基于仿真分析的模具制造技术改进探讨.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 25 日 作者简介：张步进（1974-），男，汉族，江西吉安人，中级职称，大专，研究方向为模具设计与制造及企业管理。-195-基于仿真分析的模具制造技术改进探讨 张步进 熊丽君 陈玉莲 欧金耀 东莞市广正模具塑胶有限公司，广东 东莞 523000 摘要：摘要：随着科技的不断发展，仿真分析技术在模具制造领域的应用越来越广泛。模具是制造业中不可或缺的工艺装备，其质量直接影响到产品的生产效率和质量。仿真分析作为一种先进的计算机技术，在模具制造中的应用可以有效提高模具质量和生产效率。然而，当前仿真分析在模具制造中的应用仍存在一定问题，需要进一步改进。本文旨在浅析仿真分析在模具制造中的具体应用，并针对现有问题提出相应的改进建议。关键词：关键词：仿真分析；模具制造；具体应用；改进建议 中图分类号：中图分类号：TG506.1 1 概述 作为一种计算机辅助工程（CAE）方法，仿真分析技术起源于 20 世纪 60 年代。伴随着计算机技术的飞速发展，仿真分析技术取得了显著的进步。从最初的线性静态分析，到非线性动态分析，再到多物理场耦合分析，其应用领域不断拓宽，为制造业提供了更强大的支持。在制造业中，模具堪称“工业之母”，其重要性不言而喻。作为生产各类产品所需零部件的关键工具，模具的质量和精度以及使用寿命直接影响着最终产品的性能、外观和成本。在现代化制造业中，高精度、高性能的模具对于推动产业发展、提升产品竞争力具有举足轻重的作用。2 仿真分析在模具制造中的应用 2.1 模具设计优化 2.1.1 现行模具设计中的短板 在制造业中，模具设计占据了核心地位，其品质优劣直接关联到产品质量和生产效益。许多模具设计仍过度依赖设计师的个人经验，这可能导致设计的不完善和重复性劳动。在现行模具设计过程中，仿真分析多局限于简易的应力、应变分析，对模具使用过程中可能遭遇的各种复杂情况的全局考量不足。模具设计涉及多个部门的合作，缺乏高效的协同设计机制可能导致信息交流不畅，降低设计效率。制造与维修导向设计理念不足，过分关注产品性能，而对制造和维修的便利性重视不够1。2.1.2 提升模具使用寿命与生产效益 为解决上述问题，仿真分析在模具制造领域的应用可有效优化模具设计，提高模具使用寿命和生产效率。通过仿真分析，获取精确数据，降低对设计经验的依赖。全面仿真分析，模拟模具使用过程中的各种复杂情况，预先发现并解决问题。协同设计实现在线协同设计，提升设计效率。通过仿真分析，优化模具设计，使之更符合制造和维修需求，提升模具使用寿命和生产效率2。2.2 模具材料选择 2.2.1 分析不同材料的性能特点 在模具制造过程中，材料的选择至关重要。不同的材料具有不同的性能特点，直接影响着模具的使用寿命、制造成本和产品质量。通过仿真分析，可以对各种材料的性能进行深入研究，为模具制造提供科学依据。仿真分析可以对材料的力学性能、热稳定性、耐磨性、耐腐蚀性等进行全面评估。例如，通过仿真分析，可以了解不同材料在高温、高压条件下的变形规律，从而确保模具在使用过程中不会发生塑性变形。此外，仿真分析还可以预测材料的疲劳寿命，有助于避免因材料疲劳导致的模具断裂等问题。2.2.2 基于仿真分析结果，选择适合的模具材料 在了解不同材料的性能特点后，仿真分析可以为模具制造提供关键指导。根据仿真分析结果，可以针对特定的制造场景和需求，选择最适合的模具材料。例如，在需要提高模具寿命的场景中，可以选择具有较高耐磨性和疲劳寿命的材料。在高温、高压条件下工作的模具，应选择热稳定性好、抗塑性变形能力强中国科技期刊数据库 工业 A-196-的材料。同时，根据制造成本和产品质量的考虑，可以在仿真分析的基础上，权衡各种材料的优缺点，做出明智的选择。通过仿真分析指导材料选择，可以提高模具的使用寿命和性能，降低制造成本，提高产品质量。此外，仿真分析还可以为新材料的研发提供参考，推动模具制造领域的技术创新。总之，仿真分析在模具制造中的应用，为模具材料的选择提供了科学依据，提高了模具的性能和使用寿命，有助于推动我国模具制造技术的发展3。2.3 模具制造过程仿真 2.3.1 模拟模具制造过程中的应力、应变等情况 模具制造过程仿真技术主要运用计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）技术，结合有限元法、边界元法等数值模拟方法，对模具制造过程中的应力、应变、温度分布等情况进行实时动态模拟。通过仿真分析，可以获取模具材料在加工过程中的力学性能、热变形等方面的详细数据，为优化模具设计和加工工艺提供科学依据。在模具制造过程中，应力、应变等情况的仿真分析主要包括以下几个方面：模具材料的选择：根据制品的性能要求和生产批量，选择适合的模具材料，并对其力学性能、热稳定性等进行分析；模具设计：运用 CAD 技术进行模具设计，结合有限元法、边界元法等对模具的应力、应变、热变形等进行仿真分析，优化模具结构；加工过程仿真：通过 CAM 技术，模拟模具的加工过程，预测加工过程中的应力、应变等情况，为制定加工工艺提供依据；热处理过程仿真：对模具的热处理过程进行仿真，分析热处理过程中应力、应变、温度分布等情况，以优化热处理工艺4。2.3.2 预测模具制造过程中的潜在问题，提前制定解决方案 通过模拟模具制造过程，可以预见可能在生产中出现的潜在问题，如疲劳、断裂、变形等。针对这些潜在难题，可以提前筹划相应的应对策略，确保模具制造的顺利进行。对获得的应力、应变、热变形等数据进行深入剖析，以发现可能出现问题的关键环节。结合实际情况，对仿真分析中揭示的问题进行诊断，明确问题的性质及严重程度。针对诊断出的问题，筹划相应的解决办法，如优化模具设计、调整加工工艺、改进热处理工艺等。将筹划好的解决方案应用于实际制造过程，并通过实时监控、检验等手段，验证解决方案的有效性。2.4 模具使用与维护 2.4.1 仿真分析模具在使用过程中的磨损情况 在制造业中，模具是至关重要的工艺装备，其性能直接影响到产品的质量和生产效率。然而，在使用过程中，模具受到物料冲击、摩擦以及热疲劳等因素的影响，会导致磨损现象的出现。为了解决这一问题，许多企业采用了仿真分析的方法来预测和评估模具在使用过程中的磨损情况。操作中对模具的材料性能、几何参数和工作环境等进行详细的了解和分析。这包括模具硬度、韧性、耐磨性等材料性能，以及模具的几何形状、尺寸、工作压力等几何参数。此外，还需考虑模具在实际工作过程中的载荷、速度、温度等环境因素。利用专业的仿真软件，如 ABAQUS、ANSYS 等，建立模具的三维模型。这些软件能够模拟模具在实际工作过程中的受力情况和磨损行为，为提供了一个直观的了解。通过仿真分析，可以清楚地看到模具在不同使用阶段的磨损情况，包括磨损程度、磨损位置等。例如，如果磨损主要由物料冲击引起，那么可以采取增加模具硬度、改善物料输送方式等措施来减少磨损。如果磨损主要由热疲劳引起，那么可以采取改进模具冷却系统、降低工作温度等措施来减轻磨损。通过仿真分析，可以直观地了解模具的磨损情况，揭示磨损的主要原因，并为制定维护方案提供依据。这不仅有助于提高模具的使用寿命，也可以提高生产效率，降低生产成本，为我国制造业的发展贡献力量。2.4.2 根据分析结果，制定合理的模具维护方案 根据仿真分析的结果，可以针对磨损情况进行针对性的维护。以下是一些建议：改进模具设计：根据仿真分析结果，对模具的结构进行优化，降低在使用过程中的磨损风险。例如，可以通过改进模具材料、增加冷却系统、调整模具间隙等方法来提高模具的使用寿命；制定合理的使用规范：针对不同类型的模具，制定相应的使用规范，确保其在正确的前提下进行操作。同时，加强操作人员的培训，提高他们对模具保养的认识和技能；定期检查与维修：建立定期检查模具磨损情况的机制，发现问题及时进行维修。对于磨损严重的部位，可以采用局部修复或更换的方式，以降低整体维护成本；加强模具保养：在模具使用过程中国科技期刊数据库 工业 A-197-中，加强保养措施，降低磨损速度。例如，定期涂抹润滑剂、清洁模具表面、保持工作环境的整洁等；优化生产计划：合理分配生产任务，避免模具过度使用，确保其在规定的使用寿命内完成生产任务。3 仿真分析在模具制造中的改进建议 3.1 提高仿真分析技术水平 3.1.1 引入更先进的仿真软件和算法 为了提高模具制造的质量和效率，引入更先进的仿真软件和算法是至关重要的。当前市场上已经有许多成熟的仿真软件，如 ANSYS、ABAQUS 等，这些软件可以模拟模具制造过程中的应力、应变、温度等关键参数，为模具设计提供有力的数据支持。通过引入更先进的仿真软件和算法，可以实现以下优势：提高模具设计质量：先进的仿真软件可以更准确地模拟模具制造过程中的各种物理现象，为设计师提供详细的数据分析，有助于发现潜在的问题，从而提高模具的设计质量；优化制造工艺：通过仿真分析，可以评估不同制造工艺对模具质量的影响，为企业选择最优的制造工艺提供依据；减少试验次数：仿真分析可以在计算机上进行大量试验，减少实际制造过程中的试验次数，降低试验成本；提高生产效率：引入先进的仿真软件和算法后，可以快速地发现和解决模具制造过程中的问题，提高生产效率5。3.1.2 加强仿真分析人员的培训和技能提升 尽管仿真分析在模具制造中具有重要作用，但拥有一支高素质的仿真分析人员队伍同样关键。为了提高模具制造企业仿真分析水平，加强仿真分析人员的培训和技能提升是必要的。以下是一些建议：定期举办内部培训：企业可以定期举办内部培训，使员工熟悉并掌握各种仿真软件的操作方法和应用技巧；邀请专家讲座：邀请业内专家进行讲座，分享仿真分析的最新发展和技术动态，提高员工的专业素养；鼓励员工参加行业研讨会：鼓励员工参加行业研讨会和技术交流会，与其他行业同仁交流经验，拓宽视野；建立激励机制：企业可以设立奖励制度，对在仿真分析工作中取得优异成绩的员工给予奖励，激发员工的学习积极性；加强跨部门合作：鼓励不同部门的员工进行合作，共同开展仿真分析项目，提高团队的协作能力和解决问题的能力。通过加强仿真分析人员的培训和技能提升，企业可以更好地发挥仿真分析在模具制造中的优势，提高整体竞争力。总之，引入更先进的仿真软件和算法，加强仿真分析人员的培训和技能提升，是提高模具制造质量、降低成本、提高生产效率的有效途径。在三、仿真分析在模具制造中的改进建议这一主题下，这两个方面的工作至关重要，企业应高度重视并付诸实践。3.2 加强与实际生产情况的结合 3.2.1 不断完善仿真分析模型，使之更接近实际生产 为了使仿真分析模型更接近实际生产，首先需要充分收集和整理模具制造过程中的相关数据，如模具材料性能、加工工艺、热处理工艺等。在此基础上，利用专业软件进行建模，模拟模具制造过程中的应力、应变、温度等关键参数，为后续仿真分析提供基础。在建立仿真分析模型后，需要对其进行验证，以确保模型的准确性和可靠性。可以通过以下几种方法进行验证：将仿真分析结果与实际生产中相同条件下的数据进行对比，评估模型预测的准确性；邀请专家对模型进行评审，提出改进意见；通过不断优化模型参数，提高仿真分析结果的准确性。3.2.2 将仿真分析结果与实际生产数据进行对比，验证分析准确性 在进行仿真分析与实际生产数据对比时，需要首先采集实际生产过程中的相关数据，如模具使用寿命、生产效率、缺陷情况等。并对这些数据进行整理和处理，以便进行对比分析。将仿真分析结果与实际生产数据进行对比时，可以采用以下几种方法：定量分析：通过计算仿真分析结果与实际生产数据的偏差，评估分析准确性；定性分析：观察仿真分析结果与实际生产数据的趋势是否一致，判断分析准确性；对比实验：在相同条件下，分别采用仿真分析指导生产与传统方法进行生产，比较两种方法的成效。4 结束语 本文从仿真分析模型完善、实际生产数据对比两个方面，探讨了仿真分析在模具制造中的应用及改进建议。通过不断完善仿真分析模型，使之更接近实际生产，并将仿真分析结果与实际生产数据进行对比，验证分析准确性，有助于提高模具制造质量，降低生产风险，为我国模具制造业的持续发展提供有力支持。在今后的工作中，还需进一步加强仿真分析技术的研究与应用，不断提高其在模具制造领域的地位。中国科技期刊数据库 工业 A-198-参考文献 1王嘉天.汽车模具制造中电火花线切割加工间隙流场仿真分析D.天津科技大学,2021.2张鲁涛.拉延模具压边圈精确型面构建及加工研究D.湖南大学,2018.3孔明慧.小口径双非球面硫系玻璃镜片精密模压成型仿真与实验研究D.长沙理工大学,2018.4张益豪.汽车覆盖件拉延模具精确型面加工方法研究D.湖南大学,2017.5黎文龙,熊杰.加工中心高速切削技术在模具制造中的应用J.时代农机,2015(1):39-40.