沖壓模具高端新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用

沖壓是汽車制造的四大工藝之一,車身的制造精度在很大程度上取決于沖壓及其總成的精度。 沖壓 技術(shù)源于大批量生產(chǎn)的發(fā)展和需要,尤其是汽車工業(yè) 的發(fā)展,現(xiàn)在依然如此。 近年來,我國沖壓模具水平 已有很大提高。 大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套質(zhì)量達(dá) 50 多噸的模具,為中檔轎車配套的覆蓋件模具國內(nèi)也能生產(chǎn)了。 我國沖壓模具無論在數(shù)量上,還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展,但與國民經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比,差距仍很大,一些大型、精密、復(fù)雜、長壽命的高端模具每年仍大量進(jìn)口, 國內(nèi)高端汽車模具企業(yè)除了要滿足傳統(tǒng)模具企業(yè)的質(zhì)量、成本、周期要求外,沖壓模具高端新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用必將成為國內(nèi)模具制造業(yè)今后重點(diǎn)發(fā)展的方向,值得業(yè)內(nèi)人士的重視。

1  汽車零部件企業(yè)的沖壓模具發(fā)展迅速

汽車模具最主要的組成部分就是覆蓋件模具,這類模具主要是冷沖模。廣義上的“汽車模具是制造汽車上所有零件的模具總稱。例如,沖壓模具、注塑模具、鍛造模具、鑄造蠟?zāi)?、玻璃模具等。汽車車身上的的沖壓件大體上分為覆蓋件、梁架件和一般沖壓件。能夠明顯表示汽車形象特征的沖壓件是汽車覆 蓋件,因此,更加特指的汽車模具可以說成是“汽車覆蓋件沖壓模具,簡稱汽車覆蓋件沖模。例如,前車門 外板修邊模、前車門內(nèi)板沖孔模等。

汽車車身模具特別是大中型覆蓋件模具,是車身 制造技術(shù)的重要組成部分,也是形成汽車自主開發(fā)能 力的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。汽車模具產(chǎn)品包括汽車覆蓋件 模具、輪胎模具、內(nèi)外飾塑件模具、車燈模具、汽車保 險(xiǎn)桿模具、汽車儀表板模具等。在汽車制造業(yè)發(fā)達(dá)國家,模具產(chǎn)業(yè)超過 40% 的產(chǎn)品是汽車模具,而在我國僅有 1 / 3 左右的模具產(chǎn)品是為汽車制造業(yè)服務(wù)。一般情況下,制造一輛普通轎車本身便需要約 1500 個(gè) 模具,當(dāng)中有接近1000 個(gè)的沖壓模具和超過 200 個(gè) 的內(nèi)飾件模具。受我國汽車行業(yè)快速發(fā)展的影響,我國汽車模具行業(yè)呈現(xiàn)較快增長,市場容量不斷擴(kuò)大。并且隨著我國汽車模具行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化和 技術(shù)的不斷進(jìn)步,高檔汽車模具產(chǎn)品占整個(gè)行業(yè)的比重也逐漸提升,預(yù)計(jì)未來 5 年的年均增速仍將超過 15% 。

中國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展,為國內(nèi)的汽車模具也 帶來了廣闊的發(fā)展空間。由于成本和市場的因素,致使發(fā)達(dá)國家模具制造的重心也逐步向以中國為代表的發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移。國際國內(nèi)的綜合因素促進(jìn)了國內(nèi)模具工業(yè)的高速發(fā)展,出現(xiàn)了很多新興汽車模具企 業(yè)。據(jù)模協(xié)統(tǒng)計(jì),重點(diǎn)骨干模具企業(yè)達(dá)到近 110 家, 其中沖壓模具約占 37% ,中國已成為名副其實(shí)的汽車模具制造大國。我國汽車覆蓋件的自動(dòng)化生產(chǎn)雖然算不上是高速?zèng)_壓,但是自動(dòng)化程度也相當(dāng)高。這主要表現(xiàn)在廣 泛采用自動(dòng)化成線沖壓方面。成線沖壓一般由 4 臺(tái) 壓機(jī)組成一個(gè)完整的封閉沖壓線,中間是機(jī)器人自動(dòng)送料和取件,生產(chǎn)節(jié)拍約為 10 ~ 15 次/ min,典型的是 首臺(tái)雙動(dòng) 1630 t 和后續(xù)的 800 t 壓機(jī)組成;地板、頂蓋類內(nèi)覆蓋件采用自動(dòng)或半自動(dòng)化生產(chǎn),這類零件主要由批量決定其生產(chǎn)方式,一般采用自動(dòng)化或半自動(dòng)化 生產(chǎn)。除合資公司外,本土企業(yè)最初起步基本上都是采用半自動(dòng)化沖壓的生產(chǎn)方式;半自動(dòng)化沖壓對(duì)壓機(jī) 提出了特定的要求:壓機(jī)臺(tái)面要大;由于成形力偏大, 需要首臺(tái)壓機(jī)為 2000 t 或 2400 t、后續(xù)壓機(jī)為 1000 t 或 1250 t 以上;底盤骨架件多由零部件公司制造并發(fā)往主機(jī)廠,成規(guī)模的零部件公司一般有 6 條沖壓線, 考慮到便于質(zhì)量控制和主機(jī)廠生產(chǎn)物流管理,這類零部件公司都有焊接甚至后續(xù)的油漆或噴涂工藝,從而能夠向主機(jī)廠直接提供總成部件。

精密沖壓技術(shù)伴隨著鐘表制造業(yè)的發(fā)展起源于瑞士,是汽車工業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)之一,在汽車的 一些總成制造上有著重要應(yīng)用,如門鉸鏈總成、玻璃升降器總成等。這類零件料厚 3 ~ 5 mm,要求零件精度高、強(qiáng)度好、總成動(dòng)作順暢可靠。經(jīng)過多年發(fā)展,精密沖壓技術(shù)在我國汽車工業(yè)取得了可喜的成就,目前我國涌現(xiàn)了一批實(shí)力雄厚的精沖企業(yè)。

多工位級(jí)進(jìn)模和精沖模代表了沖壓模具的發(fā)展方向,精度要求和壽命要求極高,主要為汽車、電子信 息產(chǎn)業(yè)、儀器儀表、電機(jī)電器等配套。這兩種模具,國 內(nèi)已有相當(dāng)基礎(chǔ),并已引進(jìn)了國外技術(shù)設(shè)備,個(gè)別企 業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品已達(dá)到世界水平,但大部分企業(yè)仍有較 大差距,總量也供不應(yīng)求,進(jìn)口較多。對(duì)于為超大規(guī) 模集成電路配套、為引線腳 100 以上及間隙 0. 2 mm 以下的引線框架配套、為精度 5 mm 以上的精密微型 連接件配套、為 1. 6 mm 以下的微型馬達(dá)鐵芯配套及 為顯像管和電子槍等配套的精密模具是發(fā)展的重中之重。 我國的汽車模具的高端路線是模具企業(yè)走向 發(fā)展的必經(jīng)之路,市場的需求和發(fā)展也促使著其他大 中型沖壓件配套的大型多工位級(jí)進(jìn)模也應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展。

由于國內(nèi)高端汽車模具企業(yè)技術(shù)提升緩慢、技術(shù)創(chuàng)新能力和模具新技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用能力不足等原 因,致使國內(nèi)高端模具的開發(fā)能力還不能完全滿足國 內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的配套需求,高端汽車模具仍然有很大一 部分需要依賴于進(jìn)口。 而國內(nèi)高端模具企業(yè)偶爾還 會(huì)因?yàn)樯a(chǎn)負(fù)荷不足,不得不改變最初的市場定位而 去搶占中、低端市場。 企業(yè)的生存問題雖然解決了, 但由于中低端市場的利潤率很低,導(dǎo)致其投入研發(fā)和 技術(shù)創(chuàng)新的資金也很少,一定情況下形成了惡性循 環(huán),使企業(yè)未進(jìn)入良性的發(fā)展循環(huán),上述原因也使我 們離真正的汽車模具“制造強(qiáng)國冶還有一段距離。 現(xiàn) 在,由于國內(nèi)的高端汽車模具企業(yè)較多,使得其面臨 的市場競爭日益激烈。 國內(nèi)高端汽車模具企業(yè)除了 要滿足傳統(tǒng)模具企業(yè)的 Q(質(zhì)量)、C(成本)、T(周期) 要求外,模具新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用必將成為國內(nèi)模具 制造業(yè)今后重點(diǎn)發(fā)展的方向。

2  汽車沖壓模具設(shè)計(jì)與制造能力的現(xiàn)狀

模具制造技術(shù)水平的高低,不僅是衡量一個(gè)國家 制造水平高低的重要標(biāo)志,而且在很大程度上決定著 其產(chǎn)出產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品開發(fā)能力;同時(shí)模 具又是企業(yè)的“效益放大器冶,依靠模具生產(chǎn)出的最終 產(chǎn)品的價(jià)值往往是模具自身價(jià)值的幾十倍、上百倍。

由于利用模具生產(chǎn)制作具有高效率、低成本、高精度、高一致性的特性,汽車、電子、電器、儀器儀表、 家電、航空航天、建材、電機(jī)和通訊器材等產(chǎn)品中,約 60% ~ 80% 的零部件都要依靠模具加工成形,因此模具在國際上被稱為“工業(yè)之母”。 在市場方面,汽 車、電子信息、家電和辦公設(shè)備、機(jī)械和建材行業(yè)是最 大的模具消費(fèi)領(lǐng)域,上述行業(yè)占整個(gè)模具市場份額的 80% 以上,其中汽車模具市場預(yù)計(jì)將保持年均 10% 以上的年均增長速度。

模具行業(yè)和企業(yè)要發(fā)展必須把握時(shí)代脈搏,自覺主動(dòng)地調(diào)整自已的技術(shù)結(jié)構(gòu)。 傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)必須用先進(jìn)適用的高新技術(shù)進(jìn)行,模具的技術(shù)含量必將逐步而快速地提高,現(xiàn)代化工業(yè)企業(yè)管理技術(shù)也必將逐步替代作坊式的管理模式。 經(jīng)過幾十年 努力,現(xiàn)在我國沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造能力已達(dá)到較高水平,包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。 雖然如此,我國的沖壓模具設(shè)計(jì)制造能力與市場需要和國際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。

圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制 造,近年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成形方法。 例如目 前已開始在生產(chǎn)中應(yīng)用的無模多點(diǎn)成形及激光沖擊 和電磁成形等技術(shù),它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高 效率等優(yōu)點(diǎn)。 這些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽 車覆蓋件模具及高精度沖模方面,無論在設(shè)計(jì)還是加 工工藝和能力方面,都有較大差距。 轎車覆蓋件模 具,具有設(shè)計(jì)和制造難度大,質(zhì)量和精度要求高的特 點(diǎn),可代表覆蓋件模具的水平。

雖然在設(shè)計(jì)制造方法和手段方面已基本達(dá)到了國際水平,模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國際水平,在轎 車模具國產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步,但在制造質(zhì)量、 精度、制造周期等方面,與國外相比還存在一定的差 距。 汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完 善,高精度、高效益加工設(shè)備的使用越來越廣泛。 華 夏模具網(wǎng)指出,高性能的五軸高速銑床和三軸的高速 銑床的應(yīng)用已越來越多。 NC 和 DNC 技術(shù)的應(yīng)用越 來越成熟,可以進(jìn)行傾角加工和超精加工。 這些都提 高了模具型面加工精度,提高了模具的質(zhì)量,縮短了 模具的制造周期。

我國模具行業(yè)專業(yè)化程度還比較低,模具自產(chǎn)自 配比例過高。 國外模具自產(chǎn)自配比例一般為 30% , 我國沖壓模具自產(chǎn)自配比例為 60% 。 由于自配比例 高,所以沖壓模具生產(chǎn)能力的分布基本上跟隨沖壓件 生產(chǎn)能力的分布,但專業(yè)化程度較高的汽車覆蓋件模 具和多工位、多功能精密沖模的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的分布 有不少并不跟隨沖壓件能力分布而分布,而往往取決于主要投資者的決策。

3  汽車覆蓋件主要沖壓工藝及液壓成形技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用

國內(nèi)外汽車制造和使用環(huán)境的不斷變化,對(duì)汽車 車身的開發(fā)提出了更高的要求。 盡管受到投資成本、 工藝可靠性等因素的困擾,國內(nèi)一些中小企業(yè)還把優(yōu)化現(xiàn)有生產(chǎn)工藝作為企業(yè)發(fā)展的首選,但在國外以及 國內(nèi)的一些大型企業(yè)中已開始廣泛研究和開發(fā)板料成形新技術(shù)、新工藝,如內(nèi)高壓成形、液壓拉深、熱成形和 旋轉(zhuǎn)落料等。 采用新工藝有很多技術(shù)上的優(yōu)勢,可以提高材料利用率,減少零件制造工序,降低生產(chǎn)成本。液壓成形也被稱為“內(nèi)高壓成形冶,它的基本原理 是以管材作為坯料,在管材內(nèi)部施加超高壓液體同時(shí),對(duì)管坯的兩端施加軸向推力,進(jìn)行補(bǔ)料。 在兩種 外力的共同作用下,管坯材料發(fā)生塑性變形,并最終與模具型腔內(nèi)壁貼合,得到形狀與精度均符合技術(shù)要 求的中空零件。 與傳統(tǒng)的沖壓工藝相比,液壓成形工 藝在減輕重量、減少零件數(shù)量和模具數(shù)量、提高剛度 與強(qiáng)度、降低生產(chǎn)成本等方面具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì) 優(yōu)勢,在工業(yè)領(lǐng)域尤其是汽車工業(yè)中得到了越來越多 的應(yīng)用。 在汽車工業(yè)及航空、航天等領(lǐng)域,減輕結(jié)構(gòu) 質(zhì)量以節(jié)約運(yùn)行中的能量是人們長期追求的目標(biāo),也 是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的趨勢之一。 液壓成形就是為 實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化的一種先進(jìn)制造技術(shù)。 尤其對(duì)于空 心變截面結(jié)構(gòu)件,傳統(tǒng)的制造工藝是先沖壓成形 2 個(gè) 半片,然后再焊接成整體,而液壓成形則可以一次整 體成形沿構(gòu)件截面有變化的空心結(jié)構(gòu)件。

與沖壓焊接工藝相比,液壓成形技術(shù)和工藝有以 下主要優(yōu)點(diǎn):減輕質(zhì)量,節(jié)約材料。 對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī) 托架、散熱器支架等典型零件,液壓成形件比沖壓件 減輕 20% ~ 40% ;對(duì)于空心階梯軸類零件,可以減輕 40% ~ 50% 的重量;減少零件和模具數(shù)量,降低模具 費(fèi)用。 液壓成形件通常只需要 1 套模具,而沖壓件大 多需要多套模具。 液壓成形的發(fā)動(dòng)機(jī)托架零件由 6 個(gè)減少到 1 個(gè),散熱器支架零件由 17 個(gè)減少到 10 個(gè);可減少后續(xù)機(jī)械加工和組裝的焊接量。 以散熱器 支架為例,散熱面積增加 43% ,焊點(diǎn)由 174 個(gè)減少到 20 個(gè),工序由 13 道減少到 6 道,生產(chǎn)率提高 66% ;提 高強(qiáng)度與剛度,尤其是疲勞強(qiáng)度,如液壓成形的散熱 器支架,其剛度在垂直方向可提高 39% ,水平方向可 提高 50% ;降低生產(chǎn)成本。據(jù)液壓成形零件的應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析,其生產(chǎn)成本比 沖壓件平均降低 15% ~ 20% ,模具費(fèi)用降低 20% ~ 30% 。

液壓成形工藝在汽車、航空、航天和管道等行 業(yè)有著廣泛的應(yīng)用,主要適用于:沿構(gòu)件軸線變化的 圓形、矩形或異型截面空心結(jié)構(gòu)件,如汽車的排氣系 統(tǒng)異型管件;非圓截面空心框架,如發(fā)動(dòng)機(jī)托架、儀表 盤支架、車身框架;空心軸類件和復(fù)雜管件等。 液壓 成形工藝的適用材料包括碳鋼、不銹鋼、鋁合金、銅合 金及鎳合金等,原則上適用于冷成形的材料均適用于 液壓成形工藝。 與其他金屬塑性成形加工工藝相比, 液壓成形是一項(xiàng)正處于上升態(tài)勢且具有良好發(fā)展前 景的先進(jìn)制造技術(shù)。 目前,全球已建成并投產(chǎn)了眾多 的專業(yè)化生產(chǎn)線,形成了相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)規(guī)模,產(chǎn)品訂單 持續(xù)穩(wěn)步增長。內(nèi)高壓成形技術(shù)在加工幾何形狀復(fù)雜的空心件 方面具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。 20 世紀(jì) 90 年代中 期,管狀內(nèi)高壓成形技術(shù)開始應(yīng)用于汽車領(lǐng)域,目前 在歐洲、美國和韓國汽車制造業(yè)已經(jīng)得到很好的應(yīng) 用。 內(nèi)高壓成形坯料一般采用半成品,如拉拔管、焊 接管、雙層管或者擠壓型材、預(yù)成形板坯等斷面為圓 形的管坯。 生產(chǎn)中如果工件由于其幾何形狀或者特 殊要求而不能被脹形到最終尺寸,還需對(duì)工件進(jìn)行切 割、沖壓或者銑削加工。 在實(shí)際應(yīng)用方面,內(nèi)高壓成 形工藝以其結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的多樣性成功地應(yīng)用在生產(chǎn) 強(qiáng)度高、壽命長、重量輕的零部件上,如汽車排氣管、 前、后懸掛、底盤和結(jié)構(gòu)零件等。 目前,歐寶發(fā)動(dòng)機(jī)支 架、BMW 儀表盤支撐梁以及大眾公司某汽油發(fā)動(dòng)機(jī) 排氣管制造都采用內(nèi)高壓成形技術(shù)。在熱成形過程中,由于熱應(yīng)力的存在,材料極易 產(chǎn)生裂紋,通?？梢圆捎猛ㄟ^增加工序,將總變形量 化小分解到各成形工序的方法加以解決;起皺可以在 增加工序的基礎(chǔ)上,通過過渡結(jié)構(gòu)來消除。 但是增加 工序不僅要增加模具數(shù)量,而且每道工序后坯料表面 會(huì)因氧化和溫度不均等原因使模具滑動(dòng)面之間極易 卡死,故熱成形模具結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單。工業(yè)中的液壓成形技術(shù)主要應(yīng)用在管型件成形 中,主要應(yīng)用在很小批量的個(gè)性化汽車零件制造中。液壓成形具有比較突出的優(yōu)點(diǎn):從原理上講,該技術(shù) 是等壓成形,依賴高壓介質(zhì)改變板料形狀,板料在法 向是受壓的,為三向受力狀態(tài),能夠較好的改善局部 成形,或者說有利於成形更加復(fù)雜的覆蓋件;成形原 理和液體介質(zhì)改變了傳統(tǒng)的鋼-鋼接觸成形方式,能 夠有效減少板料劃傷,對(duì)提高表面質(zhì)量極為有利;改 善了傳統(tǒng)沖壓對(duì)沖壓成形方向的限制;一次可以成形 更多工藝內(nèi)容,利于減少工序和模具數(shù)量;成形中的冷作硬化有利於提高制件強(qiáng)度,同時(shí),從目前應(yīng)用情 況來看,其生產(chǎn)節(jié)拍并不慢。 但液壓成形技術(shù)亦有不足之處,其應(yīng)用的限制顯而易見:需要外用液體介質(zhì) 及其相應(yīng)裝置;并且有必要在焊接前對(duì)零件進(jìn)行后續(xù) 處理;考慮到對(duì)現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境的影響,不大適合大批 量零件加工。 液壓成形具有獨(dú)特的工藝特點(diǎn)和技術(shù)、 經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢,在汽車工業(yè)得到了迅速的推廣和應(yīng)用,對(duì) 汽車輕量化的發(fā)展進(jìn)程產(chǎn)生了良好的推動(dòng)作用,同時(shí) 也帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 對(duì)于汽車沖壓件 制造企業(yè)來說,雖然在汽車沖壓件成形過程中采用新 技術(shù)和新工藝存在投資大、新技術(shù)不夠成熟等風(fēng)險(xiǎn), 但只有掌握了新技術(shù)、新工藝才有可能更大程度地降 低成本和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,才有可能在市場競爭中覓 得先機(jī),不斷地開發(fā)和采用新技術(shù)、新工藝代表著汽 車制造業(yè)的發(fā)展方向和未來。

4  汽車沖壓模具設(shè)計(jì)的 CAD/ CAE 系統(tǒng)集成技術(shù)

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形技術(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)用變得成熟,將 CAE 應(yīng)用于沖壓工藝設(shè)計(jì),可使試模減少 50% 以上。 目前,國內(nèi)很多汽車模具公司都應(yīng)用 了 CAE 軟件,并以 Autoform 軟件的應(yīng)用居多,CAE 應(yīng) 用明顯地縮短了模具調(diào)試周期。傳統(tǒng) CAE 軟件中能做成形性分析,且需要專業(yè) 人員做大量的前處理,如果分析結(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(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形分析,且能參與沖壓工藝的全過程,即為計(jì)算機(jī)輔助沖壓工藝。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),也不需要過多的實(shí)際調(diào)試經(jīng)驗(yàn)就可 方便地使用它。過去一個(gè) 生手達(dá)到同樣水平,至少要 1 ~ 2 年的時(shí)間。目前市場上通用的 CAD/ CAE 系統(tǒng)較之 10 年前 有了很大變化,以前都是比較通用化的系統(tǒng),目前都 針對(duì)模具制造實(shí)際作了很多適應(yīng)性的開發(fā)或轉(zhuǎn)化,這 無疑是巨大的進(jìn)步。 現(xiàn)在市場上比較典型的一些 CAD/ CAE 系統(tǒng)功能十分強(qiáng)大,但是在實(shí)際應(yīng)用中,由 于環(huán)境的變化,總是難以達(dá)到預(yù)期的效果,或者說存 在少許不盡如人意的地方。 從長遠(yuǎn)來說,從降成本和 服務(wù)的角度看,若有功能強(qiáng)大的國產(chǎn) CAD/ CAM 系統(tǒng) 就更好。 從長遠(yuǎn)看,CAD/ CAE 的集成將成為一種需 求或趨勢,事實(shí)上現(xiàn)在也有很多這樣的嘗試,但從應(yīng) 用效果看還不是十分理想。

CAD/ CAE 系統(tǒng)開發(fā)者有必要對(duì)覆蓋件模具的設(shè) 計(jì)思路作一些特別的細(xì)致的梳理、分析和特徵化處 理,然后再從軟件系統(tǒng)的角度找到一個(gè)結(jié)合點(diǎn)。 軟件 系統(tǒng)間的集成總是在不斷地向前推進(jìn),物理上的網(wǎng)絡(luò) 化處理已經(jīng)沒有什麼問題,現(xiàn)在一些模具廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn) PDM 環(huán)境下的 CAD/ CAM 集成。 從系統(tǒng)開發(fā)和模具 廠工業(yè)應(yīng)用的二者關(guān)系的角度看,沒有工業(yè)應(yīng)用就沒 有較為成熟的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒,模具廠要應(yīng)用就需要投 資,而投資需要收益。隨著新工藝新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn),國外沖壓模具已 經(jīng)從常規(guī)的單副級(jí)進(jìn)模向多功能組合模具、生產(chǎn)線配 套組合模具工裝、特大型級(jí)進(jìn)模以及微細(xì)零件沖壓成 形模具等方向發(fā)展,而中國企業(yè)大多數(shù)仍將重點(diǎn)放在常規(guī)的單副級(jí)進(jìn)模系列化和產(chǎn)業(yè)化方面,還未掌握特種高精尖模具如特大型高精、超高速?zèng)_壓、超薄、超強(qiáng)和微細(xì)型零件成形沖壓模具的關(guān)鍵技術(shù),對(duì)多功能復(fù)合模具還設(shè)計(jì)不多。

中國還需要不斷開展新型模具的關(guān)鍵技術(shù)研究,拓展其應(yīng)用領(lǐng)域,為趕超國際先進(jìn) 水平打好基礎(chǔ)。 多工位與多功能沖壓模具的基礎(chǔ)零 部件和配套件是模具整體快速發(fā)展的基本條件,而中國由于熱處理、材料、標(biāo)準(zhǔn)件等模具基礎(chǔ)零部件和配 套技術(shù)及質(zhì)量水平較低,高檔模具的基礎(chǔ)零部件和配 套件主要依賴進(jìn)口,因此,中國急需提升模具基礎(chǔ)零 部件和配套件的技術(shù)及質(zhì)量水平。 模具設(shè)計(jì)制造師 一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)的專門技術(shù),長期以來,中國對(duì)模具設(shè)計(jì)和制造的實(shí)踐性非常重視,但由于對(duì)沖壓模具基礎(chǔ)理論和技術(shù)研究重視不夠,導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)和制造的基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展緩慢。 加上沖壓模具企業(yè)的專業(yè)化分工還不夠細(xì)化,小而全、大而全的模具企業(yè)還 占主導(dǎo)地位,企業(yè)的核心競爭力難以形成,企業(yè)自有 技術(shù)以及創(chuàng)新能力落后于國外先進(jìn)模具企業(yè)。

另外, 模具材料、標(biāo)準(zhǔn)件等模具基礎(chǔ)技術(shù)落后,直接影響了 中國多工位與多功能沖壓模具的整體技術(shù)水平,因 此,在多工位與多功能沖壓模具的基礎(chǔ)技術(shù)支持方面 還存在很多薄弱環(huán)節(jié)。我國模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)創(chuàng)新不夠,很多先進(jìn)模具 中的關(guān)鍵設(shè)計(jì)內(nèi)涵和技術(shù)以及制造工藝中的基礎(chǔ)技 術(shù)、理論以及核心技術(shù)掌握不夠,導(dǎo)致模具整體水平 提升困難,始終處于技術(shù)跟進(jìn)與追蹤階段,達(dá)到甚至 超越國際先進(jìn)水平還缺乏相關(guān)設(shè)計(jì)和制造基礎(chǔ)技術(shù) 的支撐。 因此,中國還需要不斷開展新型模具的關(guān)鍵 技術(shù)研究,拓展其應(yīng)用領(lǐng)域,為趕超國際先進(jìn)水平打 好基礎(chǔ)。

5  汽車沖壓模具制造對(duì)機(jī)床和刀具的要求

先進(jìn)的加工技術(shù)與裝備是提高生產(chǎn)率和保證產(chǎn) 品質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。 在先進(jìn)的汽車模具企業(yè)中配有 雙工作臺(tái)的數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)換刀裝置、自動(dòng)加工的光 電控制系統(tǒng)、工件在線測量系統(tǒng)等已不鮮見。 數(shù)控加 工已由單純的型面加工發(fā)展到型面和結(jié)構(gòu)面的全面 加工,由中低速加工發(fā)展到高速加工,加工自動(dòng)化技 術(shù)發(fā)展十分迅速。 汽車模具材料的質(zhì)量和性能是影 響模具質(zhì)量、壽命和成本的重要因素。 近年來,除了不斷有多種高韌性和高耐磨性冷作模具鋼、火焰淬火 冷作模具鋼、粉末冶金冷作模具鋼推出外,國外在大 中型沖壓模具上選用鑄鐵材料,是一個(gè)值得關(guān)注的發(fā) 展趨勢。 球墨鑄鐵具有良好的強(qiáng)韌性和耐磨性,其焊 接性能、可加工性、表面淬火性能也都較好,而且成本 比合金鑄鐵低,因此在沖壓模具中應(yīng)用較多。

汽車模 具的精細(xì)化制造是必然趨勢,所謂的模具精細(xì)化制 造,是對(duì)模具的開發(fā)過程和制造結(jié)果而言的,具體地 表現(xiàn)為沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理化、模具加工的高精度、模具產(chǎn)品的高可靠性和技術(shù)管理的嚴(yán)密性。 模具精細(xì)化制造其實(shí)并不是一項(xiàng)單一的技術(shù)、是 設(shè)計(jì)、加工和管理技術(shù)的綜合反映。 模具精細(xì)化制造 的實(shí)現(xiàn)除了靠技術(shù)上精益求精,還要靠嚴(yán)密的管理來 保障。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)燕尾服到實(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 無圖、少人或無人化加工。 當(dāng)前重點(diǎn)發(fā)展的加工技術(shù) 主要包括: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。

目前高速高精度加工已被國際先進(jìn)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,不單純是了提高加工效率,更重要的是通過 高速實(shí)現(xiàn)小步距、低殘留的高精度加工。 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)置過大,會(huì)出現(xiàn)過切和抹角 現(xiàn)象,嚴(yán)重降低型面精度。 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)?加工效率和精度的提高而得到成倍的回報(bào)。

汽車沖壓模具制造對(duì)設(shè)備的要求,主要體現(xiàn)在穩(wěn) 定性和可靠性方面。 現(xiàn)在的設(shè)備越來越依賴設(shè)備安 裝人員的技能和職業(yè)素養(yǎng),設(shè)備安裝人員一定要把設(shè) 備安裝好、調(diào)試到最佳狀態(tài),在對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn) 時(shí)要?jiǎng)?wù)必強(qiáng)調(diào)設(shè)備的使用和保養(yǎng)的要點(diǎn)及其帶來的 結(jié)果。 模具制造企業(yè)對(duì)花巨資購買的設(shè)備抱有很大 的期望,這就需要各方努力以實(shí)現(xiàn)其預(yù)定的目標(biāo),實(shí) 現(xiàn)共贏與和諧。 若設(shè)備廠家能夠定期回訪用戶和上 門服務(wù),甚至進(jìn)行一些大修服務(wù)和改造等就更好。汽車沖壓模具制造對(duì)刀具的要求主要是質(zhì)量、價(jià) 格和研發(fā)能力以及交貨期。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)起來無外乎是沖壓工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù) 等 3 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)正越來越顯示出其核心技術(shù)的作用。

6  汽車沖壓模具技術(shù)的發(fā)展前景

汽車覆蓋件有內(nèi)外之別,相應(yīng)地也有內(nèi)外覆蓋件模具之分。 內(nèi)覆蓋件的表面質(zhì)量主要是回彈和扭曲 問題,模具的穩(wěn)定可靠主要是防止拉傷、改善制件的 翹曲和變形;外覆蓋件的表面質(zhì)量主要是劃痕、孔與 邊的毛刺、局部凹陷、貼合面成形質(zhì)量、總成件裝配后 的間隙等問題,模具要求工作部分制作精良,裝配精 準(zhǔn),模具動(dòng)作流暢等。

應(yīng)該說,國內(nèi)已經(jīng)完全具備制造一個(gè)完整的中級(jí)車車身模具的能力和技術(shù),但模具 不是批量生產(chǎn),任何一套模具不管由哪家模具廠制造,最終還是由具體承擔(dān)其設(shè)計(jì)制造任務(wù)的具體人員 完成。 我們可以在整體經(jīng)驗(yàn)積累和標(biāo)準(zhǔn)化方面做很 多工作,但因?yàn)槭菃渭a(chǎn),所以事實(shí)上還是由個(gè)人 水平?jīng)Q定的。目前國內(nèi)整車廠的內(nèi)覆蓋件模具主要由國內(nèi)完 成制作,而部分關(guān)鍵外覆蓋件模具采取外包方式。 外包是基於國外的經(jīng)驗(yàn)更為豐富,發(fā)包方在產(chǎn)品制造周期和質(zhì)量上有更大的期待。 事實(shí)上外包制作的模具 也存在許多問題,但對(duì)發(fā)包方來講,從心理上會(huì)認(rèn)為 國內(nèi)問題更多。

在經(jīng)濟(jì)的全球化和中國從“制造業(yè)大國冶 向“制 造業(yè)強(qiáng)國冶的挺進(jìn)中,“服務(wù)科學(xué)冶和“服務(wù)制造冶等現(xiàn)代理念的出現(xiàn),對(duì)中國模具行業(yè)的發(fā)展必將產(chǎn)生重大 影響。 模具行業(yè)的服務(wù)制造業(yè)的特征將大大增強(qiáng),模 具也應(yīng)該是最先融入“服務(wù)制造冶的生產(chǎn)裝備。 縱觀 模具技術(shù)的發(fā)展路線和模具行業(yè)的發(fā)展前沿,模具技 術(shù)的總體發(fā)展趨勢是“由模具自身的品質(zhì)提升向沖壓 件產(chǎn)品的控形控性以及一體化解決方案方向發(fā)展冶。即用戶要求從主要考慮模具的本身品質(zhì)向控制模具 生產(chǎn)的最終產(chǎn)品品質(zhì)的方向發(fā)展,從對(duì)模具品質(zhì)的單 一要求向?yàn)橛脩舢a(chǎn)品提供一體化解決方案方向發(fā)展。用戶的要求突破了模具產(chǎn)品本身的界限,必須從產(chǎn)業(yè) 鏈上尋求系統(tǒng)的解決方法,迫使模具技術(shù)和企業(yè)向制 造業(yè)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈延伸。 因此,一大批多領(lǐng)域交叉技 術(shù)的應(yīng)用以及以模具為核心的系統(tǒng)解決方案將是今 后模具發(fā)展的主要特征。

綜合中國目前沖壓模具的發(fā)展及其存在的問題, 可以看出多工位與多功能沖壓模具是最有希望趕上 國際先進(jìn)水平的模具之一,但還需要模具企業(yè)在專業(yè) 化細(xì)分、自主創(chuàng)新以及設(shè)計(jì)和制造工藝基礎(chǔ)理論與技 術(shù)方面做深入細(xì)致的研究工作,為中國多工位與多功 能沖壓模具的整體技術(shù)趕上國際先進(jìn)水平打下好基 礎(chǔ),并在保持電機(jī)鐵芯自動(dòng)疊片級(jí)進(jìn)模、空調(diào)換熱器 翅片級(jí)進(jìn)模、集成電路框架級(jí)進(jìn)模、電子連接器級(jí)進(jìn) 模等高水平模具發(fā)展的同時(shí),注重發(fā)展大型汽車零件 級(jí)進(jìn)模、多功能復(fù)合沖壓模具、微小零件沖壓模具、特 殊板料等微特沖壓模具及其技術(shù),整體提升多工位與 多功能沖壓模具的水平。

另外,“控形和控性冶是模具 發(fā)展的大方向,首先需要解決的是“控形冶技術(shù)問題, 沖壓模具的“控形冶技術(shù)必然是近期需要突破的重要 關(guān)鍵技術(shù)。 研究沖壓成形的深層次理論和技術(shù)問題, 借以掌握“控形和控性冶技術(shù),從而實(shí)現(xiàn)模具的信息化 和智能化制造。智能化是全球的發(fā)展趨勢,也是“服務(wù)時(shí)代冶的主 要特征。 對(duì)模具行業(yè)來說,模具的信息化和智能化是 實(shí)現(xiàn)“控形和控性冶的重要手段,是趕超國際模具先進(jìn) 水平的一個(gè)重要方面,它可以帶動(dòng)一些列模具先進(jìn)技 術(shù)的發(fā)展,具有重要的戰(zhàn)略意義。 目前中國模具的信 息化和智能化剛開始起步,要實(shí)現(xiàn)模具的信息化和智 能化還有很長的路要走,同時(shí)也需要相關(guān)政策的推動(dòng)。

隨著電子信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展,市場需求 向個(gè)性化與多樣化方向發(fā)展,未來高速精密沖壓技術(shù) 和以高檔模具為核心的發(fā)展總趨勢是向精密化、高速 化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、信息化和智能化、低碳環(huán) 保及全球化的方向發(fā)展。我國模具業(yè)起步較晚,但受下游機(jī)械加工等相關(guān) 行業(yè)需求支撐,行業(yè)整體發(fā)展較快,規(guī)模也在不斷壯 大。 近年來,我國模具機(jī)床制造業(yè)取得長足進(jìn)步,經(jīng) 濟(jì)規(guī)模實(shí)現(xiàn)由小到大的迅猛增長,連續(xù)多年居世界第 一位。 不過,總體來看,我國模具機(jī)床制造業(yè)仍然處 于國際分工和產(chǎn)業(yè)鏈的中、低端,高端產(chǎn)品市場競爭 力不足,相關(guān)企業(yè)為高端細(xì)分市場提供綜合服務(wù)的能 力相對(duì)薄弱,致使我國國民經(jīng)濟(jì)和國防安全重點(diǎn)領(lǐng)域 的裝備需求仍然嚴(yán)重依賴進(jìn)口,受制于人。 缺乏對(duì)用 戶制造工藝深入掌握和理解、為用戶提供全面解決方 案的能力,是模具機(jī)床制造業(yè)長期存在的突出薄弱環(huán) 節(jié),也是制約我國高端模具及周邊產(chǎn)品進(jìn)入包括航空 制造業(yè)在內(nèi)的高端細(xì)分市場領(lǐng)域的主要障礙。 加強(qiáng)模具機(jī)床制造業(yè)與用戶之間的溝通,建立緊密的合作 關(guān)系,使其共同發(fā)展。

目前還沒有一個(gè)有效的溝通平 臺(tái)能促進(jìn)雙方溝通,因此 2 個(gè)行業(yè)需要共同搭建一個(gè) 溝通平臺(tái),加強(qiáng)雙方溝通,以提高模具機(jī)床制造業(yè)為 相關(guān)行業(yè)提供服務(wù)的綜合能力和水平,促進(jìn)雙方建立 緊密的合作關(guān)系,使其共同發(fā)展。

結(jié)語

汽車模具設(shè)計(jì)制造的核心技術(shù)是沖壓工藝技術(shù)。沖壓技術(shù)水平?jīng)Q定了模具的設(shè)計(jì)制造水平。 隨著國 內(nèi)汽車工業(yè)的不斷發(fā)展,中國的汽車模具工業(yè)也在不 斷進(jìn)步,國外汽車模具廠的競爭優(yōu)勢也將日漸被削 弱,最終會(huì)越來越認(rèn)同國內(nèi)模具。 企業(yè)只有不斷地轉(zhuǎn) 型升級(jí),才是模具產(chǎn)業(yè)變大變強(qiáng)的唯一出路。 模具產(chǎn) 業(yè)由大變強(qiáng)是一個(gè)系統(tǒng)工程,重點(diǎn)要把握兩個(gè)方面: 一是加快發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變,注重質(zhì)量效應(yīng),實(shí)現(xiàn)又好 又快的發(fā)展;二是堅(jiān)持技術(shù)進(jìn)步,推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí),滿足 制造業(yè)對(duì)模具的新要求。