汽車模具制造

2017-02-25 by:CAE仿真在線來源:互聯網

一、概述

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

二、現代汽車模具制造基本流程

由于各個模具生產企業具體情況的不一樣,以及承接到的業務的不同,各家企業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流程基本如下:沖壓工藝 → 模具設計 → NC編程 → 實型制作 → 鑄造 → 機械加工 → 鉗工裝配 → 模具調試;

三、模具生產技術準備階段新做法

1.充分利用整車廠資源

為縮短模具的開發周期,目前在模具生產的技術準備階段,整車制造廠家一般都提供其整車或零件的設計版數模供模具制造廠家進行模具開發方案的策劃、制定開發預算、計劃和沖壓工藝方案、開展DL圖設計、進行拉延模初步設計和鑄造實型加工等工作。

2.專業分工與經驗積累的充分運用

現在汽車換型周期越來越短,按一年平均更換15個當量的車型計算,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,所以一個模具企業想什么模具都干是不現實的,只有向只做幾種件(只干車身內外覆蓋件或者地板、甚至只做側圍、翼子板、頂蓋等有限的幾種外覆蓋件)更專業方向發展才能找到自己生存發展的空間。通過不段做自己熟悉的產品,才能不段提高技術加快速度;

同時模具設計技術都特別強調經驗積累,利用資料的統一管理、設計標準、規范的經常性增改等辦法,使公司在設計相同或相似的零件的模具時做的更好更快。經驗積累機制是不斷提高模面設計的主要手段。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,鉗工只負責安裝,在初次試模時也不能隨便修調模具,調試模具有模面設計人員在場,初次試模缺陷需要記錄下來。最后的休整結果,像拉延筋、拉延圓角變動、對稱件的不對稱現象等,還要進行現場測量。這些資料的積累、整理、分析、存檔,都是模面設計的經驗積累,并隨時加入到下一次的設計中去,借助于這種自我完善的經驗積累機制,模具的設計越來越精細,越來越準確。

3.標準化

模具設計時盡量使用整車廠提供的或公司自己的模具設計標準數據庫,包括單獨零件的標準零件、含有裝配結構的標準部件、模架結構數據庫及典型模具結構數據庫,供技術人員設計模具時調用拷貝,提高設計效率和模具標準件使用率,實現模具結構的規范化、系列化和標準化。全面推廣使用模具標準件,包括中小模具模架、沖切裝置、導向裝置、限位裝置、定位裝置、壓退料裝置、斜楔側沖裝置、氣動裝置和氮氣彈簧、彈簧回程裝置等對縮短交貨周期、穩定模具質量能起至關重要的作用。

4.成型模擬技術的運用

目前在模具技術中應用有限元法做計算機模擬成型分析運用的越來越廣泛。主要應用的解算軟件有AUTOFORM、dyna3D等,通過模擬能使整個生產過程少走彎路,進一步縮短交貨周期。

5.對大規模生產的適應

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

減少沖壓工序:模具設計的趨勢是,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,整車模具數量越來越少,這對降低沖壓的成本起關鍵作用。

沖壓自動化:為適應沖壓線完全自動化,模具必須考慮機械手上下料,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,主要是因為鑄鋼成本要高得多。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、模具生產制造過程中的一些新特點:

1.生產組織的并行;

目前在模具的生產組織中,并行工程運用廣泛。一般在模具開發過程中的技術準備、生產準備、模具加工和調試各工序之間盡可能地實行并行,即生產準備、加工工藝及數控程序設計并行。生產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,提前給汽車廠提供樣件;

2.實型的數控加工

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

3.機械加工中粗精加工分開進行

汽車模具企業的加工設備的突出特點為“多、大、精”。所謂“多”,是因為汽車模具結構復雜,加工工序多,各工序都需要一定數量的加工設備。大型關鍵設備主要有三軸以上的數控銑床、研配壓床、試模壓力機、五軸數控激光切割機、三坐標測量機等。所謂“大”,是因為現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,越來越復雜,因此開發模具的各種加工設備都很大,工作范圍一般在2000mm×4000mm以上。所謂“精“,模具加工設備必須具備精度高、功能多等特點,如五軸聯動數控銑床及高速精密數控銑。

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

4.精細化加工一次到位

精細化加工的目的是大大減少鉗工研修,一次加工到位,降低反復加工、后序彌補、人工修整及模具質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試;拉延模型面的高光順性無接刀痕跡,減少研合;內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。通過精細化加工和采用高水平的標準件,再使零件的加工基準和裝配基準一致,實現鉗工制造的只裝不配少修,即所謂的“直接裝配法”,是現代模具生產的管理方向。

實現精細化加工要從模具設計、數控編程和數控加工入手,如利用CAE技術進行模具的精細化設計。拉延模針對進料量不同而設計各種拉延筋,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計等,可以大大減少型面加工、鉗修和試模工時。精細化加工主要體現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、高轉速的高速精密數控銑床和高速刀具,同時還要重視數控編程技術。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

為進一步縮短模具開發周期,在模具開發后期,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,都利用五軸數控激光切割機完成落料、修邊、沖孔等工序,先提供沖壓樣件給整車廠家,讓其進行組裝螺釘車身、試裝車、可靠性實驗、驗證設計、上汽車產品公告、調試裝焊線等,直至可以小批量試生產,進行市場開發。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,并將全部模具調整到商品化狀態。

五、小結

以上是我們目前在汽車模具生產中看到的或已經在運用的一些新的生產技術。好的模具應該是設計出來的;模具也可以流水線生產;高新技術應用是模具制造技術發展的動力;國內汽車模具業與世界先進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做出應有的貢獻。

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