓鑄產品優(yōu)化案例表

（二）模塊化快速設計系統(tǒng)應用

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

系統(tǒng)的優(yōu)化功能進一步提高了模具的性能和質量。通過對模具設計方案進行力學分析、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。設計師可以根據這些建議對模具設計方案進行調整和改進，使模具在強度、剛度、耐磨性等方面滿足實際生產的要求。例如，在設計一款鋅合金面板的模具時，設計師從模塊化快速設計系統(tǒng)中選擇了合適的模架型號、型腔和脫模機構模塊，并進行了快速組合。然后，系統(tǒng)對該設計方案進行了優(yōu)化分析，發(fā)現型芯的強度不足。設計師根據系統(tǒng)的建議，對型芯的結構進行了加強，提高了型芯的承載能力，確保了模具在生產過程中的穩(wěn)定性和可靠性。模塊化快速設計系統(tǒng)的應用大大提高了模具設計的效率和靈活性，降低了設計成本。同時，其還促進了模具設計的標準化和規(guī)范化，提高了模具的質量和可重復性。

（三）模具調試過程中的數字化裝配技術應用

在模具調試過程中，引入數字化裝配技術可以顯著提高模具裝配的精度和效率。通過數字化測量設備，如三坐標測量儀、激光掃描儀等，可以對模具的各個部件進行精確測量，獲取其尺寸和位置信息。這些測量數據具有高精度和高可靠性，可以為模具的裝配提供準確的依據。利用計算機輔助裝配軟件，將測量數據與模具的設計數據進行對比和分析，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。通過及時調整和修正，可以確保模具的裝配精度符合要求。

四、結語

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

文章來源：  《產品可靠性報告》   http://m.xwlcp.cn/w/kj/32519.html