汽车模具制造

2017-02-25 by:CAE仿真在线来源:互联网

一、概述

近年来,我国汽车工业的快速发展极大地带动了汽车模具行业的发展。由于汽车模具是技术型产品和典型的定制产品,尤其是汽车覆盖件模具的技术含量非常高。如何提高生产效率、缩短开发周期、提高模具技术水平、降低生产成本一直是模具企业面临的难题。

二、现代汽车模具制造基本流程

由于各个模具生产企业具体情况的不一样,以及承接到的业务的不同,各家企业汽车模具制造的具体流程不尽相同;但目前汽车模具制造的基础流程基本如下:冲压工艺 → 模具设计 → NC编程 → 实型制作 → 铸造 → 机械加工 → 钳工装配 → 模具调试;

三、模具生产技术准备阶段新做法

1.充分利用整车厂资源

为缩短模具的开发周期,目前在模具生产的技术准备阶段,整车制造厂家一般都提供其整车或零件的设计版数模供模具制造厂家进行模具开发方案的策划、制定开发预算、计划和冲压工艺方案、开展DL图设计、进行拉延模初步设计和铸造实型加工等工作。

2.专业分工与经验积累的充分运用

现在汽车换型周期越来越短,按一年平均更换15个当量的车型计算,一个车型平均约需大中型覆盖件模具260套,平均每套模具约需2400个工时,一年需要有936万个工时的制造能力,所以一个模具企业想什么模具都干是不现实的,只有向只做几种件(只干车身内外覆盖件或者地板、甚至只做侧围、翼子板、顶盖等有限的几种外覆盖件)更专业方向发展才能找到自己生存发展的空间。通过不段做自己熟悉的产品,才能不段提高技术加快速度;

同时模具设计技术都特别强调经验积累,利用资料的统一管理、设计标准、规范的经常性增改等办法,使公司在设计相同或相似的零件的模具时做的更好更快。经验积累机制是不断提高模面设计的主要手段。比如:模具加工完成之后,一般模具型面不用研合,刃口不必对间隙,钳工只负责安装,在初次试模时也不能随便修调模具,调试模具有模面设计人员在场,初次试模缺陷需要记录下来。最后的休整结果,像拉延筋、拉延圆角变动、对称件的不对称现象等,还要进行现场测量。这些资料的积累、整理、分析、存档,都是模面设计的经验积累,并随时加入到下一次的设计中去,借助于这种自我完善的经验积累机制,模具的设计越来越精细,越来越准确。

3.标准化

模具设计时尽量使用整车厂提供的或公司自己的模具设计标准数据库,包括单独零件的标准零件、含有装配结构的标准部件、模架结构数据库及典型模具结构数据库,供技术人员设计模具时调用拷贝,提高设计效率和模具标准件使用率,实现模具结构的规范化、系列化和标准化。全面推广使用模具标准件,包括中小模具模架、冲切装置、导向装置、限位装置、定位装置、压退料装置、斜楔侧冲装置、气动装置和氮气弹簧、弹簧回程装置等对缩短交货周期、稳定模具质量能起至关重要的作用。

4.成型模拟技术的运用

目前在模具技术中应用有限元法做计算机模拟成型分析运用的越来越广泛。主要应用的解算软件有AUTOFORM、dyna3D等,通过模拟能使整个生产过程少走弯路,进一步缩短交货周期。

5.对大规模生产的适应

提高材料利用率:对于大批量汽车生产来说,提高板料的利用率是模具设计的第一大事。只要把材料利用率提高几个百分点,模具的成本就可乎略不计了。如果一套模具40万人民币,只相当于100吨钢板的价格,以寿命50万件计算,平均每件节约0.2Kg钢板,就足可节约出这套模具费用了。

减少冲压工序:模具设计的趋势是,零件的合并,左右对称件合模,前后顺序件合模等等,原来几个件合成一个件,不同的件合在一套模,模具越来越大,单件工序大大减少,整车模具数量越来越少,这对降低冲压的成本起关键作用。

冲压自动化:为适应冲压线完全自动化,模具必须考虑机械手上下料,废料的自动排出,气动、自动和传感装置普遍采用等等。

模具的快速装换:冲压线的换模时间,也成为一个模具设计必须考虑的问题。如:拉延模完全以单动代替双动,模具自动卡紧,换模不换气顶杆等等。

6.模具材料的选用

不同整车厂对模具材料的选用都有不同的要求,目前一般的拉延模材料主要采用球墨铸铁而不是合金铸铁。球墨铸铁焊接性能、可加工性能好、耐磨性能和表面淬火硬度都比较理想,而成本比合金铸铁要低得多了。修边刃口材料,选用型材镶块而不是符型的铸钢,主要是因为铸钢成本要高得多。大量采用基体与刃口一体化的特殊铸铁材料作修边模,使模具的机加工成本大为降低。请注意这里的刃口既不堆焊,也不是钢材,铸铁整体刃口只经表面火焰淬火,直接用于几十万次寿命的薄板料修边模。而且这种铸件的成本还不高。

四、模具生产制造过程中的一些新特点:

1.生产组织的并行;

目前在模具的生产组织中,并行工程运用广泛。一般在模具开发过程中的技术准备、生产准备、模具加工和调试各工序之间尽可能地实行并行,即生产准备、加工工艺及数控程序设计并行。生产计划一定要首先安排拉延、成型类模具,其次是翻边整型类模具,然后是修边冲孔类模具,最后是落料冲孔类模具,唯有这样才能做到均衡生产,提前给汽车厂提供样件;

2.实型的数控加工

目前各模具制造厂家已基本都在使用实型制作工艺。实型的数控化加工生产,就是通过对实体模型的工艺编辑(如:加工面贴加工余量,模型分层编辑等),再经过数控编程,泡沫毛坯下料,数控加工,人工粘接和修整等几道工序完成的。从而将实型的生产员工从手工制作转变到大量的数控编程上来了,现场的简单人工粘接和修整工作,由临时工所充当。实型的数控化生产直接提高了铸件的精度,为后序的精细加工带来极大的优势。

3.机械加工中粗精加工分开进行

汽车模具企业的加工设备的突出特点为“多、大、精”。所谓“多”,是因为汽车模具结构复杂,加工工序多,各工序都需要一定数量的加工设备。大型关键设备主要有三轴以上的数控铣床、研配压床、试模压力机、五轴数控激光切割机、三坐标测量机等。所谓“大”,是因为现在汽车制造水平越来越高,车身装焊工艺越来越简单,冲压件分块越来越大,使得冲压模具也越来越大,越来越复杂,因此开发模具的各种加工设备都很大,工作范围一般在2000mm×4000mm以上。所谓“精“,模具加工设备必须具备精度高、功能多等特点,如五轴联动数控铣床及高速精密数控铣。

通过调整生产组织方式和加工流程能够缓解企业的投资压力,降低模具开发成本。采用粗加工和精加工分开进行可满足这一要求,粗加工在大陆或台湾设备上进行,精加工在欧美设备上进行。大陆或台湾的数控铣床的刚性好、价格低(为欧美设备价格的1/5~1/3)、滑枕尺寸大、主轴电机功率高、转速低,用来粗加工。五轴联动高速铣床主要从欧美进口,具有设备投入大、主轴转速高、进给速度快、加工精度高等特点,能够满足精细化加工要求,只用来精加工。一般由4台粗加工设备和1台精加工设备组成一个加工单元,即一个模具企业要达到合理的规模和一定的水平,数控铣床不应小于5台,根据数控铣床的加工能力来配置人员和其他设备。

4.精细化加工一次到位

精细化加工的目的是大大减少钳工研修,一次加工到位,降低反复加工、后序弥补、人工修整及模具质量对钳工技艺的依赖等。如上下模刃口间隙直接加工到位,不用钳工开间隙;冲孔凸/凹模直接安装无需调试;拉延模型面的高光顺性无接刀痕迹,减少研合;内覆盖件拉延模不用去刀痕,不推磨;凹圆角过切加工,不用清根等。通过精细化加工和采用高水平的标准件,再使零件的加工基准和装配基准一致,实现钳工制造的只装不配少修,即所谓的“直接装配法”,是现代模具生产的管理方向。

实现精细化加工要从模具设计、数控编程和数控加工入手,如利用CAE技术进行模具的精细化设计。拉延模针对进料量不同而设计各种拉延筋,同一套模具不同部位的拉延筋截面不同,防回弹过拉延处理和最小压料面设计等,可以大大减少型面加工、钳修和试模工时。精细化加工主要体现在提高模具型面加工精度和加工到位程度方面,需要具备高刚度、高精度、高转速的高速精密数控铣床和高速刀具,同时还要重视数控编程技术。其加工方法包括等高线加工、最大长度顺向走刀加工(横向步距达0.3mm)、采用30°倾斜角精加工(避免“零切削”)来提高模具的表面精度、采用凹圆角过切加工不用清根等。

5.表面处理

目前拉延模型面的表面处理,要求较高的采用电镀,其它模,翻边、修边刃口镶块基本上采用火焰淬火。对厚板料长寿命的刃口材料,也采用特殊钢材进行火焰淬火。而先加工成型,后整体淬火的方法,由于淬火带来的变形只能靠人工修整,已基本不使用。

6.先行供件

为进一步缩短模具开发周期,在模具开发后期,目前模具制造厂一般在拉延、成型、翻边整型类模具完成之后,都利用五轴数控激光切割机完成落料、修边、冲孔等工序,先提供冲压样件给整车厂家,让其进行组装螺钉车身、试装车、可靠性实验、验证设计、上汽车产品公告、调试装焊线等,直至可以小批量试生产,进行市场开发。然后模具制造厂再可以利用这段时间完成修边、冲孔、落料类模具的开发,并将全部模具调整到商品化状态。

五、小结

以上是我们目前在汽车模具生产中看到的或已经在运用的一些新的生产技术。好的模具应该是设计出来的;模具也可以流水线生产;高新技术应用是模具制造技术发展的动力;国内汽车模具业与世界先进水平相比还有较大差距,只有通过我们共同的努力,缩短这种差距,才能为我国的模具工业做出应有的贡献。

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