汽車模具制造

2017-02-25 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

一、概述

近年來,我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展極大地帶動了汽車模具行業(yè)的發(fā)展。由于汽車模具是技術(shù)型產(chǎn)品和典型的定制產(chǎn)品,尤其是汽車覆蓋件模具的技術(shù)含量非常高。如何提高生產(chǎn)效率、縮短開發(fā)周期、提高模具技術(shù)水平、降低生產(chǎn)成本一直是模具企業(yè)面臨的難題。

二、現(xiàn)代汽車模具制造基本流程

由于各個模具生產(chǎn)企業(yè)具體情況的不一樣,以及承接到的業(yè)務(wù)的不同,各家企業(yè)汽車模具制造的具體流程不盡相同;但目前汽車模具制造的基礎(chǔ)流程基本如下:沖壓工藝 → 模具設(shè)計 → NC編程 → 實(shí)型制作 → 鑄造 → 機(jī)械加工 → 鉗工裝配 → 模具調(diào)試;

三、模具生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備階段新做法

1.充分利用整車廠資源

為縮短模具的開發(fā)周期,目前在模具生產(chǎn)的技術(shù)準(zhǔn)備階段,整車制造廠家一般都提供其整車或零件的設(shè)計版數(shù)模供模具制造廠家進(jìn)行模具開發(fā)方案的策劃、制定開發(fā)預(yù)算、計劃和沖壓工藝方案、開展DL圖設(shè)計、進(jìn)行拉延模初步設(shè)計和鑄造實(shí)型加工等工作。

2.專業(yè)分工與經(jīng)驗(yàn)積累的充分運(yùn)用

現(xiàn)在汽車換型周期越來越短,按一年平均更換15個當(dāng)量的車型計算,一個車型平均約需大中型覆蓋件模具260套,平均每套模具約需2400個工時,一年需要有936萬個工時的制造能力,所以一個模具企業(yè)想什么模具都干是不現(xiàn)實(shí)的,只有向只做幾種件(只干車身內(nèi)外覆蓋件或者地板、甚至只做側(cè)圍、翼子板、頂蓋等有限的幾種外覆蓋件)更專業(yè)方向發(fā)展才能找到自己生存發(fā)展的空間。通過不段做自己熟悉的產(chǎn)品,才能不段提高技術(shù)加快速度;

同時模具設(shè)計技術(shù)都特別強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)積累,利用資料的統(tǒng)一管理、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的經(jīng)常性增改等辦法,使公司在設(shè)計相同或相似的零件的模具時做的更好更快。經(jīng)驗(yàn)積累機(jī)制是不斷提高模面設(shè)計的主要手段。比如:模具加工完成之后,一般模具型面不用研合,刃口不必對間隙,鉗工只負(fù)責(zé)安裝,在初次試模時也不能隨便修調(diào)模具,調(diào)試模具有模面設(shè)計人員在場,初次試模缺陷需要記錄下來。最后的休整結(jié)果,像拉延筋、拉延圓角變動、對稱件的不對稱現(xiàn)象等,還要進(jìn)行現(xiàn)場測量。這些資料的積累、整理、分析、存檔,都是模面設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)積累,并隨時加入到下一次的設(shè)計中去,借助于這種自我完善的經(jīng)驗(yàn)積累機(jī)制,模具的設(shè)計越來越精細(xì),越來越準(zhǔn)確。

3.標(biāo)準(zhǔn)化

模具設(shè)計時盡量使用整車廠提供的或公司自己的模具設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫,包括單獨(dú)零件的標(biāo)準(zhǔn)零件、含有裝配結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)部件、模架結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫及典型模具結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫,供技術(shù)人員設(shè)計模具時調(diào)用拷貝,提高設(shè)計效率和模具標(biāo)準(zhǔn)件使用率,實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)的規(guī)范化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。全面推廣使用模具標(biāo)準(zhǔn)件,包括中小模具模架、沖切裝置、導(dǎo)向裝置、限位裝置、定位裝置、壓退料裝置、斜楔側(cè)沖裝置、氣動裝置和氮?dú)鈴椈?、彈簧回程裝置等對縮短交貨周期、穩(wěn)定模具質(zhì)量能起至關(guān)重要的作用。

4.成型模擬技術(shù)的運(yùn)用

目前在模具技術(shù)中應(yīng)用有限元法做計算機(jī)模擬成型分析運(yùn)用的越來越廣泛。主要應(yīng)用的解算軟件有AUTOFORM、dyna3D等,通過模擬能使整個生產(chǎn)過程少走彎路,進(jìn)一步縮短交貨周期。

5.對大規(guī)模生產(chǎn)的適應(yīng)

提高材料利用率:對于大批量汽車生產(chǎn)來說,提高板料的利用率是模具設(shè)計的第一大事。只要把材料利用率提高幾個百分點(diǎn),模具的成本就可乎略不計了。如果一套模具40萬人民幣,只相當(dāng)于100噸鋼板的價格,以壽命50萬件計算,平均每件節(jié)約0.2Kg鋼板,就足可節(jié)約出這套模具費(fèi)用了。

減少沖壓工序:模具設(shè)計的趨勢是,零件的合并,左右對稱件合模,前后順序件合模等等,原來幾個件合成一個件,不同的件合在一套模,模具越來越大,單件工序大大減少,整車模具數(shù)量越來越少,這對降低沖壓的成本起關(guān)鍵作用。

沖壓自動化:為適應(yīng)沖壓線完全自動化,模具必須考慮機(jī)械手上下料,廢料的自動排出,氣動、自動和傳感裝置普遍采用等等。

模具的快速裝換:沖壓線的換模時間,也成為一個模具設(shè)計必須考慮的問題。如:拉延模完全以單動代替雙動,模具自動卡緊,換模不換氣頂桿等等。

6.模具材料的選用

不同整車廠對模具材料的選用都有不同的要求,目前一般的拉延模材料主要采用球墨鑄鐵而不是合金鑄鐵。球墨鑄鐵焊接性能、可加工性能好、耐磨性能和表面淬火硬度都比較理想,而成本比合金鑄鐵要低得多了。修邊刃口材料,選用型材鑲塊而不是符型的鑄鋼,主要是因?yàn)殍T鋼成本要高得多。大量采用基體與刃口一體化的特殊鑄鐵材料作修邊模,使模具的機(jī)加工成本大為降低。請注意這里的刃口既不堆焊,也不是鋼材,鑄鐵整體刃口只經(jīng)表面火焰淬火,直接用于幾十萬次壽命的薄板料修邊模。而且這種鑄件的成本還不高。

四、模具生產(chǎn)制造過程中的一些新特點(diǎn):

1.生產(chǎn)組織的并行;

目前在模具的生產(chǎn)組織中,并行工程運(yùn)用廣泛。一般在模具開發(fā)過程中的技術(shù)準(zhǔn)備、生產(chǎn)準(zhǔn)備、模具加工和調(diào)試各工序之間盡可能地實(shí)行并行,即生產(chǎn)準(zhǔn)備、加工工藝及數(shù)控程序設(shè)計并行。生產(chǎn)計劃一定要首先安排拉延、成型類模具,其次是翻邊整型類模具,然后是修邊沖孔類模具,最后是落料沖孔類模具,唯有這樣才能做到均衡生產(chǎn),提前給汽車廠提供樣件;

2.實(shí)型的數(shù)控加工

目前各模具制造廠家已基本都在使用實(shí)型制作工藝。實(shí)型的數(shù)控化加工生產(chǎn),就是通過對實(shí)體模型的工藝編輯(如:加工面貼加工余量,模型分層編輯等),再經(jīng)過數(shù)控編程,泡沫毛坯下料,數(shù)控加工,人工粘接和修整等幾道工序完成的。從而將實(shí)型的生產(chǎn)員工從手工制作轉(zhuǎn)變到大量的數(shù)控編程上來了,現(xiàn)場的簡單人工粘接和修整工作,由臨時工所充當(dāng)。實(shí)型的數(shù)控化生產(chǎn)直接提高了鑄件的精度,為后序的精細(xì)加工帶來極大的優(yōu)勢。

3.機(jī)械加工中粗精加工分開進(jìn)行

汽車模具企業(yè)的加工設(shè)備的突出特點(diǎn)為“多、大、精”。所謂“多”,是因?yàn)槠嚹＞呓Y(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工工序多,各工序都需要一定數(shù)量的加工設(shè)備。大型關(guān)鍵設(shè)備主要有三軸以上的數(shù)控銑床、研配壓床、試模壓力機(jī)、五軸數(shù)控激光切割機(jī)、三坐標(biāo)測量機(jī)等。所謂“大”,是因?yàn)楝F(xiàn)在汽車制造水平越來越高,車身裝焊工藝越來越簡單,沖壓件分塊越來越大,使得沖壓模具也越來越大,越來越復(fù)雜,因此開發(fā)模具的各種加工設(shè)備都很大,工作范圍一般在2000mm×4000mm以上。所謂“精“,模具加工設(shè)備必須具備精度高、功能多等特點(diǎn),如五軸聯(lián)動數(shù)控銑床及高速精密數(shù)控銑。

通過調(diào)整生產(chǎn)組織方式和加工流程能夠緩解企業(yè)的投資壓力,降低模具開發(fā)成本。采用粗加工和精加工分開進(jìn)行可滿足這一要求,粗加工在大陸或臺灣設(shè)備上進(jìn)行,精加工在歐美設(shè)備上進(jìn)行。大陸或臺灣的數(shù)控銑床的剛性好、價格低(為歐美設(shè)備價格的1/5~1/3)、滑枕尺寸大、主軸電機(jī)功率高、轉(zhuǎn)速低,用來粗加工。五軸聯(lián)動高速銑床主要從歐美進(jìn)口,具有設(shè)備投入大、主軸轉(zhuǎn)速高、進(jìn)給速度快、加工精度高等特點(diǎn),能夠滿足精細(xì)化加工要求,只用來精加工。一般由4臺粗加工設(shè)備和1臺精加工設(shè)備組成一個加工單元,即一個模具企業(yè)要達(dá)到合理的規(guī)模和一定的水平,數(shù)控銑床不應(yīng)小于5臺,根據(jù)數(shù)控銑床的加工能力來配置人員和其他設(shè)備。

4.精細(xì)化加工一次到位

精細(xì)化加工的目的是大大減少鉗工研修,一次加工到位,降低反復(fù)加工、后序彌補(bǔ)、人工修整及模具質(zhì)量對鉗工技藝的依賴等。如上下模刃口間隙直接加工到位,不用鉗工開間隙;沖孔凸/凹模直接安裝無需調(diào)試;拉延模型面的高光順性無接刀痕跡,減少研合;內(nèi)覆蓋件拉延模不用去刀痕,不推磨;凹圓角過切加工,不用清根等。通過精細(xì)化加工和采用高水平的標(biāo)準(zhǔn)件,再使零件的加工基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)一致,實(shí)現(xiàn)鉗工制造的只裝不配少修,即所謂的“直接裝配法”,是現(xiàn)代模具生產(chǎn)的管理方向。

實(shí)現(xiàn)精細(xì)化加工要從模具設(shè)計、數(shù)控編程和數(shù)控加工入手,如利用CAE技術(shù)進(jìn)行模具的精細(xì)化設(shè)計。拉延模針對進(jìn)料量不同而設(shè)計各種拉延筋,同一套模具不同部位的拉延筋截面不同,防回彈過拉延處理和最小壓料面設(shè)計等,可以大大減少型面加工、鉗修和試模工時。精細(xì)化加工主要體現(xiàn)在提高模具型面加工精度和加工到位程度方面,需要具備高剛度、高精度、高轉(zhuǎn)速的高速精密數(shù)控銑床和高速刀具,同時還要重視數(shù)控編程技術(shù)。其加工方法包括等高線加工、最大長度順向走刀加工(橫向步距達(dá)0.3mm)、采用30°傾斜角精加工(避免“零切削”)來提高模具的表面精度、采用凹圓角過切加工不用清根等。

5.表面處理

目前拉延模型面的表面處理,要求較高的采用電鍍,其它模,翻邊、修邊刃口鑲塊基本上采用火焰淬火。對厚板料長壽命的刃口材料,也采用特殊鋼材進(jìn)行火焰淬火。而先加工成型,后整體淬火的方法,由于淬火帶來的變形只能靠人工修整,已基本不使用。

6.先行供件

為進(jìn)一步縮短模具開發(fā)周期,在模具開發(fā)后期,目前模具制造廠一般在拉延、成型、翻邊整型類模具完成之后,都利用五軸數(shù)控激光切割機(jī)完成落料、修邊、沖孔等工序,先提供沖壓樣件給整車廠家,讓其進(jìn)行組裝螺釘車身、試裝車、可靠性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證設(shè)計、上汽車產(chǎn)品公告、調(diào)試裝焊線等,直至可以小批量試生產(chǎn),進(jìn)行市場開發(fā)。然后模具制造廠再可以利用這段時間完成修邊、沖孔、落料類模具的開發(fā),并將全部模具調(diào)整到商品化狀態(tài)。

五、小結(jié)

以上是我們目前在汽車模具生產(chǎn)中看到的或已經(jīng)在運(yùn)用的一些新的生產(chǎn)技術(shù)。好的模具應(yīng)該是設(shè)計出來的;模具也可以流水線生產(chǎn);高新技術(shù)應(yīng)用是模具制造技術(shù)發(fā)展的動力;國內(nèi)汽車模具業(yè)與世界先進(jìn)水平相比還有較大差距,只有通過我們共同的努力,縮短這種差距,才能為我國的模具工業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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