虚拟制造技术在模具制造中的应用

摘 要：“虚拟制造技术”是一种通过计算机虚拟模型来模拟和预估产品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的问题,提高人们的预测和决策水平,使得制造技术走出主要依赖于经验狭小天地,发展到了全方位预报的新阶段.本文论述了虚拟制造技术在模具设计与制造中的应用.

关 键 词：虚拟制作技术；模具制造

一、虚拟制造技术概述

虚拟制造技术（virtualmanufacturingtechnology,VMT）是以虚拟现实和仿真技术为基础,对产品的设计、生产过程统一建模,在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用整个生命周期的模拟和仿真.这样,可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程,以此来优化产品的设计质量和制造过程,优化生产管理和资源规划,以达到产品开发周期和成本的最小化,产品设计质量的最优化和生产效率最高化,从而形成企业的市场竞争优势.虚拟制造是融合了计算机仿真技术与虚拟现实技术、由多学科先进知识组成的综合系统技术,是为了实现企业或产品的柔性,快速地响应市场以及一次制造成功而提出的一种虚拟现实技术.它是CAD/CAE/CAM/CAPP和仿真技术的更高阶段,能在计算机上实现产品从设计到制造到检验的全过程：根据物体的虚拟模型,在计算机上模拟“实际”加工的全过程及产品的装配情况；还可以及时修改设计,避免在生产过程中可能出现的问题,达到新产品一次开发成功,以缩短开发周期、降低开发成本、提高生产效率的目的.

二、虚拟制造技术在模具工业中的应用

(一)虚拟产品和模具设计

无论是塑料模具还是金属冲压模具,其最终的目的是能够生产出符合要求的产品.企业可以根据市场要求进行产品设计.在保证产品用途要求的前提下,外观和产品的最终成本也要兼顾.产品设计是模具工业中的第一环节,也是影响后续工作的重要一环,产品设计是否合理直接影响经济效益.一般借助计算机进行的模具设计不能有效、合理地把产品设计、模具设计、模具制造等结合起来考虑,在实际制造过程中造成返工修改的次数多、装配性不好,在交付使用过程中则发现满足不了用户的要求,而且设计出来的模具生产灵活性差.虚拟制造技术的虚拟设计过程能够克服上述缺点,因为虚拟设计能充分利用现有的CAD软件,基于特征设计的设计平台,较好地体现面向制造设计、面向装配设计的设计思想.在虚拟设计的过程中,可以充分利用虚拟制造、虚拟装配技术等初步的设计方案进行虚拟装配,并及早发现设计上的问题.

(二)虚拟制造与模具加工

“质量好”、“精度高”、“低”、“交货期短”等是人们对模具制造的基本要求.但是许多模具体积庞大、结构复杂、尺寸精度和表面粗糙度要求较高,设计制造相当困难.在模具设计阶段无法预料制造过程中将出现的问题,有可能造成制造困难或无法进行加工.采用虚拟制造的方式,可以优化模具零件加工过程中的工艺参数,及时解决加工过程中出现的问题.数控仿真加工是目前应用较广的加工方法,在计算机上采用仿真软件根据Pro/E产生的零件图即可生成零件的加工程序代码.通过计算机构造出一个虚拟的加工环境,在虚拟加工过程中可以观察到刀具完整的运行路径,完成常规加工的各种功能,如铣流道、铣平面、钻孔等,同时还可以发现加工过程中存在的问题,并及时修正.仿真加工结束后,将加工程序输入数控机床即可进行实物加工.

(三)虚拟制造与模具装配

在传统模具装配过程中,需要反复修改和调试,才能得到满意产品.在调模过程出现的缺陷,如破裂、起皱、回弹、翘角等,主要凭装配人员的经验,通过反复试模、修模、再试模、再修模的循环过程才能解决,这样经常导致零件的报废或工期的延长.而虚拟制造技术可以大大缩短这一过程,因为在虚拟现实环境下,不需要建造实体模型,工程师可以利用虚拟的“自然”环境、可视化优势进行设计,避免出现干涉等问题,这样可以避免反复修模,从而保证模具的精度和制造周期.在模具装配中,通过虚拟现实技术可以直观地进行设计,避免可能出现的干涉和其他不合理问题.产品设计必须解决运动构件工作时的运动协调关系、运动范围设计、可能的运动干涉检查、产品动力学性能、强度、刚度等.例如,生产线上各个环节的动作协调和配合是比较复杂的,采用仿真技术,可以直观地进行配置和设计,保证工作的协调.

(四)虚拟调试

模具的调试主要是指虚拟模具的动作过程,对不合理的地方及时反馈信息进行调整.试模是具出厂前必须经历的一个阶段.虚拟试模是虚拟制造模具生产的产品,对于虚拟生产出的产品是否满足顾客需求予以检验,以确定模具能否投入正常生产.例如对塑料注射模具,通过虚拟注射过程检验生产出的制件是否有缺陷,浇口、浇道是否设计合理,型腔能否正常填满.

从时间上讲,产品的开发有先后顺序的,比如设计、工艺、制造,只有在设计进行之后才能进行工艺设计；从数据上来说,工艺性分析在设计数据给出后才能进行.然而,关键的问题在于设计后何时以及数据生成多少时进行工艺分析、工艺设计.在模具工业中,产品设计开始生成某些数据后,就可以将数据传递给模具设计、模具制造、模具装配等,即下游的工作人员可根据产品设计传递来的数据对其进行模具设计、制造、装配方面的分析,并将分析的结果反馈给设计人员.但产品设计与其相关领域的局部数据的一致并不能说明全局数据信息的一致性.

三、结语

总而言之,对于模具工业企业而言,首先必须立足于企业的现有条件,根据虚拟制造的思想发现问题,挖掘潜力；其次必须在组织结构、技术、人才和管理等方面进行进一步的改革,为虚拟制造技术的应用奠定基础；再次,对于模具工业有关的科研单位而言,必须紧紧跟踪国外虚拟制造技术的发展动态,加大国内的研究力度.