于成组技术的模具敏捷设计技术研究
2021-09-173311人次浏览
模具是工业生产中重要的工艺设备，它具有高效、节能、成本低等优点，它早已引起世界各国的重视。近年来，随着零件生产中近净形工艺的大量采用，模具在现代制造中更是起着举足轻重的作用。如何面对这种新的机遇和挑战，已是各模具企业不可回避的课题。众所周知，制约模具发展主要有三方面的因素：质量、成本和工期；其中工期是困扰各模具企业的一个大问题。一副中等复杂的模具，在日本工期大致在30 ~40个工作日，而在国内快者两个月，慢者三个月或更长的时间，这显然满足不了现代产品更新换代的需要。
模具敏捷设计是模具敏捷制造的基础。模具制造周期主要由设计、加工与装配、试模与调试等三部分组成。一般一套中等复杂的模具设计周期在国内需要10~20天左右，估计占整个模具生产周期的八分之一到四分之一，而在日本模具设计可控制在一周或更短的时间内完成。由此可以看到在设计周期上国内企业还有潜力可挖，且良好的设计还能缩短加工和制造时间，可使设计与加工并行进行。为此，如何实现模具的敏捷设计已日显重要。本文在对成组技术基本概念介绍的基础上，试图对模具设计向敏捷化方向发展的方法做一阐述，使企业能以更快的速度、更好的质量、更低的成本和更优质的服务对市场需求做出快速响应。
1成组技术与模具设计从成组加工、成组工艺发展到成组技术（GroupTechnology，GT）的概念至今已有近四十余年的历史，其后尽管派生出多种方法，但其基本原理是一样的，即是对制造过程中的相似事物采用相似的处理方法。即通过相似性分析，把具有相似工作特点的相似程度较高的零件合并成零件族，采用相似工艺，使小批量生产转化为批量生产，以减少零件的品种数，降低产品成本。与一般的机械加工相比，模具制造最突出的特点是其相异性，即每副模具各不相同，可以说只能算做单件生产。但每副模具中的零件又具有相似性，如导柱、导套等，很适合采用成组技术。
模具设计是一个经验性很强的工作，在设计中对相似结构的和借鉴是非常有益的，也是必需的，成组设计正可以满足这种要求。以成组技术思想指导产品设计称为成组设计（GT―CAD）即是以成组技术的思想为指导，以相似原理将零件划分成零件设计族，建立成组设计资料。在以后的设计中利用成组设计资料找到相拟零件进行设计，最大限度地重复使用已有的设计信息和学习前人的经验，大大减少设计工作量；另一方面，使零部件具有更高的结构相似性、工艺相似性，取得减少专用工装数量、提高生产率、保证产品质量、降低产品成本的效益。以该思想来指导企业针对本单位的特点建立的数据库很有应用价值。在成型部分，而在模架、导向、脱模等部分具有很大的相似性，很适合采用成组技术。
零件分类编码系统现已成为成组技术的重要组成部分，也是有效实施成组技术的必要手段，因此在实施成组技术的全部工作中，第一项工作便是制定一个适合本企业使用的零件分类编码系统。基于此项要求，应该首先从零件设计图纸入手，使图纸达到规范设计，并针对模具设计的特点，制定一套零件分类办法，以有效地利用CAD/CAM技术。为说明问题起见，现以一注塑模具实例来介绍一下具体做法。
2模具零件分类编码bookmark1以注塑模具为例，一副模具从功能上可分为注射、成型、冷却、脱模等部分；从结构上可分为模架、成型；导向、脱模等部分。模具的相异性主要是一塑件图，是其相应的模具装配图库99这样除型腔件外其它的（零件均可（采（用标PublishingHouse.Allrights图（装配图采用主视图与侧视图合二为一的画法）该塑件是一洁具产品中的水嘴护套，材料为POM，该模具一模四腔，侧浇口，在定模侧有侧向抽芯，塑件通过二次推出脱模，即推件板首先推出塑件，然后推杆推出浇道凝料。
从图中可以看到，模具零件的总数达四十余种、数量近百个，所以零件的合理标识对设计、生产尤为重要。成组技术对于零件的组织编排来说，要求对相同零件给以相同特征表示，对相似零件给以相似特征表示。首先，按模具中各零件所起的作用可以将零件分为四类：模板类、型腔类、结构件类和标准件类。其中模板构成模具的基体型腔是模具的核心，结构件和标准件是模具的辅助。零件的编码即以此为基础，采用4位阿拉伯数字表示；为应用和管理方便，使零件图号与零件的编码采用同一体系。编码在装配图上按顺序顺时针或逆时针排布：（1）模板从定模固定板到动模固定板以…，顺序排布；3202、…，顺序排布；（4）标准件和外购件以定位圈固定螺钉为起点，按4104、4102、…顺序排布。
零件编码的具体含意是：首位表示零件的类别，第二位表示零件的形状或种类，即在前三类中表示形状，在标准件中表示种类，后两位是零件的顺序号。这样的分类编码虽看似简单，但已达到零件的分类管理、分类加工的目的，而又不至于过于繁琐，易于掌握。对于塑料挤出、金属压铸等其它类型模具，均可以按此思路建立类似的零件分类编码系统。
3模具设计图库与敏捷设计在做好零件分类编码工作的基础上，利用CAD技术，可以建立模架、结构件、标准件的设计图库。应该注意到这个图库并不是简单的各种标准的输入，而是根据企业的实际情况制定出适合本单位特点的图库。对于模架，可以采用国内知名标准模架生产厂家的标准，这既可以方便模架的购买，也可以适时地自己生产一些模架。结构件可以国标和一些厂标（如日本FUTEBA）为基础，对导柱、限距拉杆、拉料杆等建立常用的标准准化设计。对于型腔件等一些特殊件，以提高其标准化水平为主，即设计中尽可能采用标准结构要素，如规范固定台肩尺寸的设计，回转体定向销的选取，从而实现减少和统一专用工装量具的目的。这样模具的设计工作内容限定为：选定标准模架、选定标准件、型腔设计。前两项工作大致需要1~2天时间，那么主要工作就是型腔设计，整个设计周期控制在一周之内是可行的。
4模具制造工艺和生产组织管理编制工艺的目的就是如何保证以最低的成本和最高的效率来满足零件图上的尺寸精度和技术要求，即满足技术要求、生产率要求和经济性要求。用成组技术指导工艺设计工作，以代替孤立地针对一个零件进行工艺设计的传统方法，可以实现工艺设计工作合理化和标准化。显而易见，上文提到的零件分类原则是依据结构相似性和工艺相似性，这就为工艺标准化创造了条件。对于每一类零件，都可以制定相应的工艺框架，并给出统一的格式。如对于定模板，工艺框架定为粗加工，热处理，精加工（铣、平磨）对不同模具中的定模板，所要做的工作仅是将不同的工艺尺寸填入而已。
不仅如此，依靠装配图和编码明细表，就可看出各工种、各机床的负荷情况。管理者可以有针对性地承接任务和适时地调配工作，这对高效利用机床大有裨益。
5结束语本文提出了一种利用成组技术的核心思想，实现模具敏捷化设计的方法，并介绍了一种具有模具特点的零件分类编码系统。下一步的工作重点将是进一步完善CAD软件，以使这项技术能得以广泛应用。
文章来源：太空模具网
