汽車模具生產(chǎn)技術(shù)趨勢(shì)

老鷹

    沖壓工藝,、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jìn)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(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和數(shù)控加工技術(shù)正越來(lái)越顯示出其核心技術(shù)的作用,。

    當(dāng)前,，國(guó)內(nèi)的汽車模具產(chǎn)業(yè)面臨著前所未有的巨大生機(jī)和超速發(fā)展,。這種發(fā)展突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先是多元化的巨額投資,。日資、臺(tái)資,、歐美資等汽車模具企業(yè)大量涌現(xiàn),；民營(yíng)、上市,、國(guó)營(yíng)改制汽車模具企業(yè)正在加緊擴(kuò)建和追加投資,，而且每一個(gè)企業(yè)的投資額都高達(dá)幾千萬(wàn)到幾個(gè)億；其次是汽車模具制造的關(guān)鍵加工設(shè)備——大型龍門數(shù)控加工中心成幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng),，一個(gè)企業(yè)擁有10臺(tái),、20臺(tái)或30臺(tái)這樣的設(shè)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(chǎng)繁榮,，許多模具企業(yè)都出現(xiàn)供不應(yīng)求的大好局面。
投資,、設(shè)備,、人才和市場(chǎng)幾個(gè)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(duì)當(dāng)前的新形勢(shì)，技術(shù)特別是關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展,，對(duì)汽車模具行業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義,。

    CAE技術(shù)
    汽車模具設(shè)計(jì)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(shè)計(jì),、成型型面設(shè)計(jì),、修沖刃口設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)制造水平,。
目前國(guó)內(nèi)模具制造水平同國(guó)際先進(jìn)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(yàn),，隨著國(guó)內(nèi)高品質(zhì)的車身生產(chǎn)周期變短,，靠過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成沖壓工藝已不可能。
    一,、CAE軟件的成熟與應(yīng)用
    以有限元模擬分析軟件為代表的CAE技術(shù)在國(guó)際上的應(yīng)用已有近30年的歷史,。近10年來(lái),塑性變形理論在板料成型技術(shù)中的應(yīng)用取得了很大的進(jìn)步，使CAE技術(shù)在汽車模具制造中的應(yīng)用變得非常成熟,，將CAE應(yīng)用于沖壓工藝設(shè)計(jì),，可使試模時(shí)間減少50%以上。目前,，CAE技術(shù)已成為國(guó)外大型汽車和模具企業(yè)必不可少的工具,。CAE的廣泛應(yīng)用，應(yīng)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(guó)Lawrence Livemore國(guó)家材料實(shí)驗(yàn)室的LS-DYNA3D軟件,；
    ● 法國(guó)ESI公司的PAM-STAMP軟件,；
    ● 法國(guó)DYNAMIC SOFTWARE公司的OPTRIS軟件；
    ● 美國(guó)ETA公司的Dynaform軟件,；
    ● 瑞士Autoform公司的Autoform軟件,。
    這些軟件各有所長(zhǎng)，對(duì)板料成型分析都非常專業(yè)和實(shí)用,。目前,，國(guó)內(nèi)一流的汽車模具公司都應(yīng)用了CAE軟件，并以 Autoform軟件的應(yīng)用居多,。天津汽車模具有限公司通過(guò)2年的努力,，CAE應(yīng)用率已經(jīng)達(dá)到了100%，明顯地縮短了模具調(diào)試周期,。
如果說(shuō),，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(yù)測(cè),，今后幾年CAE技術(shù)在國(guó)內(nèi)汽車模具廠中的應(yīng)用，就象今天的CAD技術(shù)一樣普及,。
    二,、輔助沖壓工藝設(shè)計(jì)
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(duì)分析結(jié)果不滿意,，還需從頭再來(lái)。由于傳統(tǒng)的CAE軟件只是一種驗(yàn)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(zhǎng)期游離于生產(chǎn)過(guò)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(guò)程。我們稱之為計(jì)算機(jī)輔助沖壓工藝,。
    在工藝設(shè)計(jì)方面,，CAE具備了沖壓方向的自動(dòng)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(kāi)等非常實(shí)用的功能，并且精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于憑人的經(jīng)驗(yàn)或其他CAD方法所得到的結(jié)果,。在分析方面,，針對(duì)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(shí)用性都早已超出了原來(lái)的CAE內(nèi)容,。
    目前，CAE軟件已成為模具設(shè)計(jì)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(shí)，也不需要過(guò)多的實(shí)際調(diào)試經(jīng)驗(yàn)就可方便地使用它,。
    在發(fā)達(dá)國(guó)家,，CAE軟件分析結(jié)果的模擬符合性大于95%，即使是最初應(yīng)用,，也可達(dá)到60～80%的準(zhǔn)確率,。特別是在方案對(duì)比,、成型裕度分析、不可展翻邊展開(kāi)等方面,，CAE的結(jié)果非常精確,。
當(dāng)前，CAE技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)是回彈分析和工藝參數(shù)的自動(dòng)優(yōu)化,，如果解決了這兩個(gè)難題,，將再次帶來(lái)革命性的進(jìn)步。

    實(shí)體設(shè)計(jì)應(yīng)用
    當(dāng)前國(guó)內(nèi)汽車模具企業(yè)已將二維CAD廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,，部分企業(yè)將三維實(shí)體設(shè)計(jì)應(yīng)用于部分模具的設(shè)計(jì)中,，只有極少數(shù)企業(yè)能夠做到100%的實(shí)體設(shè)計(jì)。應(yīng)該說(shuō)實(shí)體設(shè)計(jì)取代二維CAD是發(fā)展的必然趨勢(shì),。
實(shí)體設(shè)計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)過(guò)程非常直觀,，能對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)真實(shí)的描述，確保設(shè)計(jì)的合理性,，在模具靜態(tài)和動(dòng)態(tài)干涉檢查,、模具強(qiáng)度分析等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。特別是在當(dāng)前經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員大量短缺的情況下,，新從事模具設(shè)計(jì)的人員從實(shí)體設(shè)計(jì)入門,，可經(jīng)過(guò)短期培訓(xùn)，3,、 4個(gè)月以后就可以在別人的指點(diǎn)下較好地完成模具實(shí)體設(shè)計(jì),。過(guò)去一個(gè)生手達(dá)到同樣水平，至少要1～2年的時(shí)間,。
    一,、實(shí)體設(shè)計(jì)對(duì)生產(chǎn)全流程的影響
    實(shí)體設(shè)計(jì)不但使設(shè)計(jì)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(wú)圖化生產(chǎn)
    實(shí)體設(shè)計(jì)使企業(yè)走向無(wú)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(shí)間,，由此可減少大約25～40%的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)間。從這個(gè)意義上講,，實(shí)體設(shè)計(jì)優(yōu)于2D設(shè)計(jì),。無(wú)圖化生產(chǎn)是建立在生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化的基礎(chǔ)之上的，實(shí)體設(shè)計(jì)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(shí)體設(shè)計(jì)可以催生無(wú)圖化生產(chǎn),，無(wú)圖化生產(chǎn)反過(guò)來(lái)才能充分體現(xiàn)實(shí)體設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。無(wú)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(shí)間通過(guò)CAD/CAM兩種技術(shù)互動(dòng),，取得技術(shù)新突破的關(guān)鍵,。
    2、實(shí)型數(shù)控加工
    實(shí)體設(shè)計(jì)可直接支持泡沫型的數(shù)控加工,，取消傳統(tǒng)泡沫實(shí)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(shí)體設(shè)計(jì)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(jī)床加工模具構(gòu)造面，但仍然沒(méi)有脫離人工識(shí)圖和手動(dòng)操作,，現(xiàn)場(chǎng)識(shí)圖所浪費(fèi)的時(shí)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(shí),，出粉率很難超過(guò)40%，而采用NC程序化加工模具的構(gòu)造面,，可以將機(jī)床的出粉率提高20%～50%（出粉率=機(jī)床實(shí)際切削加工時(shí)間/機(jī)床總工時(shí)）,。可見(jiàn),，提高出粉率的潛力是非常大的,。
    總之，把實(shí)體設(shè)計(jì)的結(jié)果直接向后續(xù)工序傳遞,，能使各個(gè)工序的效率都得到提高,。反之，如果實(shí)體設(shè)計(jì)僅面向設(shè)計(jì),，最終還是以出2D圖為設(shè)計(jì)目的,，實(shí)體設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)就將大打折扣。
    二,、提高實(shí)體設(shè)計(jì)效率
實(shí)體設(shè)計(jì)存在的最大問(wèn)題是,，在最初應(yīng)用時(shí)設(shè)計(jì)效率不高。要解決這個(gè)問(wèn)題,，可采取以下措施：
    1、強(qiáng)化人員培訓(xùn),。人員培訓(xùn)的內(nèi)容包括軟件應(yīng)用,、設(shè)計(jì)流程和方法等方面的培訓(xùn)。
    2,、搞好基礎(chǔ)開(kāi)發(fā),。實(shí)體設(shè)計(jì)需要積累，需要開(kāi)發(fā)一系列的實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)件和實(shí)體樣板模具,，以便能自動(dòng)生成局部構(gòu)造的小工具等,。
    3,、改變觀念。實(shí)體設(shè)計(jì)不單純是設(shè)計(jì)方式的變化,，更重要的是它實(shí)現(xiàn)了后序加工和制造的數(shù)字化,，也就是無(wú)圖化生產(chǎn)。即使實(shí)體設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)本身帶來(lái)了麻煩,，但卻使制造更加容易,。我們應(yīng)以提高效率為出發(fā)點(diǎn)，將實(shí)體設(shè)計(jì)看作是非常必要和必須堅(jiān)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(shí)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(wú)圖、少人或無(wú)人化加工,。當(dāng)前重點(diǎn)發(fā)展的加工技術(shù)主要包括：
    ● 實(shí)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(wú)人化加工；
    ● 鉗工制造的只裝不配少修,。
    實(shí)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(guò),，這里就其他技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)述。 
    一,、高速高精度加工
    目前高速高精度加工已被國(guó)際先進(jìn)企業(yè)普遍采用,，國(guó)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(guò)高速實(shí)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(rèn)為：機(jī)床轉(zhuǎn)速達(dá)6000r/min為準(zhǔn)高速加工，達(dá)8000～10000r/min以上為高速加工,。實(shí)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(yīng),，才可能實(shí)現(xiàn)真正的高速加工。汽車模具型面的加工屬于高度復(fù)雜的自由曲面加工,，能不能實(shí)現(xiàn)高速加工,，更重要的是取決于數(shù)控機(jī)床曲面加工的動(dòng)態(tài)精度,，而不是取決于一般機(jī)床產(chǎn)品樣本中所說(shuō)的靜態(tài)精度。但遺憾的是,，機(jī)床復(fù)雜曲面加工的動(dòng)態(tài)精度還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可供參考,。一臺(tái)適用于汽車模具的高速數(shù)控銑，必須同時(shí)具備高剛度,、高精度,、高轉(zhuǎn)速、優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能,、高速下的連續(xù)工作時(shí)間等綜合性能,。而這些性能則取決于機(jī)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(dǎo)軌還是滑動(dòng)導(dǎo)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(jī)床主軸轉(zhuǎn)速高或是平面直線進(jìn)給速度高，是不可能實(shí)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(shí)際進(jìn)給速度達(dá)到10m/min的高速加工，而日本企業(yè)基本上還是停留在準(zhǔn)高速加工階段,，不管轉(zhuǎn)速如何,，實(shí)際曲面加工進(jìn)給速度很難突破6m/min。從實(shí)際使用情況來(lái)看,，如果達(dá)到了真正的高速,，刀具的費(fèi)用、機(jī)床的價(jià)格和機(jī)床的維護(hù)費(fèi)用等都是目前我們國(guó)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(jī)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(shí)際加工速度和精度的高低,，除了由機(jī)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(yīng)重視并研究數(shù)控編程技術(shù)對(duì)加工精度和效率的影響,。例如：刀具即時(shí)進(jìn)給速度和刀具軌跡的曲率半徑直接相關(guān)，當(dāng)曲面變化非常大時(shí),，不管設(shè)定的F值多大,，實(shí)際平均走刀速度都會(huì)非常低。而且如果F值設(shè)置過(guò)大,，會(huì)出現(xiàn)過(guò)切和抹角現(xiàn)象,，嚴(yán)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(jiǎn)單但實(shí)際加工速度變化極大,，嚴(yán)重影響了加工效率�,，F(xiàn)在大部分編程方法是對(duì)整個(gè)型面作45°加工，優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)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(yīng)注意的問(wèn)題很多,，簡(jiǎn)單列舉如下：
    ● 根據(jù)曲面幾何特點(diǎn)來(lái)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(jìn)給速度相配合，盡量保持實(shí)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(shí)和編程人員才有可能完成編程工作,，但這種投入會(huì)因?yàn)榧庸ば�率和精度的提高而得到成倍的回�?bào)。
    3,、高精度加工的目標(biāo)
高精度加工的目標(biāo)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(wú)需調(diào)試；拉延模曲面很高的光順性,、無(wú)接刀痕跡,；凸楞的較高光潔度和凹角無(wú)干涉等等。
    4,、粗加工高速化
    傳統(tǒng)的粗加工一般通過(guò)深切削,、低轉(zhuǎn)速、低進(jìn)給而一次加工完成,。隨著機(jī)床加工速度的提高,，機(jī)床的加工性能已經(jīng)發(fā)生了改變。數(shù)控機(jī)床在低轉(zhuǎn)速,、低進(jìn)給條件下的加工扭力很大,，而總的功率卻很低，機(jī)床效率發(fā)揮不出來(lái),。為提高加工效率,，現(xiàn)在粗加工的發(fā)展趨勢(shì)是中轉(zhuǎn)速、中吃深,、高進(jìn)給,、多層加工完成。雖然加工的層數(shù)增加了,，但由于機(jī)床功率實(shí)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(yīng)了粗精一體化加工機(jī)床的特點(diǎn),，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(shí)意義很大。最好的加工辦法是少切削和無(wú)切削,，目前發(fā)展的重點(diǎn)就是鑲塊的鑄件化和通過(guò)合理設(shè)計(jì)來(lái)最大程度地減少加工面,。
    三、少人無(wú)人化加工
    隨著模具加工的程序化,、機(jī)床加工的中心化,，少人和無(wú)人化加工是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。無(wú)人化加工可以最大程度地降低人工成本和人為錯(cuò)誤,，并能實(shí)現(xiàn)24小時(shí)的連續(xù)生產(chǎn),。在目前勞動(dòng)保護(hù)條件越來(lái)越高、節(jié)假日越來(lái)越多的情況下,，少人和無(wú)人化加工技術(shù)成為一種天然的選擇,。
無(wú)人化可以從少人化,、從精加工、或從拉大兩班之間的時(shí)間等等最容易實(shí)現(xiàn)的方面開(kāi)始實(shí)行,。無(wú)人化應(yīng)緊緊圍繞提高機(jī)床利用率,、降低失誤率來(lái)發(fā)展。
    四,、鉗工制造的只裝不配少修
    提高機(jī)械加工水平的一個(gè)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(guó)外一些模具企業(yè)提出的理想和口號(hào),，它集中地代表了模具制造技術(shù)的發(fā)展方向：通過(guò)CAD技術(shù)的提高而實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化制造和少人無(wú)人化加工,；通過(guò)CAM技術(shù)的提高而實(shí)現(xiàn)裝配、研合,、推磨等鉗工作業(yè)的高效,；通過(guò)CAE技術(shù)的提高而實(shí)現(xiàn)模具調(diào)試一發(fā)成功。汽車模具制造技術(shù)依靠計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)的應(yīng)用已發(fā)展到一個(gè)新階段,。
當(dāng)前應(yīng)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(lái)無(wú)外乎是沖壓工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)等三個(gè)方面,，其所對(duì)應(yīng)的就是CAD/CAM/CAE技術(shù)的提高,。在汽車模具制造行業(yè)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和數(shù)控加工技術(shù)正越來(lái)越顯示出其核心技術(shù)的作用,。

wzw_1016

頂

登徒弟

現(xiàn)在好象還未達(dá)到這個(gè)目標(biāo)誒
不過(guò)也快了
祖國(guó)是強(qiáng)大的

國(guó)際化

不敢恭維,，模具中國(guó)落后的更多。 其實(shí)最早我搞模具的,。然后偷偷搞機(jī)械

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中國(guó)不是模具落后,是材料學(xué)和熱處理落后
* @0 Q& j0 J: |0 O2 S$ P% m安我知道的,差距不少于30年.
尖端的熱處理技術(shù)中國(guó)完全是0