模具设计的自动化关键技术研究_孙德志

第37卷 第8期 2015-08(上) 【149】收稿日期：2015-04-14作者简介：孙德志（1983 -），男，吉林四平人，讲师，本科，研究方向为机械设计，模具设计。

模具设计的自动化关键技术研究Key techniques of mold design automation孙德志SUN De-zhi（吉林工程职业学院，四平 136000）摘 要：随着工业的不断发展，模具的设计与制造技术也在不断创新并向前进行推进，模具是整个机械制造行业中占有举足轻重地位的一部分，对产品的加工质量有着十分重要的影响，一个国家模具的发展水平往往能够反映出这个国家的制造能力，主要是针对模具在板材成型加工领域的应用进行了研究，当前模具正在朝着多个方向同时发展，其中模具的自动化技术是最具有代表性的一个方向。

关键词：模具；板材成型；自动化技术中图分类号：TG76 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2015)08(上)-0149-03Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2015.08(上).441 模具设计概述模具作为工业领域的一个基础行业，对于国民经济的发展起着十分重要的作用，在机械制造过程中模具往往作为一种最为基础的工艺装备，对产品的生产效率以及加工精度都具有决定性的作用，因此，模具行业往往也会成为各种尖端技术的应用领域，对模具的设计与制造的技术也在不断的进行创新和提升，以致一个国家的模具设计水平可以在一方面体现出这个国家的工业技术水平，在以往的模具设计与制造过程中，主要是依赖模具师傅的工作经验来保证模具设计的精准可靠，随着计算机技术的出现并应用到模具领域，模具设计的开始出现自动化的发展趋势，各种先进技术包括CAE 、CAD 、CAM 以及CNC 都被应用到模具的设计和制造。

2 板材成型本文主要是针对模具在板材成型加工领域的应用进行了研究，板材成型并不是片面的只是平面板材，常见的薄壁型材例如管装型材都是属于板材加工的范畴的，板材成型具有十分悠久的发展史，它的发展是同各个行业的制造需求紧密结合在一起的，像汽车、航空以及航天等重要的领域会包括着大量的板材加工零部件，这些行业的不断发展促使的板材成型的技术要不断惊醒提升和改进，随着我国经济的不断发展，对汽车行业的产量要求不断提高，对质量的要求同样也是不可或缺的，同时，在航空航天领域也要保持在国际领先的地位，因此，对板材成型的技术需求愈加强烈，这就促使了这一技术不得不向前创新与发展，传统的板材成型技术在很大程度上已经不能够继续满足这些行业的迫切需求，随着计算机技术的迅猛发展，板材成型技术的发展也寻找到了契机，那就是与计算机技术相互融合产生新的技术，模具的自动化技术因此也就应运而生，在板材成型领域也的确取得了巨大的经济效益。

3 模具设计自动化发展趋势CAD/CAM/CAE 等技术是随着计算机技术的发展而逐渐出现的，并且在模具设计与制造行业得到了普遍的应用，随着新世纪的到来，各个国家的经济逐渐融为一体，模具行业作为工业的一个基础支撑行业必然会朝着自动化的方向不断发展，这样才能在全球化的工业领域中起到其自身的重要作用，随着各个国家的工业发展联系更加紧密，模具行业不单单只是局限的某个国家，大多数情况下是需要多国外某些行业提供先进的模具产品，这不仅对模具的设计水平、制造质量以及制造效率提出了更高的要求，而且还推动着模具的自动化的进一步向前发展，只有这样才能够适应不断发展的经济。

当前，模具的自动化发展趋势主要可以概括为以下几个主要方面，下面分别进行详细的研究。

3.1 模具产品发展将大型化、精密化随着模具自动化技术的不断发展与进步，模具的产品也出现了两个十分重要的发展方向，也就是模具的大型化发展与精密化发展，所谓大型化发展并不是指单个模具的尺寸逐渐变大，而是指将多个零件的模具集中到一个模具上进行生产，也就是一个模具往往会有多个模具腔，这样就可以提高零件的生产效率，模具的精密化与模具的大型化并不是冲突的，它是与零件的微型化有着一定的关系的，模具的精密化主要是为了提高产品的【150】 第37卷 第8期 2015-08(上)生产质量。

3.2 模具标准件的应用将日渐广泛模具的自动化发展的主要目的之一就是为了提高模具的制造效率，传统的模具制造行业对于每个新的产品都要单独设计模具然后再去加工，加工过程中还要对模具的质量进行监测，这样大大降低了效率，模具标准件的出现可以使得一部分模具不用再去重新设计，通过将某些模具的组成部分设计成标准化的模块并制定出相应的国家或行业标准，对于模具的自动化发展具有很大的推动作用。

3.3 在模具设计制造中将全面推广CAD/CAM/CAE 技术随着计算机技术的出现并应用到模具领域，模具设计的开始出现自动化的发展趋势，各种先进技术包括CAE 、CAD 、CAM 以及CNC 都被应用到模具的设计和制造，目前许多的计算机辅助设计的软件在模具的设计过程中可以直接对模具的加工过程生成完成并且可靠的数控加工程序，不仅提高了模具加工的效率，而且提高了模具加工的质量。

随着工业的不断发展，CAD/CAM/CAE 等相关领域的应用软件成本也开始逐年降低，从而降低了许多中小型企业的门槛，这几项技术作为模具自动化发展技术的里程碑，推动了模具发展质的飞跃。

4 模具设计的自动化模具设计的自动化是一个比较完整的生产模具的过程，通过CAD 软件对模具进行设计的周期中，可以不断对所设计的模具进行质量上的改进，找出设计过程中存在的问题并且进行修正，对于实际中应用的模具对其进行信息的完整收集然后将其体现在CAD 模型之中，并可以在企业内部进行文件的共享从而几种多名设计人才的智慧对设计的模具进行改进，最后可以生成模具的生产文件，实现整个模具设计到制造的自动化过程。

4.1 输入产品模型，生成高质量实体模型在模具设计与制造的自动化过程中，模具的产品模型输入是最为基础的一个步骤，只有得到十分完整的实体模型才可以保证整个模具设计过程的可靠性，然而当前的状况就是常用的一些造型软件虽然在造型方面具有很好的使用功能，但是在进行数据交互的过程中往往会出现一系列的问题，在进行数据交互过程中最容易出现问题的部分就是曲面部分，很容易出现数据丢失的现象，因此在进行数据交互的过程中就需要对导入的产品模型进行相应的处理过程，处理过程大多数情况是针对的造型公差，当造型间隙相对公差较大的情况下常常采用的造型处理方法有两种，一种方法称为愈合处理，另一种方法是公差处理模型，前一种方法的应用比较受限，并不是所有的情况都可以用该方法进行处理，后一种方法是在实际应用中使用较多并且最终效果也比较好的处理方法，因此常常采用该方法。

4.2 完备产品模型在模具设计与制造的自动化过程中，模具的产品模型的完备是模具厂家需要完成的一个十分重要的步骤，之所以还需要对设计好的模型进行完备是因为许多模型在设计的过程中是不需要将整个模型完整地绘制出来的，有时候仅仅给出模具的一个简单的外观，而内部的结构则需要模具的厂家进行细化，这种情况在汽车行业比较普遍出现，就算设计人员最终给出的产品的模型是完整的，模具厂家也需要完成另一部分工作，那就是将模具进行分离，也就是分为型芯和型腔两个部分，只有这样设计出的模具才能够进行使用，因此，不管设计人员最终给出的产品的模型是不是完整的，该模型都需要进行不得处理，也就是模型的完备。

4.3 产生模具在模具设计与制造的自动化过程中，模具的产生是在产品模型完备以后需要进行的下一个步骤，在模具的产生过程又可以细化为两个部分，一部分就是型芯和型腔的产生，这是模具的主要部分，另一部分就是模架等附件，又可以称之为模具的辅助部分，很多模具设计的人员希望通过实体造型的CAD 应用软件来完成这项工作，然后在实际操作中往往是不能够完成的，这是因为模具产生设计过程中应用到最多的就是曲面造型这一功能，而这些现有的应用软件往往很难达到使用的要求。

4.4 加工准备模具加工前的准备是在模具设计与制造的自动化过程最后一个关键步骤，这一步骤同样十分关键，它既涉及到模具的设计，也涉及到模具的制造，整个模具的生产过程并不是单一的切削就可以完成的，有时候还需要特殊的加工方式来进行配合，最常见的就是放电加工，对于需要切削加工的表面需要选择对应的刀具来进行加工，而对于需要放电加工的表面就比较复杂，首先需要对放电加工的部分设计对应的电极模型，这一步骤有时候会占据整个模具设计的大部分时间，而电极模型的设计原理就是对需要进行加工的部分进行求逆的过程。

4.5 板材成型模具设计如图1所示为一种铝合金板材，对其进行自动化的模具设计时可以遵循上面阐述的四个步骤，此外还需要得到一些材料的特性参数、与模具相关的边界条件以及速度均方差的计算方法等等。

第37卷 第8期 2015-08(上) 【151】图1 铝合金板材如表1所示为模具的材料特性表，在模具的自动化设计过程中需要用到表中的相应参数。

表1 材料特性表弹性模量（Pa ）泊松比密度(kg/m 3)热传导系数比热AA6063 4.0×10100.352700180896H132.1×10110.35780024.3460如表2所示为与模具有关的边界条件。

表2 与模具有关的边界条件边界类型边界界面标注数字参数选择模具表面与模具相关1初始模具温度420℃固液相间界面工作带部分2摩擦系数0.3导流部分3摩擦系数0.3型材出口断面速度的均方差计算公式如下所示：SDV 其中，v i 是考察截面上i 节点处的流动速度，v 是所有考察节点的平均速度，n 是考察节点总数。

5 结论随着计算机技术的出现并应用到模具领域，模具设计的开始出现自动化的发展趋势，各种先进技术包括CAE 、CAD 、CAM 以及CNC 都被应用到模具的设计和制造，目前许多的计算机辅助设计的软件在模具的设计过程中可以直接对模具的加工过程生成完成并且可靠的数控加工程序，不仅提高了模具加工的效率，而且提高了模具加工的质量，本文主要是针对模具在板材成型加工领域的应用进行了研究，当前模具正在朝着多个方向同时发展，其中模具的自动化技术是最具有代表性的一个方向，模具设计的自动化是一个比较完整的生产模具的过程，对于这个过程本文进行了详细的阐述与分析。

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