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沖壓工藝、結(jié)構(gòu)設計和制造技術(shù)是汽車模具生產(chǎn)技術(shù)的集中體現(xiàn)，這些技術(shù)的進步主要取決于CAD/CAM/CAE技術(shù)的提高,。在汽車模具制造行業(yè),，計算機應用技術(shù)和數(shù)控加工技術(shù)正越來越顯示出其核心技術(shù)的作用。
當前,，國內(nèi)的汽車模具產(chǎn)業(yè)面臨著前所未有的巨大生機和超速發(fā)展,。這種發(fā)展突出表現(xiàn)在以下幾個方面：首先是多元化的巨額投資。日資,、臺資,、歐美資等汽車模具企業(yè)大量涌現(xiàn)；民營,、上市,、國營改制汽車模具企業(yè)正在加緊擴建和追加投資，而且每一個企業(yè)的投資額都高達幾千萬到幾個億,；其次是汽車模具制造的關(guān)鍵加工設備——大型龍門數(shù)控加工中心成幾何級數(shù)增長，一個企業(yè)擁有10臺,、20臺或30臺這樣的設備已不足為怪,；再次是高素質(zhì)人才迅速向模具行業(yè)匯集；最后是汽車模具市場繁榮,，許多模具企業(yè)都出現(xiàn)供不應求的大好局面,。
投資、設備,、人才和市場幾個因素最終要依靠生產(chǎn)技術(shù)才能轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)力,。面對當前的新形勢，技術(shù)特別是關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展,，對汽車模具行業(yè)的發(fā)展具有深遠的意義,。
CAE技術(shù)
汽車模具設計制造的核心技術(shù)是沖壓工藝技術(shù)。沖壓工藝技術(shù)包括工序設計,、成型型面設計,、修沖刃口設計等等所有涉及產(chǎn)品成型部分的技術(shù)。因此,，沖壓技術(shù)水平?jīng)Q定了模具的設計制造水平,。
目前國內(nèi)模具制造水平同國際先進水平的最大差距就體現(xiàn)在沖壓工藝水平的差距上。以往我們的沖壓工藝技術(shù)主要靠人的經(jīng)驗,，隨著國內(nèi)高品質(zhì)的車身生產(chǎn)周期變短,，靠過去的經(jīng)驗來完成沖壓工藝已不可能。
一,、CAE軟件的成熟與應用
以有限元模擬分析軟件為代表的CAE技術(shù)在國際上的應用已有近30年的歷史,。近10年來,塑性變形理論在板料成型技術(shù)中的應用取得了很大的進步，使CAE技術(shù)在汽車模具制造中的應用變得非常成熟，將CAE應用于沖壓工藝設計,，可使試模時間減少50%以上,。目前，CAE技術(shù)已成為國外大型汽車和模具企業(yè)必不可少的工具,。CAE的廣泛應用,，應歸功于 CAE商業(yè)軟件的大力發(fā)展,其中代表性的軟件有：
● 美國Lawrence Livemore國家材料實驗室的LS-DYNA3D軟件；
● 法國ESI公司的PAM-STAMP軟件,；
● 法國DYNAMIC SOFTWARE公司的OPTRIS軟件,；
● 美國ETA公司的Dynaform軟件；
● 瑞士Autoform公司的Autoform軟件,。
這些軟件各有所長,，對板料成型分析都非常專業(yè)和實用。目前,，國內(nèi)一流的汽車模具公司都應用了CAE軟件,，并以 Autoform軟件的應用居多。天津汽車模具有限公司通過2年的努力,，CAE應用率已經(jīng)達到了100%,，明顯地縮短了模具調(diào)試周期。
如果說,，前幾年模具制造的尖端技術(shù)是CAD,，那么現(xiàn)在就是CAE�,？梢灶A測,，今后幾年CAE技術(shù)在國內(nèi)汽車模具廠中的應用，就象今天的CAD技術(shù)一樣普及,。
二,、輔助沖壓工藝設計
傳統(tǒng)CAE軟件只能做成型性分析，且需要專業(yè)人員做大量的前處理,，如果對分析結(jié)果不滿意,，還需從頭再來。由于傳統(tǒng)的CAE軟件只是一種驗證的手段,，主要用于方案的比較,，不能用于工藝的輔助，從而造成CAE技術(shù)長期游離于生產(chǎn)過程以外,。如今CAE軟件已發(fā)展成不僅能做單純的成型分析,，且能參與沖壓工藝的全過程。我們稱之為計算機輔助沖壓工藝,。
在工藝設計方面,，CAE具備了沖壓方向的自動或輔助確定,、快速生成拉延面、坯料尺寸的確定,、修邊線的展開等非常實用的功能,，并且精度遠遠高于憑人的經(jīng)驗或其他CAD方法所得到的結(jié)果。在分析方面,，針對沖壓成型,，使得確定沖裁角度、棱線偏移,、拉延沖擊滑痕,、面成型品質(zhì)、壓邊力,、成型力等各種分析得到完善,，分析內(nèi)容的廣泛性和實用性都早已超出了原來的CAE內(nèi)容。
目前,，CAE軟件已成為模具設計流程中必不可少的一部分,。它高度面向最終用戶，操作者既不需要很深的CAE知識,，也不需要過多的實際調(diào)試經(jīng)驗就可方便地使用它,。
在發(fā)達國家，CAE軟件分析結(jié)果的模擬符合性大于95%,，即使是最初應用，也可達到60～80%的準確率,。特別是在方案對比,、成型裕度分析、不可展翻邊展開等方面,，CAE的結(jié)果非常精確,。
當前，CAE技術(shù)發(fā)展的重點是回彈分析和工藝參數(shù)的自動優(yōu)化,，如果解決了這兩個難題,，將再次帶來革命性的進步。
實體設計應用
當前國內(nèi)汽車模具企業(yè)已將二維CAD廣泛應用于結(jié)構(gòu)設計中,，部分企業(yè)將三維實體設計應用于部分模具的設計中，只有極少數(shù)企業(yè)能夠做到100%的實體設計。應該說實體設計取代二維CAD是發(fā)展的必然趨勢,。
實體設計最大的優(yōu)點是設計過程非常直觀,，能對結(jié)構(gòu)進行詳細真實的描述，確保設計的合理性,，在模具靜態(tài)和動態(tài)干涉檢查,、模具強度分析等方面具有明顯的優(yōu)勢。特別是在當前經(jīng)驗豐富的設計人員大量短缺的情況下，新從事模具設計的人員從實體設計入門,，可經(jīng)過短期培訓,，3、 4個月以后就可以在別人的指點下較好地完成模具實體設計,。過去一個生手達到同樣水平,，至少要1～2年的時間。
一,、實體設計對生產(chǎn)全流程的影響
實體設計不但使設計方法發(fā)生了改變,，而且使生產(chǎn)全流程也發(fā)生巨大變化。
1,、無圖化生產(chǎn)
實體設計使企業(yè)走向無圖化生產(chǎn),。企業(yè)完全拋棄2D圖紙，可以節(jié)省2D圖出圖時間,，由此可減少大約25～40%的模具結(jié)構(gòu)設計時間,。從這個意義上講，實體設計優(yōu)于2D設計,。無圖化生產(chǎn)是建立在生產(chǎn)過程實現(xiàn)了全數(shù)字化的基礎(chǔ)之上的,，實體設計和數(shù)字化制造是互為必要條件但并不是互為充分條件。實體設計可以催生無圖化生產(chǎn),，無圖化生產(chǎn)反過來才能充分體現(xiàn)實體設計的優(yōu)勢,。無圖化生產(chǎn)能全面提高汽車模具的制造水平和生產(chǎn)效率，是今后一段時間通過CAD/CAM兩種技術(shù)互動,，取得技術(shù)新突破的關(guān)鍵,。
2、實型數(shù)控加工
實體設計可直接支持泡沫型的數(shù)控加工,，取消傳統(tǒng)泡沫實型的手工制作,，能大大縮短制造周期和提高制造精度。
3,、全數(shù)控化加工
實體設計直接支持模具構(gòu)造面的NC 程序化加工,。盡管大多數(shù)企業(yè)采用數(shù)控機床加工模具構(gòu)造面，但仍然沒有脫離人工識圖和手動操作,，現(xiàn)場識圖所浪費的時間以及人工操作的不連續(xù)性等,，致使加工效率大大下降、人為失誤大大增加,。一般由人工操作加工模具構(gòu)造面時,，出粉率很難超過40%，而采用NC程序化加工模具的構(gòu)造面,，可以將機床的出粉率提高20%～50%（出粉率=機床實際切削加工時間/機床總工時）,�,？梢姡岣叱龇勐实臐摿κ欠浅４蟮�,。
總之,，把實體設計的結(jié)果直接向后續(xù)工序傳遞，能使各個工序的效率都得到提高,。反之,，如果實體設計僅面向設計，最終還是以出2D圖為設計目的,，實體設計的優(yōu)勢就將大打折扣,。
二、提高實體設計效率
實體設計存在的最大問題是,，在最初應用時設計效率不高,。要解決這個問題，可采取以下措施：
1,、強化人員培訓,。人員培訓的內(nèi)容包括軟件應用、設計流程和方法等方面的培訓,。
2,、搞好基礎(chǔ)開發(fā)。實體設計需要積累,，需要開發(fā)一系列的實體標準件和實體樣板模具,，以便能自動生成局部構(gòu)造的小工具等。
3,、改變觀念,。實體設計不單純是設計方式的變化，更重要的是它實現(xiàn)了后序加工和制造的數(shù)字化,，也就是無圖化生產(chǎn),。即使實體設計為設計本身帶來了麻煩,，但卻使制造更加容易,。我們應以提高效率為出發(fā)點，將實體設計看作是非常必要和必須堅持的事情,。
模具加工技術(shù)的發(fā)展
模具加工技術(shù)的發(fā)展就是數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展,。數(shù)控加工由單純型面加工發(fā)展到全面數(shù)控加工；由模具加工發(fā)展到實型數(shù)控加工,；由低速加工發(fā)展到高速高精度加工,；由以人工操作按圖加工發(fā)展到無圖、少人或無人化加工,。當前重點發(fā)展的加工技術(shù)主要包括：
● 實型數(shù)控加工,；
● 高速高精度加工,；
● 鑲塊鑄件化與高效加工；
● 全數(shù)控化加工,；
● 少人無人化加工,；
● 鉗工制造的只裝不配少修。
實型數(shù)控加工和全數(shù)控化加工技術(shù)已在前文中論述過,，這里就其他技術(shù)進行簡述,。
一、高速高精度加工
目前高速高精度加工已被國際先進企業(yè)普遍采用,，國內(nèi)也正在逐步普及并走向成熟,。高速加工的目的，不單純是為了提高加工效率,，更重要的是通過高速實現(xiàn)小步距,、低殘留的高精度加工。
1,、高速加工的現(xiàn)狀
目前大家普遍認為：機床轉(zhuǎn)速達6000r/min為準高速加工,，達8000～10000r/min以上為高速加工。實際上,，只有選用高剛度的卡頭和刀體,、高精度高耐磨的刀具，并保持轉(zhuǎn)速與走刀速度相適應,，才可能實現(xiàn)真正的高速加工,。汽車模具型面的加工屬于高度復雜的自由曲面加工，能不能實現(xiàn)高速加工,，更重要的是取決于數(shù)控機床曲面加工的動態(tài)精度,，而不是取決于一般機床產(chǎn)品樣本中所說的靜態(tài)精度。但遺憾的是,，機床復雜曲面加工的動態(tài)精度還沒有一個統(tǒng)一的標準可供參考,。一臺適用于汽車模具的高速數(shù)控銑，必須同時具備高剛度,、高精度,、高轉(zhuǎn)速、優(yōu)良的動態(tài)性能,、高速下的連續(xù)工作時間等綜合性能,。而這些性能則取決于機床的結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)的性能,、所選用的特殊軟件程序,、床身是鑄件還是焊接鋼板？主軸是滑枕還是圓套桶,？是線形導軌還是滑動導軌,？主軸是否有冷卻,？半閉環(huán)還是全閉環(huán)控制？是否采用光柵尺等因素,。如果只憑廠家介紹的機床主軸轉(zhuǎn)速高或是平面直線進給速度高,，是不可能實現(xiàn)模具型面高速加工的。
目前,，歐美的部分汽車模具企業(yè)采用了真正的轉(zhuǎn)速高于15000r/min和實際進給速度達到10m/min的高速加工,，而日本企業(yè)基本上還是停留在準高速加工階段，不管轉(zhuǎn)速如何,，實際曲面加工進給速度很難突破6m/min,。從實際使用情況來看，如果達到了真正的高速,，刀具的費用,、機床的價格和機床的維護費用等都是目前我們國內(nèi)模具成本難以接受的。像30000r/min,、60m/min這樣的高速加工中心,，都屬于中小型機床，只適用于注塑模的型腔加工,。
2,、高速高精度加工編程
曲面的實際加工速度和精度的高低，除了由機床的性能決定以外,，在一定條件下,，更取決于加工工藝和數(shù)控編程技術(shù)。我們應重視并研究數(shù)控編程技術(shù)對加工精度和效率的影響,。例如：刀具即時進給速度和刀具軌跡的曲率半徑直接相關(guān),，當曲面變化非常大時，不管設定的F值多大,，實際平均走刀速度都會非常低,。而且如果F值設置過大，會出現(xiàn)過切和抹角現(xiàn)象,，嚴重降低型面精度,。
傳統(tǒng)的仿型加工為了保證楞線清晰，一般采用垂直楞線加工,。用這種方法,，編程簡單但實際加工速度變化極大,，嚴重影響了加工效率�,，F(xiàn)在大部分編程方法是對整個型面作45°加工，優(yōu)點是編程簡單,，可以保證大部分楞線清晰,，但加工效率仍然不高,。
高速高精度加工編程的方法和應注意的問題很多，簡單列舉如下：
● 根據(jù)曲面幾何特點來分塊編程和加工,；
● 加工方向選用順楞線,，大曲率方向走刀，減少拐彎引起的減速,；
● 加工線速度與進給速度相配合,，盡量保持實際切削量不變；
● 大斜率曲面加工,，行間距在曲面切線方向上保持等距,；
● 根據(jù)曲面的部位改變行間距，如：凸圓角行距加密,、凹圓角清虧等,；
● 合理安排加工分塊的順序，避免因刀具磨損造成的型面斷差,。
總之,，高速高精度加工的NC編程比普通加工麻煩得多，只有投入大量的編程工時和編程人員才有可能完成編程工作,，但這種投入會因為加工效率和精度的提高而得到成倍的回報,。
3、高精度加工的目標
高精度加工的目標就是最大程度地減少鉗修,。比如：上下模刃口間隙直接加工到位,；沖孔凸凹模直接安裝無需調(diào)試；拉延模曲面很高的光順性,、無接刀痕跡,；凸楞的較高光潔度和凹角無干涉等等。
4,、粗加工高速化
傳統(tǒng)的粗加工一般通過深切削,、低轉(zhuǎn)速、低進給而一次加工完成,。隨著機床加工速度的提高,，機床的加工性能已經(jīng)發(fā)生了改變。數(shù)控機床在低轉(zhuǎn)速,、低進給條件下的加工扭力很大,，而總的功率卻很低，機床效率發(fā)揮不出來,。為提高加工效率,，現(xiàn)在粗加工的發(fā)展趨勢是中轉(zhuǎn)速、中吃深,、高進給,、多層加工完成,。雖然加工的層數(shù)增加了，但由于機床功率實現(xiàn)了最大化,，一般可使加工效率提高30%以上,。粗加工高速化的工藝方法，特別適應了粗精一體化加工機床的特點,，不失為一種值得推廣借鑒的新技術(shù),。
二、鑲塊鑄件化與高效加工
鑲塊的加工在模具總的加工量中占很大比重,，有效降低這部分工時意義很大,。最好的加工辦法是少切削和無切削，目前發(fā)展的重點就是鑲塊的鑄件化和通過合理設計來最大程度地減少加工面,。
三,、少人無人化加工
隨著模具加工的程序化、機床加工的中心化,，少人和無人化加工是一種必然的發(fā)展趨勢,。無人化加工可以最大程度地降低人工成本和人為錯誤，并能實現(xiàn)24小時的連續(xù)生產(chǎn),。在目前勞動保護條件越來越高,、節(jié)假日越來越多的情況下，少人和無人化加工技術(shù)成為一種天然的選擇,。
無人化可以從少人化,、從精加工、或從拉大兩班之間的時間等等最容易實現(xiàn)的方面開始實行,。無人化應緊緊圍繞提高機床利用率,、降低失誤率來發(fā)展。
四,、鉗工制造的只裝不配少修
提高機械加工水平的一個主要目的和重要表現(xiàn)就是做到鉗工制造的只裝不配少修,。消滅鉗工是國外一些模具企業(yè)提出的理想和口號，它集中地代表了模具制造技術(shù)的發(fā)展方向：通過CAD技術(shù)的提高而實現(xiàn)全數(shù)字化制造和少人無人化加工,；通過CAM技術(shù)的提高而實現(xiàn)裝配,、研合、推磨等鉗工作業(yè)的高效,；通過CAE技術(shù)的提高而實現(xiàn)模具調(diào)試一發(fā)成功,。汽車模具制造技術(shù)依靠計算機等高新技術(shù)的應用已發(fā)展到一個新階段。
當前應該重視和發(fā)展的技術(shù)因企業(yè)不同而不同,，但總結(jié)起來無外乎是沖壓工藝,、結(jié)構(gòu)設計和制造技術(shù)等三個方面，其所對應的就是CAD/CAM/CAE技術(shù)的提高。在汽車模具制造行業(yè),，計算機應用技術(shù)和數(shù)控加工技術(shù)正越來越顯示出其核心技術(shù)的作用。
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發(fā)表于 2005-11-22 09:53:55
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