高端沖壓模具市場(chǎng)未來(lái)分析

一、汽車(chē)零部件企業(yè)的沖壓模具發(fā)展迅速

汽車(chē)模具最主要的組成部分就是覆蓋件模具,這類(lèi)模具主要是冷沖模。廣義上的“汽車(chē)模具”是制造汽車(chē)上所有零件的模具總稱(chēng)。例如,沖壓模具、注塑模具、鍛造模具、鑄造蠟?zāi)?、玻璃模具等。汽?chē)車(chē)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(chē)形象特征的沖壓件是汽車(chē)覆蓋件,因此,更加特指的汽車(chē)模具可以說(shuō)成是“汽車(chē)覆蓋件沖壓模具”,簡(jiǎn)稱(chēng)汽車(chē)覆蓋件沖模。例如,前車(chē)門(mén)外板修邊模、前車(chē)門(mén)內(nèi)板沖孔模等。

汽車(chē)車(chē)身模具特別是大中型覆蓋件模具,是車(chē)身制造技術(shù)的重要組成部分,也是形成汽車(chē)自主開(kāi)發(fā)能力的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。汽車(chē)模具產(chǎn)品包括汽車(chē)覆蓋件模具、輪胎模具、內(nèi)外飾塑件模具、車(chē)燈模具、汽車(chē)保險(xiǎn)桿模具、汽車(chē)儀表板模具等。在汽車(chē)制造業(yè)發(fā)達(dá)國(guó) 家,模具產(chǎn)業(yè)超過(guò)40% 的產(chǎn)品是汽車(chē)模具,而在我國(guó)僅有1 /3左右的模具產(chǎn)品是為汽車(chē)制造業(yè)服務(wù)。一般情況下,制造一輛普通轎車(chē)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(guò)200個(gè)的內(nèi)飾件模具。受我國(guó)汽車(chē)行業(yè)快速發(fā)展的影響,我國(guó)汽車(chē)模具行業(yè)呈現(xiàn)較快增長(zhǎng),市場(chǎng)容量不斷擴(kuò)大。并且隨著我國(guó)汽車(chē)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(chē)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(lái)5年的年均增速仍將超過(guò)15% 。

中國(guó)汽車(chē)工業(yè)的迅猛發(fā)展,為國(guó)內(nèi)的汽車(chē)模具也帶來(lái)了廣闊的發(fā)展空間。由于成本和市場(chǎng)的因素,致使發(fā)達(dá)國(guó)家模具制造的重心也逐步向以中國(guó)為代表的發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移。國(guó)際國(guó)內(nèi)的綜合因素促進(jìn)了國(guó)內(nèi)模具工業(yè)的高速發(fā)展,出現(xiàn)了很多新興汽車(chē)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(guó)已成為名副其實(shí)的汽車(chē)模具制造大國(guó)。

我國(guó)汽車(chē)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(xiàn)沖壓方面。成線(xiàn)沖壓一般由4臺(tái)壓機(jī)組成一個(gè)完整的封閉沖壓線(xiàn),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(lèi)內(nèi)覆蓋件采用自動(dòng)或半自動(dòng)化生產(chǎn),這類(lèi)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(pán)骨架件多由零部件公司制造并發(fā)往主機(jī)廠(chǎng),成規(guī)模的零部件公司一般有6條沖壓線(xiàn), 考慮到便于質(zhì)量控制和主機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)物流管理,這類(lèi)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(chǎng)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(chē)工業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)之一,在汽車(chē)的一些總成制造上有著重要應(yīng)用,如門(mén)鉸鏈總成、玻璃升降器總成等。這類(lèi)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(guò)多年發(fā)展,精密沖壓技術(shù)在我國(guó)汽車(chē)工業(yè)取得了可喜的成就,目前我國(guó)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(chē)、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(guó)內(nèi)已有相當(dāng)基礎(chǔ),并已引進(jìn)了國(guó)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(xiàn)腳100以上及間隙0. 2 mm以下的引線(xiàn)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(guó)的汽車(chē)模具的高端路線(xiàn)是模具企業(yè)走向發(fā)展的必經(jīng)之路,市場(chǎng)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(guó)內(nèi)高端汽車(chē)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(guó)內(nèi)高端模具的開(kāi)發(fā)能力還不能完全滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的配套需求,高端汽車(chē)模具仍然有很大一部分需要依賴(lài)于進(jìn)口。而國(guó)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(chǎng)定位而去搶占中、低端市場(chǎng)。企業(yè)的生存問(wèn)題雖然解決了, 但由于中低端市場(chǎng)的利潤(rùn)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(chē)模具“制造強(qiáng)國(guó)”還有一段距離?，F(xiàn)在,由于國(guó)內(nèi)的高端汽車(chē)模具企業(yè)較多,使得其面臨的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。國(guó)內(nèi)高端汽車(chē)模具企業(yè)除了要滿(mǎn)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(guó)內(nèi)模具制造業(yè)今后重點(diǎn)發(fā)展的方向。

二、汽車(chē)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(guó)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(kāi)發(fā)能力; 同時(shí)模具又是企業(yè)的“效益放大器”,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(chē)、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(guó)際上被稱(chēng)為“工業(yè)之母”。在市場(chǎng)方面,汽車(chē)、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(chǎng)份額的80% 以上,其中汽車(chē)模具市場(chǎng)預(yù)計(jì)將保持年均10% 以上的年均增長(zhǎng)速度。

21世紀(jì)已進(jìn)入信息時(shí)代,信息時(shí)代的發(fā)展日新月異,模具行業(yè)和企業(yè)要發(fā)展必須把握時(shí)代脈搏,自覺(jué)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(guò)幾十年努力,現(xiàn)在我國(guó)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(guó)的沖壓模具設(shè)計(jì)制造能力與市場(chǎng)需要和國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。

圍繞著汽車(chē)車(chē)身試制、大型覆蓋件模具的快速制造,近年來(lái)也涌現(xiàn)出一些新的快速成形方法。例如目前已開(kāi)始在生產(chǎn)中應(yīng)用的無(wú)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(chē)和大中型汽車(chē)覆蓋件模具及高精度沖模方面,無(wú)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(chē)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(guó)際水平,模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國(guó)際水平,在轎車(chē)模具國(guó)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(guó)外相比還存在一定的差距。汽車(chē)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(lái)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(lái)越多。NC和DNC技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)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(guó)模具行業(yè)專(zhuān)業(yè)化程度還比較低,模具自產(chǎn)自配比例過(guò)高。國(guó)外模具自產(chǎn)自配比例一般為30% , 我國(guó)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(zhuān)業(yè)化程度較高的汽車(chē)覆蓋件模具和多工位、多功能精密沖模的專(zhuān)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。

三、汽車(chē)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(guó)內(nèi)外汽車(chē)制造和使用環(huán)境的不斷變化,對(duì)汽車(chē)車(chē)身的開(kāi)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(guó)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(guó)外以及國(guó)內(nèi)的一些大型企業(yè)中已開(kāi)始廣泛研究和開(kāi)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(shì),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(chēng)為“內(nèi)高壓成形”,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(shì),在工業(yè)領(lǐng)域尤其是汽車(chē)工業(yè)中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。在汽車(chē)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(zhǎng)期追求的目標(biāo),也是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)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(chē)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(lèi)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(chē)、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(xiàn)變化的圓形、矩形或異型截面空心結(jié)構(gòu)件,如汽車(chē)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(pán)支架、車(chē)身框架; 空心軸類(lèi)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(shì)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(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)線(xiàn),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(zhǎng)。

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(shì)。20世紀(jì)90年代中期,管狀內(nèi)高壓成形技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于汽車(chē)領(lǐng)域,目前在歐洲、美國(guó)和韓國(guó)汽車(chē)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(zhǎng)、重量輕的零部件上,如汽車(chē)排氣管、前、后懸掛、底盤(pán)和結(jié)構(gòu)零件等。目前,歐寶發(fā)動(dòng)機(jī)支架、BMW儀表盤(pán)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(guò)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^(guò)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(guò)過(guò)渡結(jié)構(gòu)來(lái)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(jiǎn)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(chē)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(lài)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(shuō)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(lái)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(jiàn): 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(chǎng)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(shì),在汽車(chē)工業(yè)得到了迅速的推廣和應(yīng)用,對(duì)汽車(chē)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(lái)了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。對(duì)于汽車(chē)沖壓件制造企業(yè)來(lái)說(shuō),雖然在汽車(chē)沖壓件成形過(guò)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中覓得先機(jī),不斷地開(kāi)發(fā)和采用新技術(shù)、新工藝代表著汽車(chē)制造業(yè)的發(fā)展方向和未來(lái)。

四、汽車(chē)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(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(chē)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,CAE技術(shù)已成為國(guó)外大型汽車(chē)和模具企業(yè)必不可少的工具。目前,國(guó)內(nèi)一流的汽車(chē)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(zhuān)業(yè)人員做大量的前處理,如果分析結(jié)果不滿(mǎn)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形分析,且能參與沖壓工藝的全過(guò)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(hù),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。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)汽車(chē)模具具企業(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(guān),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(mén),可經(jīng)過(guò)短期培訓(xùn),3 ~ 4個(gè)月以后就可在別人的指點(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。

目前市場(chǎng)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(kāi)發(fā)或轉(zhuǎn)化,這無(wú)疑是巨大的進(jìn)步?，F(xiàn)在市場(chǎng)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(shuō)存在少許不盡如人意的地方。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō),從降成本和服務(wù)的角度看,若有功能強(qiáng)大的國(guó)產(chǎn)CAD/CAM系統(tǒng)就更好。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,CAD/CAE的集成將成為一種需求或趨勢(shì),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(kāi)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?gòu)能浖到y(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(méi)有什麼問(wèn)題,現(xiàn)在一些模具廠(chǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)PDM環(huán)境下的CAD / CAM集成。從系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和模具廠(chǎng)工業(yè)應(yīng)用的二者關(guān)系的角度看,沒(méi)有工業(yè)應(yīng)用就沒(méi)有較為成熟的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒,模具廠(chǎng)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(guó)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(xiàn)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(guó)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(guó)還需要不斷開(kāi)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(guó)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(guó)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(lài)進(jìn)口,因此,中國(guó)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(zhuān)門(mén)技術(shù),長(zhǎng)期以來(lái),中國(guó)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(zhuān)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(jìng)爭(zhēng)力難以形成,企業(yè)自有技術(shù)以及創(chuàng)新能力落后于國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)還需要不斷開(kāi)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(guó)際先進(jìn)水平打好基礎(chǔ)。

五、汽車(chē)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(chē)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(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)等已不鮮見(jiàn)。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(chē)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(lái),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(guó)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(shì)。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(chē)模具的精細(xì)化制造是必然趨勢(shì),所謂的模具精細(xì)化制造,是對(duì)模具的開(kāi)發(fā)過(guò)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(lái)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(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: 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。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。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。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屎途鹊奶岣叨玫匠杀兜幕貓?bào)。

汽車(chē)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(lái)越依賴(lài)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(lái)的結(jié)果。模具制造企業(yè)對(duì)花巨資購(gòu)買(mǎi)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(yíng)與和諧。若設(shè)備廠(chǎng)家能夠定期回訪(fǎng)用戶(hù)和上門(mén)服務(wù),甚至進(jìn)行一些大修服務(wù)和改造等就更好。

汽車(chē)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(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(chē)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。

六、汽車(chē)沖壓模具技術(shù)的發(fā)展前景

汽車(chē)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(wèn)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(wèn)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(shuō),國(guó)內(nèi)已經(jīng)完全具備制造一個(gè)完整的中級(jí)車(chē)車(chē)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(chǎng)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(guó)內(nèi)整車(chē)廠(chǎng)的內(nèi)覆蓋件模具主要由國(guó)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(guó)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(wèn)題,但對(duì)發(fā)包方來(lái)講,從心理上會(huì)認(rèn)為國(guó)內(nèi)問(wèn)題更多。

在經(jīng)濟(jì)的全球化和中國(guó)從“制造業(yè)大國(guó)”向“制造業(yè)強(qiáng)國(guó)”的挺進(jìn)中,“服務(wù)科學(xué)”和“服務(wù)制造”等現(xiàn)代理念的出現(xiàn),對(duì)中國(guó)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”的生產(chǎn)裝備?？v觀(guān)模具技術(shù)的發(fā)展路線(xiàn)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(shì)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”。即用戶(hù)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?hù)產(chǎn)品提供一體化解決方案方向發(fā)展。用戶(hù)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(guó)目前沖壓模具的發(fā)展及其存在的問(wèn)題, 可以看出多工位與多功能沖壓模具是最有希望趕上國(guó)際先進(jìn)水平的模具之一,但還需要模具企業(yè)在專(zhuān)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(guó)多工位與多功能沖壓模具的整體技術(shù)趕上國(guó)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(chē)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”是模具發(fā)展的大方向,首先需要解決的是“控形”技術(shù)問(wèn)題, 沖壓模具的“控形”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(wèn)題, 借以掌握“控形和控性”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(shì),也是“服務(wù)時(shí)代”的主要特征。對(duì)模具行業(yè)來(lái)說(shuō),模具的信息化和智能化是實(shí)現(xiàn)“控形和控性”的重要手段,是趕超國(guó)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(guó)模具的信息化和智能化剛開(kāi)始起步,要實(shí)現(xiàn)模具的信息化和智能化還有很長(zhǎng)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(chǎng)需求向個(gè)性化與多樣化方向發(fā)展,未來(lái)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(shì)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(guó)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(lái),我國(guó)模具機(jī)床制造業(yè)取得長(zhǎng)足進(jìn)步,經(jīng)濟(jì)規(guī)模實(shí)現(xiàn)由小到大的迅猛增長(zhǎng),連續(xù)多年居世界第一位。不過(guò),總體來(lái)看,我國(guó)模具機(jī)床制造業(yè)仍然處于國(guó)際分工和產(chǎn)業(yè)鏈的中、低端,高端產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不足,相關(guān)企業(yè)為高端細(xì)分市場(chǎng)提供綜合服務(wù)的能力相對(duì)薄弱,致使我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防安全重點(diǎn)領(lǐng)域的裝備需求仍然嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口,受制于人。缺乏對(duì)用戶(hù)制造工藝深入掌握和理解、為用戶(hù)提供全面解決方案的能力,是模具機(jī)床制造業(yè)長(zhǎng)期存在的突出薄弱環(huán)節(jié),也是制約我國(guó)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(chǎng)領(lǐng)域的主要障礙。加強(qiáng)模具機(jī)床制造業(yè)與用戶(hù)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(méi)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。

七、結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)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(guó)內(nèi)汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展,中國(guó)的汽車(chē)模具工業(yè)也在不斷進(jìn)步,國(guó)外汽車(chē)模具廠(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)也將日漸被削弱,最終會(huì)越來(lái)越認(rèn)同國(guó)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(mǎn)足制造業(yè)對(duì)模具的新要求。