数字信息技术在模具设计制造中的应用分析

在当今制造业快速发展的背景下，模具设计制造的精度和效率要求日益提高。数字信息技术的应用为模具行业带来了新的机遇和挑战。本文结合实际工作内容，主要负责锌合金产品成型的模具设计，深入分析数字信息技术在该领域的应用，具有重要的现实意义。

一、数字信息技术辅助项目设计管理

（一）数据管理

模具设计前期，数据管理至关重要。以锌合金把手、面板、三通、水嘴等为例，借助数字信息技术，全面收集、分析其几何参数、材料特性、加工工艺及使用环境等数据，以深入了解产品特点与需求，为工艺类型选择提供依据。如分析把手尺寸时，考量参数对握持舒适度和使用功能的影响，结合形状分析其造型与人体工程学原理的契合度及生产加工难易度，关注性能指标以满足实际需求。通过建立数据库，实现数据高效管理与共享，存储产品、工艺和设计经验等信息，方便小组成员随时访问查询，提高数据利用效率，确保科学决策。同时，注重数据更新与维护，定期更新以保证及时准确，并进行备份和安全管理，防止数据丢失或泄露。

（二）项目管理

通过项目管理软件，全程跟踪和管理模具设计制造。将设计任务分解子任务，依成员技能和经验分配，明确职责与进度，确保子任务按时、高质量完成。项目执行中，软件实时监控进展，展示进度、资源使用和任务完成情况，及时发现并解决问题。若子任务延迟，及时调整资源确保整体进度。软件还能优化资源配置，提高利用率，避免浪费。如安排设备时，根据优先级和使用情况合理安排时间，提高设备利用率。此外，软件具备风险管理功能，可预测和评估风险，制定应对措施。如针对原材料供应延迟风险，可提前储备或签订紧急供货协议，降低风险影响。

二、模具设计制造中的数字信息技术类型

（一）模具工艺方案设计

模具工艺方案设计是模具设计制造的核心环节，对模具的质量、性能和生产效率起着决定性作用，而数字信息技术在其中发挥着关键作用。计算机设计（Proe）软件为模具工艺方案设计提供了强大支持。其能够精确绘制模具的三维模型，清晰展示结构和细节，还能进行复杂的几何运算和图形处理。设计师可以利用Proe软件创建型芯、型腔、滑块、推杆等模具部件，并进行装配和干涉检查。同时，Proe软件能模拟和分析模具的工作过程，预测如变形、磨损、断裂等可能出现的问题，提前采取优化设计措施。例如，在设计锌合金把手的模具时，设计师使用Proe软件创建三维模型，根据成型工艺师的方案确定模具结构和尺寸，通过模拟软件（Moldflow）分析模具的填充、冷却和脱模过程，分析可能出现的问题，如填充不足、冷却不均匀、脱模困难等，并据此优化模具的结构和工艺参数，如调整浇口位置和尺寸、增加冷却的水道数量和布局、优化脱模机构设计等，以提高模具的可靠性和稳定性，如图1所示。此外，Proe软件还能与计算机辅助工程（CAE）软件、计算机辅助制造（CAM）软件等其他数字信息技术工具集成，实现模具设计、分析和制造的一体化。设计师在Proe软件完成设计后，将数据导入CAE软件进行模拟分析，根据结果优化设计，最后将优化后的数据导入CAM软件进行数控编程和加工制造。这种一体化流程能显著提高模具设计制造的效率和质量，降低生产成本。

（二）压铸成型技术辅助

压铸成型是一种广泛应用于锌合金产品生产制造的高效金属成型工艺。在压铸成型过程中，数字信息技术的应用可辅助压铸工艺，提高压铸产品的质量和性能。压铸模拟软件是重要工具之一，其能模拟和优化压铸过程中的温度、压力、流速等参数，建立压铸模型并进行数值模拟，预测可能出现的气孔、缩孔、裂纹等问题及原因，从而优化压铸工艺参数和模具设计，如调整压铸机压力、速度、温度，优化浇口、排渣、冷却水道等，以提高产品质量和性能。例如，在压铸锌合金面板时，通过模拟软件可模拟填充和凝固过程，分析问题并调整工艺参数和模具设计，减少缺陷产生，优化冷却水道设计以减少铸件变形和裂纹。此外，数字化检测设备如三坐标测量仪、工业CT等，可精确检测压铸产品的尺寸、形状、内部缺陷等，及时发现缺陷并采取措施修复或改进，提高产品合格率。例如，检测锌合金三通时，三坐标测量仪可精确测量尺寸和形状，工业CT可检测内部缺陷，及时发现并改进缺陷，提高产品质量和性能。

（三）模块化快速设计

模块化快速设计是一种基于模块化思想的设计方法，其将模具分解为若干个模块，每个模块具有独立的功能和结构。在模具设计过程中，设计师可以根据产品的需求，快速选择合适的模块进行组合，形成满足要求的模具结构。数字信息技术的应用为模块化快速设计提供了有力支持。通过数字信息技术，可以对模具的各个模块进行标准化和参数化设计，建立模块库。在模块库中，存储了各种类型的模块，如型芯模块、型腔模块、滑块模块、推杆模块等，每个模块都具有相应的参数和尺寸。设计师可以根据产品的需求，从模块库中选择合适的模块，并通过参数化设计对模块进行调整和修改，以满足产品的要求。

例如，在设计锌合金水嘴的模具时，设计师可以从模块库中选择合适的型号模块、型腔模块和脱模机构模块，并根据水嘴的形状和尺寸，对这些模块进行参数化设计，调整模块的尺寸和位置，以形成满足要求的模具结构。通过模块化快速设计，可以大幅缩短模具设计的周期，提高设计效率，降低设计成本。

三、数字信息技术在模具设计制造中的应用探究

（一）压铸成型过程中CAE技术与产品设计同步工程

在压铸成型过程中，CAE（计算机辅助工程）技术的应用实现了与产品设计的同步进行，为模具设计制造带来了显著的优势。CAE技术能够对压铸过程进行全面而深入的模拟和分析，涵盖流体流动、热传导、应力分布等多个方面。通过精确的数值模拟，设计师可以在产品设计阶段就对压铸过程中可能出现的问题进行预测。例如，在流体流动模拟中，可以分析金属液的充型过程，预测可能出现的卷气、冷隔等缺陷。在热传导模拟中，可以了解模具温度场的分布情况，优化冷却系统的设计，以减少模具的热疲劳。在应力分布模拟中，可以评估模具在工作过程中的受力情况，避免出现过大的应力集中，延长模具的使用寿命。及时进行优化设计是CAE技术的重要应用之一，当发现可能存在的问题时，设计师可以根据模拟结果对产品设计进行调整，如修改零件的形状、壁厚等，以改善压铸过程的充型和凝固条件。

同时，CAE技术还可以为模具设计提供重要的参考依据。通过模拟分析，设计师可以确定模具的结构形式、浇口位置、渣包设置等，确保模具的设计符合压铸工艺的要求，提高压铸产品的质量和生产效率。例如，在设计一款锌合金把手时，利用CAE技术进行模拟分析，发现把手的某个部位在压铸过程中容易出现卷气缺陷。通过优化产品设计，在该部位增加了排气孔，改善了金属液的充填条件，成功避免了卷气缺陷的产生。同时，根据模拟结果对模具的浇口和排渣进行了合理设计，确保了金属液的平稳充型和凝固，提高了把手的质量和成品率，如表1所示。

表1：锌合金压铸产品优化案例表

（二）模块化快速设计系统应用

为了提高模具设计的效率和灵活性，建立完善的模块化快速设计系统是至关重要的。该系统集成了模具设计的各种模块和标准件库，为设计师提供了丰富的资源。在进行模具设计时，设计师可以根据产品的特点和要求，快速从库中选择合适的模块和标准件进行组合，生成初步的模具设计方案。这些模块和标准件经过了精心设计和优化，具有良好的通用性和互换性，可以大大减少设计的工作量和时间。

系统的优化功能进一步提高了模具的性能和质量。通过对模具设计方案进行力学分析、热分析等，系统可以自动识别潜在的问题，并提供优化建议。设计师可以根据这些建议对模具设计方案进行调整和改进，使模具在强度、刚度、耐磨性等方面满足实际生产的要求。例如，在设计一款锌合金面板的模具时，设计师从模块化快速设计系统中选择了合适的模架型号、型腔和脱模机构模块，并进行了快速组合。然后，系统对该设计方案进行了优化分析，发现型芯的强度不足。设计师根据系统的建议，对型芯的结构进行了加强，提高了型芯的承载能力，确保了模具在生产过程中的稳定性和可靠性。模块化快速设计系统的应用大大提高了模具设计的效率和灵活性，降低了设计成本。同时，其还促进了模具设计的标准化和规范化，提高了模具的质量和可重复性。

（三）模具调试过程中的数字化装配技术应用

在模具调试过程中，引入数字化装配技术可以显著提高模具装配的精度和效率。通过数字化测量设备，如三坐标测量仪、激光扫描仪等，可以对模具的各个部件进行精确测量，获取其尺寸和位置信息。这些测量数据具有高精度和高可靠性，可以为模具的装配提供准确的依据。利用计算机辅助装配软件，将测量数据与模具的设计数据进行对比和分析，可以快速找出装配过程中存在的问题。例如，发现部件之间的配合间隙过大或过小、位置偏差等问题。通过及时调整和修正，可以确保模具的装配精度符合要求。

四、结语

数字信息技术的应用为模具设计制造带来了革命性的变化。通过数据管理、项目管理、模具工艺方案设计、压铸成型技术辅助和模块化快速设计等方面的应用，不仅提高了模具设计制造的效率和质量，还降低了生产成本，增强了企业的竞争力。在未来的发展中，应继续深入研究和应用数字信息技术，不断推动模具行业的创新和发展，为制造业的转型升级做出更大的贡献。

文章来源：  《产品可靠性报告》   https://www.zzqklm.com/w/kj/32519.html