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沖壓工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)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(yīng)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(shè)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(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(shè)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(shè)計,、成型型面設(shè)計、修沖刃口設(shè)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)用取得了很大的進步，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,，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(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(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2年的努力,，CAE應(yīng)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(yù)測，今后幾年CAE技術(shù)在國內(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
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(shè)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(shè)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(yīng)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(shè)計應(yīng)用
當前國內(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)計中,，部分企業(yè)將三維實體設(shè)計應(yīng)用于部分模具的設(shè)計中,，只有極少數(shù)企業(yè)能夠做到100%的實體設(shè)計。應(yīng)該說實體設(shè)計取代二維CAD是發(fā)展的必然趨勢,。
實體設(shè)計最大的優(yōu)點是設(shè)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(shè)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(shè)計人員大量短缺的情況下,，新從事模具設(shè)計的人員從實體設(shè)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(shè)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(shè)計對生產(chǎn)全流程的影響
實體設(shè)計不但使設(shè)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(shè)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(shè)計時間。從這個意義上講,，實體設(shè)計優(yōu)于2D設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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）,。可見,，提高出粉率的潛力是非常大的,。
總之，把實體設(shè)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(shè)計僅面向設(shè)計,，最終還是以出2D圖為設(shè)計目的，實體設(shè)計的優(yōu)勢就將大打折扣,。
二,、提高實體設(shè)計效率
實體設(shè)計存在的最大問題是，在最初應(yīng)用時設(shè)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(yīng)用,、設(shè)計流程和方法等方面的培訓。
2,、搞好基礎(chǔ)開發(fā),。實體設(shè)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(shè)計不單純是設(shè)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(shè)計為設(shè)計本身帶來了麻煩,，但卻使制造更加容易,。我們應(yīng)以提高效率為出發(fā)點，將實體設(shè)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(yīng),，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(fù)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(fù)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(dǎo)軌還是滑動導(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(yīng)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(shè)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(shè)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(yīng)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(yīng)用已發(fā)展到一個新階段,。
當前應(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)起來無外乎是沖壓工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造技術(shù)等三個方面,，其所對應(yīng)的就是CAD/CAM/CAE技術(shù)的提高,。在汽車模具制造行業(yè)，計算機應(yīng)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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其實最早我搞模具的,。然后偷偷搞機械
