高端沖壓模具市場未來分析

一、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、鑄造蠟模、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、汽車保險桿模具、汽車儀表板模具等。在汽車制造業(yè)發(fā)達國 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。一般情況下,制造一輛普通轎車本身便需要約1500個模具,當中有接近1000個的沖壓模具和超過200個的內(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)的不斷進步,高檔汽車模具產(chǎn)品占整個行業(yè)的比重也逐漸提升,預計未來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,重點骨干模具企業(yè)達到近110家, 其中沖壓模具約占37% ,中國已成為名副其實的汽車模具制造大國。

我國汽車覆蓋件的自動化生產(chǎn)雖然算不上是高速沖壓,但是自動化程度也相當高。這主要表現(xiàn)在廣泛采用自動化成線沖壓方面。成線沖壓一般由4臺壓機組成一個完整的封閉沖壓線,中間是機器人自動送料和取件,生產(chǎn)節(jié)拍約為10 ~ 15次/min,典型的是首臺雙動1630 t和后續(xù)的800 t壓機組成; 地板、頂蓋類內(nèi)覆蓋件采用自動或半自動化生產(chǎn),這類零件主要由批量決定其生產(chǎn)方式,一般采用自動化或半自動化生產(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化沖壓的生產(chǎn)方式; 半自動化沖壓對壓機提出了特定的要求: 壓機臺面要大; 由于成形力偏大, 需要首臺壓機為2000 t或2400 t、后續(xù)壓機為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、強度好、總成動作順暢可靠。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)了一批實力雄厚的精沖企業(yè)。

多工位級進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、電機電器等配套。這兩種模具,國內(nèi)已有相當基礎(chǔ),并已引進了國外技術(shù)設(shè)備,個別企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品已達到世界水平,但大部分企業(yè)仍有較大差距,總量也供不應求,進口較多。對于為超大規(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進模也應重點發(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口。而國內(nèi)高端模具企業(yè)偶爾還會因為生產(chǎn)負荷不足,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“制造強國”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)與應用必將成為國內(nèi)模具制造業(yè)今后重點發(fā)展的方向。

二、汽車沖壓模具設(shè)計與制造能力的現(xiàn)狀

模具制造技術(shù)水平的高低,不僅是衡量一個國家制造水平高低的重要標志,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)品的價值往往是模具自身價值的幾十倍、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、機械和建材行業(yè)是最大的模具消費領(lǐng)域,上述行業(yè)占整個模具市場份額的80% 以上,其中汽車模具市場預計將保持年均10% 以上的年均增長速度。

21世紀已進入信息時代,信息時代的發(fā)展日新月異,模具行業(yè)和企業(yè)要發(fā)展必須把握時代脈搏,自覺主動地調(diào)整自已的技術(shù)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的模具設(shè)計制造技術(shù)必須用先進適用的高新技術(shù)進行,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)計與制造能力已達到較高水平,包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應用。雖然如此,我國的沖壓模具設(shè)計制造能力與市場需要和國際先進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)中應用的無模多點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。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)計和制造難度大,質(zhì)量和精度要求高的特點,可代表覆蓋件模具的水平。

雖然在設(shè)計制造方法和手段方面已基本達到了國際水平,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)化進程中前進了一大步,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用已越來越多。NC和DNC技術(shù)的應用越來越成熟,可以進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。

三、汽車覆蓋件主要沖壓工藝及液壓成形技術(shù)的發(fā)展應用

國內(nèi)外汽車制造和使用環(huán)境的不斷變化,對汽車車身的開發(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”,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,對管坯的兩端施加軸向推力,進行補料。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、提高剛度與強度、降低生產(chǎn)成本等方面具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟優(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)約運行中的能量是人們長期追求的目標,也是先進制造技術(shù)發(fā)展的趨勢之一。液壓成形就是為實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化的一種先進制造技術(shù)。尤其對于空心變截面結(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: 減輕質(zhì)量,節(jié)約材料。對于汽車發(fā)動機托架、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)動機托架零件由6個減少到1個,散熱器支架零件由17個減少到10個; 可減少后續(xù)機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% ,焊點由174個減少到20個,工序由13道減少到6道,生產(chǎn)率提高66% ; 提高強度與剛度,尤其是疲勞強度,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)液壓成形零件的應用統(tǒng)計分析,其生產(chǎn)成本比沖壓件平均降低15% ~ 20% ,模具費用降低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)動機托架、儀表盤支架、車身框架; 空心軸類件和復雜管件等。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, 液壓成形是一項正處于上升態(tài)勢且具有良好發(fā)展前景的先進制造技術(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?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)在加工幾何形狀復雜的空心件方面具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢。20世紀90年代中期,管狀內(nèi)高壓成形技術(shù)開始應用于汽車領(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,還需對工件進行切割、沖壓或者銑削加工。在實際應用方面,內(nèi)高壓成形工藝以其結(jié)構(gòu)和設(shè)計的多樣性成功地應用在生產(chǎn)強度高、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)動機支架、BMW儀表盤支撐梁以及大眾公司某汽油發(fā)動機排氣管制造都采用內(nèi)高壓成形技術(shù)。    在熱成形過程中,由于熱應力的存在,材料極易產(chǎn)生裂紋,通常可以采用通過增加工序,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因氧化和溫度不均等原因使模具滑動面之間極易卡死,故熱成形模具結(jié)構(gòu)應盡可能簡單。

工業(yè)中的液壓成形技術(shù)主要應用在管型件成形中,主要應用在很小批量的個性化汽車零件制造中。液壓成形具有比較突出的優(yōu)點: 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,對提高表面質(zhì)量極為有利; 改善了傳統(tǒng)沖壓對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度,同時,從目前應用情況來看,其生產(chǎn)節(jié)拍并不慢。但液壓成形技術(shù)亦有不足之處,其應用的限制顯而易見: 需要外用液體介質(zhì)及其相應裝置; 并且有必要在焊接前對零件進行后續(xù)處理; 考慮到對現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境的影響,不大適合大批量零件加工。液壓成形具有獨特的工藝特點和技術(shù)、經(jīng)濟優(yōu)勢,在汽車工業(yè)得到了迅速的推廣和應用,對汽車輕量化的發(fā)展進程產(chǎn)生了良好的推動作用,同時也帶來了明顯的經(jīng)濟和社會效益。對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)不夠成熟等風險, 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生產(chǎn)率,才有可能在市場競爭中覓得先機,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。

四、汽車沖壓模具設(shè)計的 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)中的應用取得了很大的進步, 使CAE技術(shù)在汽車模具制造中的應用變得成熟,將CAE應用于沖壓工藝設(shè)計,可使試模減少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。目前,國內(nèi)一流的汽車模具公司都應用了CAE軟件,并以Autoform軟件的應用居多,CAE應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,即為計算機輔助沖壓工藝。    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。

當前國內(nèi)汽車模具具企業(yè)已將二維CAD廣泛應用于結(jié)構(gòu)設(shè)計中,部分企業(yè)將三維實體設(shè)計應用于部分模具的設(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。

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),目前都針對模具制造實際作了很多適應性的開發(fā)或轉(zhuǎn)化,這無疑是巨大的進步。現(xiàn)在市場上比較典型的一些CAD / CAE系統(tǒng)功能十分強大,但是在實際應用中,由于環(huán)境的變化,總是難以達到預期的效果,或者說存在少許不盡如人意的地方。從長遠來說,從降成本和服務的角度看,若有功能強大的國產(chǎn)CAD/CAM系統(tǒng)就更好。從長遠看,CAD/CAE的集成將成為一種需求或趨勢,事實上現(xiàn)在也有很多這樣的嘗試,但從應用效果看還不是十分理想。

CAD / CAE系統(tǒng)開發(fā)者有必要對覆蓋件模具的設(shè)計思路作一些特別的細致的梳理、分析和特徵化處理,然后再從軟件系統(tǒng)的角度找到一個結(jié)合點。軟件系統(tǒng)間的集成總是在不斷地向前推進,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)應用的二者關(guān)系的角度看,沒有工業(yè)應用就沒有較為成熟的經(jīng)驗可供借鑒,模具廠要應用就需要投資,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)的單副級進模向多功能組合模具、生產(chǎn)線配套組合模具工裝、特大型級進模以及微細零件沖壓成形模具等方向發(fā)展,而中國企業(yè)大多數(shù)仍將重點放在常規(guī)的單副級進模系列化和產(chǎn)業(yè)化方面,還未掌握特種高精尖模具如特大型高精、超高速沖壓、超薄、超強和微細型零件成形沖壓模具的關(guān)鍵技術(shù),對多功能復合模具還設(shè)計不多。中國還需要不斷開展新型模具的關(guān)鍵技術(shù)研究,拓展其應用領(lǐng)域,為趕超國際先進水平打好基礎(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、標準件等模具基礎(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)計制造師一項實踐性很強的專門技術(shù),長期以來,中國對模具設(shè)計和制造的實踐性非常重視,但由于對沖壓模具基礎(chǔ)理論和技術(shù)研究重視不夠,導致模具設(shè)計和制造的基礎(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)化分工還不夠細化,小而全、大而全的模具企業(yè)還占主導地位,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模具企業(yè)。另外, 模具材料、標準件等模具基礎(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)計制造技術(shù)創(chuàng)新不夠,很多先進模具中的關(guān)鍵設(shè)計內(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,導致模具整體水平提升困難,始終處于技術(shù)跟進與追蹤階段,達到甚至超越國際先進水平還缺乏相關(guān)設(shè)計和制造基礎(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,拓展其應用領(lǐng)域,為趕超國際先進水平打好基礎(chǔ)。

五、汽車沖壓模具制造對機床和刀具的要求

先進的加工技術(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)。在先進的汽車模具企業(yè)中配有雙工作臺的數(shù)控機床、自動換刀裝置、自動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,是一個值得關(guān)注的發(fā)展趨勢。球墨鑄鐵具有良好的強韌性和耐磨性,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用較多。汽車模具的精細化制造是必然趨勢,所謂的模具精細化制造,是對模具的開發(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)管理的嚴密性。模具精細化制造其實并不是一項單一的技術(shù)、是 設(shè)計、加工和管理技術(shù)的綜合反映。模具精細化制造的實現(xiàn)除了靠技術(shù)上精益求精,還要靠嚴密的管理來保障。

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: 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。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。

汽車沖壓模具制造對設(shè)備的要求,主要體現(xiàn)在穩(wěn)定性和可靠性方面?，F(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),在對操作人員進行培訓時要務必強調(diào)設(shè)備的使用和保養(yǎng)的要點及其帶來的結(jié)果。模具制造企業(yè)對花巨資購買的設(shè)備抱有很大的期望,這就需要各方努力以實現(xiàn)其預定的目標,實現(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,甚至進行一些大修服務和改造等就更好。

汽車沖壓模具制造對刀具的要求主要是質(zhì)量、價格和研發(fā)能力以及交貨期。

當前應該重視和發(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3個方面,其所對應的就是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。

六、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,模具動作流暢等。應該說,國內(nèi)已經(jīng)完全具備制造一個完整的中級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其設(shè)計制造任務的具體人員完成。我們可以在整體經(jīng)驗積累和標準化方面做很多工作,但因為是單件生產(chǎn),所以事實上還是由個人水平?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。事實上外包制作的模具也存在許多問題,但對發(fā)包方來講,從心理上會認為國內(nèi)問題更多。

在經(jīng)濟的全球化和中國從“制造業(yè)大國”向“制造業(yè)強國”的挺進中,“服務科學”和“服務制造”等現(xiàn)代理念的出現(xiàn),對中國模具行業(yè)的發(fā)展必將產(chǎn)生重大影響。模具行業(yè)的服務制造業(yè)的特征將大大增強,模具也應該是最先融入“服務制造”的生產(chǎn)裝備?？v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”。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,從對模具品質(zhì)的單一要求向為用戶產(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水平的模具之一,但還需要模具企業(yè)在專業(yè)化細分、自主創(chuàng)新以及設(shè)計和制造工藝基礎(chǔ)理論與技術(shù)方面做深入細致的研究工作,為中國多工位與多功能沖壓模具的整體技術(shù)趕上國際先進水平打下好基礎(chǔ),并在保持電機鐵芯自動疊片級進模、空調(diào)換熱器翅片級進模、集成電路框架級進模、電子連接器級進模等高水平模具發(fā)展的同時,注重發(fā)展大型汽車零件級進模、多功能復合沖壓模具、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)問題, 借以掌握“控形和控性”技術(shù),從而實現(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“服務時代”的主要特征。對模具行業(yè)來說,模具的信息化和智能化是實現(xiàn)“控形和控性”的重要手段,是趕超國際模具先進水平的一個重要方面,它可以帶動一些列模具先進技術(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,要實現(xiàn)模具的信息化和智能化還有很長的路要走,同時也需要相關(guān)政策的推動。隨著電子信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展,市場需求向個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,我國模具機床制造業(yè)取得長足進步,經(jīng)濟規(guī)模實現(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)為高端細分市場提供綜合服務的能力相對薄弱,致使我國國民經(jīng)濟和國防安全重點領(lǐng)域的裝備需求仍然嚴重依賴進口,受制于人。缺乏對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)品進入包括航空制造業(yè)在內(nèi)的高端細分市場領(lǐng)域的主要障礙。加強模具機床制造業(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。目前還沒有一個有效的溝通平臺能促進雙方溝通,因此2個行業(yè)需要共同搭建一個溝通平臺,加強雙方溝通,以提高模具機床制造業(yè)為相關(guān)行業(yè)提供服務的綜合能力和水平,促進雙方建立緊密的合作關(guān)系,使其共同發(fā)展。

七、結(jié)語

汽車模具設(shè)計制造的核心技術(shù)是沖壓工藝技術(shù)。沖壓技術(shù)水平?jīng)Q定了模具的設(shè)計制造水平。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)也在不斷進步,國外汽車模具廠的競爭優(yōu)勢也將日漸被削弱,最終會越來越認同國內(nèi)模具。企業(yè)只有不斷地轉(zhuǎn)型升級,才是模具產(chǎn)業(yè)變大變強的唯一出路。模具產(chǎn)業(yè)由大變強是一個系統(tǒng)工程,重點要把握兩個方面: 一是加快發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變,注重質(zhì)量效應,實現(xiàn)又好又快的發(fā)展; 二是堅持技術(shù)進步,推動產(chǎn)業(yè)升級,滿足制造業(yè)對模具的新要求。