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五金模设计的过去、现状以及未来发展方向
2011-05-23
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      在过去,高科技的五金模设计就像绘图设备的电子橡皮擦,边画边改。到20世纪90年代初,二维CAD程序开始流行,就像五金模设计专业软件包那样进行编程。而我们现在呢?请往下读…

作者:Raymond Proeber

       Raymond Proeber是Accurate Die Design公司总裁,该公司位于美国威斯康星州新柏林,是一家3D软件供应商,是法国三维模具设计软件 Logopress3在美国的技术中心,在销售软件的同时还为工模具、五金模及冲压模行业提供培训与技术支持。网址:http://www.accuratediedesign.com/.

       我从三十多年前开始入行做工模具和五金模学徒,那时候五金模采用手工布局,加工冲孔和五金模部件采用铣削和磨削。在那个时代,各种方形、硬质合金划线器、测高规、转移螺旋线和很多Dykem红墨水标注的流动布局设计等结合使用。由于工模具制造者控制整个工艺流程,他经常在没有正式设计图的情况下自己创建草图。

       有经验的模具设计师,往往曾是工模具和五金模制造者,为了创建更复杂的五金模具,有时会提供在制图机或绘图板上绘制的图;而真正复杂的五金模具,设计师甚至会在设计图上添加尺寸说明。随着数字读出技术开始在Bridgeport铣床上出现,更多部件需在绘图板上详细说明,特别是易腐烂的零部件。

       上世纪80年代末90年代初,绝大多数五金模设计从绘图板转换到2D CAD。与此同时,美国五金模设计师们在操作AutoCAD时可自由应用多个不同的五金模设计软件包。那些添加了这些专业软件包到他们的2D CAD软件的设计师们工作效率明显提高。

       从那时起,五金模制造逐渐发展为装配流水作业。因此,工模具和五金模制造者不太愿意成为五金模设计师,如果不提供设计图,就不能自己创建五金模。

3D CAD成为主流

       1995年,首个能在个人电脑上运行的基于参数的3D CAD软件发布。此款软件只有实体造型功能,没有任何曲面或装配功能。随着时间的推移,功能逐步完善,有了曲面和装配等功能,也就是混合系统。

      二维CAD主要由线和圆弧组成,因而迅速发展成熟;基于参数的3D CAD需较长时间发展。在过去十年里,工模具和五金模公司应用3D CAD软件蔚然成风。原因何在?效率——开发产品设计使用2D而不是3D软件几乎闻所未闻。因此,3D CAD软件中有很多实体或曲面模型供五金模零部件设计使用。

节省时间的五金模设计

       设计师们发现,当添加专业的3D五金模设计软件到他们所使用的3D CAD软件中时,他们可以大幅度缩短设计时间——根据五金模大小和复杂程度,可缩短多达30%到50%的设计时间。

       一个最直接的节省时间的因素是使用有限元分析软件(FEA)能展平复杂形状的3D冲压零部件。有些软件公司的五金模设计软件包中包含FEA模块,没有这个模块的会有这个功能选项。此外,一些有限元分析软件不仅能展平,还能根据用户输入的参数自动创建过渡零件形状模型。

       虽然这些有限元分析工具已被证明非常好用,但他们不会替代专业的有限元分析成形仿真软件包。专业的FEA成形仿真软件包处理复杂的冲压模零部件时特别有效。这些专业的有限元分析程序允许设计师模拟成形,预测各种结果,包括皱纹、故障或回弹——这些任务对很多经验丰富的工模具制造者而言都很具挑战性——并且预测得非常精确。



       在不到5分钟的时间内,沿着楔子或靠板添加一个入子到模板中,以适当间隙沿着各个角处理模板上要放入子的型腔。

       设计线性弯曲五金模具时,通常单独的3D CAD软件包不能展开零件,但五金模设计展开软件就可以展开零件。当软件不能展开零件时,也能自动计算每个弯曲处的K因素。当零件展平或展开后,软件往往在几分钟内就能生成带有冲孔的带料布局图。

      专业的五金模设计软件包还有专门的工具和实用程序,可大大缩短设计时间,如快速创建切削和成形冲孔。专业的软件还能采用正确的间隙和锥度自动切除五金模板上所有型腔。在不到5分钟的时间内,沿着楔子或靠板添加一个入子到模板中,以适当间隙沿着各个角处理模板上要放入子的型腔。

       有些五金模设计软件包还有专门做圆形零部件的工具。设计师能精确处理圆形零部件的中间步骤,在10到15分钟内布局料带,包括携带零件的拉伸网。另外,还可以预览叠加在原有零件上的新零件,或预览零件刚进入型腔时的状态。

标准件库

       五金模设计软件标准件库中包含了多个不同品牌零部件内置规格,以及几乎所有五金模需要用到的规格,包括落料冲头与导正销、弹簧与氮气缸、导向条和导套。设计人员不再必需从供货商网站下载特定的模型后在切孔,因为软件能即时创建模型。至于氮气缸,软件自动创建合适的行程长度,应用到氮气缸的实体模型中;自动计算冲裁力;在氮气缸和所有经过的模板上切孔;最后,自动创建并插入固定气缸的螺杆。所有这些操作只需设计师设置好参数后点击一下鼠标就可以完成,用户在点击鼠标前可以看到氮气缸的图示。

自动2D绘图

       很多公司的生产现场仍然需要2D绘图。五金模设计软件中有特殊工具,可自动创建这些2D图,还能在图上自动填入工程图明细表。

       物料清单(BOM表)也能自动生成,BOM表和balloon可自动排序。有一家客户说他们完成所有设计图纸很少超过8小时,包括详图在内。

3D设计使得后续操作受益

      多数后续操作受益都是由于使用专业的3D五金模设计软件,部分是由于动画功能。有些软件只能让料带动画显示,而有些软件包可动画显示完整的五金模操作步骤,就像正处于实际加工中,操作时,设计师还可以进行动态干涉检测。动画包括仿真毛坯斜顶和挤压垫运动,料板移动,五金模开模与合模,五金模料带进给到下一进程。

       在动画显示过程中,设计师能应用过滤功能查看料带上升、前进或成形时的五金模下模,或仅查看上模和料板等。设计师可以放大或缩小图像,并根据自己想法随意操作模型。

       总之,3D设计让五金模设计可视化程度大大提高,动态显示和过滤技术使得五金模设计进入一个崭新的阶段,帮助设计人员大幅缩短排除错误和程序调试时间。此外,由于设计师设计的五金模型包括几乎CAM编程人员要用到的所有3D成形毛坯,这就省去了设计师与编程人员间的来回交流。整个设计可在同一个环境中完成,而无需使用2D设计再加3D CAM造型。

       在今后五年,你无需到处查找毛坯的3D模型,因为之前设计的模型可以保存到模架库中,便于以后使用。

培训新的五金模设计师防止错误

       可以理解,在2D设计时代,无论是用绘图板还是2D CAD,模具很难形象化。因此,我们在2D设计时犯了很多错误,而使用专业的五金模设计软件进行3D设计不会发生这些错误。同样,培训使用2D的五金模设计师也极具挑战性。由于3D设计可视化程度高很多,还使用专业的工具动画显示,并进行动态干涉检测,这使得培训五金模设计师不那么辛苦了。

      锻压行业很多人仍然认为最好的五金模设计师是之前做过工模具制造者的人,现在很多人都不能胜任。事实上,我们有一个客户以前是企业质量部经理,2年后他已然成为一名有造诣的3D五金模设计师,能熟练使用3D设计软件。他设计的很多产品是复杂的卷带电子零件。



五金模设计的未来发展趋势

       3D五金模设计软件的功能可能会使我们行业中的有些企业紧张,担心他们的饭碗不保。我曾听到这么一句话:

       “我们只是按了一下按钮,计算机很快就完成设计了。”

       是的,软件能自动设计非常相似的零件族中的零件,但绝大多数的零件差异还是较大,需要人工/设计师手工输入。我也听到过有关智能五金模设计软件的讨论,即软件可自行设计,无需人为操作。这听起来想科幻小说。软件不会自己做决定;软件只是执行操作命令而已,通过设计师或开发者写入软件的代码执行操作。

       虽然软件自动化程度非常高这是事实,但软件仍需设计师来操控;无论何时,软件都不能操控设计师。

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