模具制造过程智能化实施路径研究

模具制造过程智能化实施路径研究

李丽妨

天津津荣天宇精密机械股份有限公司

摘要：模具是现代制造业的重要基础工艺装备，历来被国内外誉为“工业之母”。随着科学技术的不断发展和智能制造技术的不断推进，机电产品制造业对新产品的开发周期要求越来越短，对制造精度、产品质量的一致性以及制造过程自动化程度要求也越来越高，模具设计和制造技术要求也随之提高。为满足市场需求，模具行业需通过数字化设计，实施智能制造技术，提高模具制造的效率和质量。模具属于工艺装备，通常都是单件生产，目前推广的常规数字化车间加工产线难以实现模具的智能化制造，因此需要对模具制造过程的智能化实施路径进行研究。

关键词：模具制造；过程智能化；实施路径

1模具制造发展状况

对于一些经济发展较快的先进国家来说，模具制造技术正处于快速研究和开发的阶段，越来越多的先进技术以及设备被投入到模具制造业来提高模具开发质量。在模具开发质量提高的情况下，整个国家的经济和社会飞速发展。模具制造包含各种各样的模具，其中有叠层模具、倒装注塑模具、三板模具、普通注塑模具、高光注塑模具以及模内转印注塑模具等。我国常用的是从外国进口来的糖塑模具和阴模吸塑模具，但是目前这两种模具无法满足我国生产的需求。为了能够不断促进我国模具制造业的发展，必须重视制造技术的深化和研究工作。

2提高设计与加工数字化程度

2.1模具设计过程数字化

在设计过程中，将模具设计对象的信息进行数字化处理，使其更易被捕捉设计意图和传递设计信息。模具设计过程数字化可以根据已有的专业知识、成熟的设计方案建立规范的模具设计标准件库，提高模具设计效率；可以结合零件与加工设备的特点进行自动编程并自动导入，提高信息传递的效率；可以对模具产品进行数字化仿真分析，提前避免设计缺陷。

当前，模具企业的设计过程已经普及使用二维、三维建模等设计信息数字化手段，但依然存在使用软件不统一、数字化程度不一致等问题。如有的企业仅局限于二维结构设计，有的企业虽然进行三维建模，但后续的仿真和分析、利用建模信息进行自动加工编程等功能没有跟进。此类设计过程中出现的数字化信息传递问题不利于模具制造智能化生产的实现。所以，模具产品设计信息可以以数据的形式传输到管理平台和加工平台，为模具制造智能化的实施做好前置准备。

2.2加工设备数控化

加工设备是智能制造产线的加工单元，其承担着被加工零件的定位装夹、切削刀具的夹持和更换、接收加工程序及指令、进行切削加工的工作，同时应该具备自动识别加工对象、自动换刀、在线自动检测以及自动报单等功能。为了各加工设备之间能实现机联网并与MES系统进行通信，还需要加工设备具有开放的通信接口和兼容的通信协议进行数据采集和交互。

随着数控加工设备的不断推广应用，目前大部分模具企业的机床数控化率较高。但由于许多企业设备采购自不同厂家，且采购批次不同，存在机床数控系统或通信接口协议不统一，自动化程度不一致，部分机床如雕刻机、电火花机等不带刀库，甚至某些数控机床存在通信接口对用户不开放等问题。

因此，在实施模具制造过程智能化时必须提高加工设备的数控化程度，使其实现数控系统和通信接口协议统一或兼容，使各个加工设备之间的数据信息可以相互读取，自行判断选择对应加工工艺；采用配备刀库的雕刻机及电火花机床等加工设备，加工过程自动换刀，实现连续自动加工；实现生产的加工设备都具有开放的通信接口，可直接通过MES系统进行生产信息和运行状态的读取；实现物料的自动快速识别，可以实时记录定位各物料，快速了解处理它们加工过程中出现的问题。

3模具制造过程智能化实施路径

3.1模具方案设计

在设计模具方案的过程中，需要从分型面设计、产品分析、冷却系统、型腔排列等方面入手，其中脱模机构设计的合理性是设计工作的要点。根据模具结构的不同特点设计模具，选取合适的加工工艺提高模具质量，保证加工过程能够顺利进行。对于一些特殊要求，需根据实际情况查看。如果要求不符合相应的数据和参数，那么将会极大地影响最终的产品生产质量。此外，需要在CAD软件上运用图纸设计的方式完成3D建模，以保证模具设计工作的质量达到预期效果。

3.2模具装配

在模具结构图的基础上进行模具的装配工作。只有在图纸上进行不断探讨，才能够得出更加科学合理的注塑膜全部零件装配工作内容，同时可以选择一些比较先进的电动工具帮助完成相应的装配加工工作。但是，相关工作人员一定要详细了解这些先进的设备和技术，确保顺利完成整个模具装配工作。

3.3产线组成及布局

模具智能制造产线的工作过程：由系统创建任务订单并自动生成加工程序上传到加工设备→工业机器人从原料仓库抓取待加工件进行上料→系统自动读取待加工件3R夹具上的RFID编码，对加工件加工进度实时跟踪→加工设备开始自动加工，加工完成后由工业机器人进行下料，系统根据任务订单和加工设备的工作状态进行自动排单派单。如遇急件插单，则按照工艺优先级的原则进行判断，系统优先执行加急件的任务订单。

3.4控制系统

模具智能制造产线的控制系统主要由PLC、工业机器人和MES系统组成，实现了不同设备之间的互联互通，通过对相关数据信息的高速、准确传输与分析，实时监控自动生产线的运行状态，改善智能产线运行，提高生产效率和生产质量。Fanuc工业机器人依托于内部的控制系统及传感器系统，按照设定的程序，自动进行工作状态的判断与决策，通过接受来自MES系统的工作任务，完成物料准备、任务分配、加工顺序排布、加工程序调用，物料传输以及与PLC控制器之间的数据通信，全方位实现模具智能制造产线的自动运行。

4模具制造的先进技术

在金属3D打印技术中，粉末床融合技术是目前工程中最常用的技术。其关键技术之一的打印热源，一般使用激光束或高能电子束。激光热源可进行激光熔覆及选择性激光烧结加工，高能电子束则主要进行电子束熔融加工。由于激光和电子束在加工空间的传播方式不同，造成二者的工作环境有别——激光3D打印是在空气或惰性气体（如氮气）中进行，电子束3D打印的环境则需要相当高的真空度，以减少电子束在到达工作面前与气体分子碰撞造成的能量损失。目前这两种金属3D打印设备都已建立了研发设计和生产供应体系。

粉末床融合技术需要不断均匀平铺金属粉末，因此，粉末外形要求尽可能为球形，有利于粉末的顺畅流动，同时粉末的颗粒及成分均匀性都要符合材料的设计要求。目前低碳含量的不锈钢、高温合金、钛合金、铝、铜等金属粉末的制备技术比较成熟，品种也较丰富。含碳量较高的工模具钢粉末，由于在制备和使用中需要控制碳的烧损，从而影响到打印制品的性能，所以目前工模具钢粉末品种较少，价格也较高。

结论

通过对模具工艺特点的分析和对模具制造过程智能化实施路径的研究可知，只有模具设计全过程实现数字化，对加工设备进行全面数控化升级改造，提高生产过程信息化管理水平，才能实现模具制造过程的智能化，提高模具的生产效率，面对市场需求不断变化，可以更快速地满足客户诉求，提升企业的市场综合竞争力。

参考文献：

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