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 1. 汽車模具類型及其加工設(shè)備的特點

      近年來，伴隨著我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，沖壓模具每年都在以 20% 的增速發(fā)展。沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等與模具設(shè)計和制造有直接關(guān)系。如在一個車型生命中，周期最短、變化最頻繁的是車身，車身開發(fā)的關(guān)鍵在于車身沖壓模具的設(shè)計和制造，約占汽車開發(fā)時間的 2/3, 是制約新車型快速上市的關(guān)鍵因素。在我國，進口模具占據(jù)了國內(nèi)中高端模具市場的 50% 左右。

     汽車沖壓模具的形式很多，可依工作性質(zhì) ,模具構(gòu)造 , 模具材料三方面來分類。主要特征分類如下 : 根據(jù)工藝性質(zhì)分類 : 沖裁模是沿封閉或敞開的輪廓線使材料產(chǎn)生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等 ;彎曲模是使板料毛坯或其他坯料沿著直線（彎曲線）產(chǎn)生彎曲變形，從而獲得一定角度和形狀的工件的模具 ; 拉深模是把板料毛坯制成開口空心件，或使空心件進一步改變形狀和尺寸的模具 ;成形模是將毛坯或半成品工件按圖凸、凹模的形狀直接復(fù)制成形，而材料本身僅產(chǎn)生局部塑性變形的模具。如脹形模、縮口模、擴口模、起伏成形模、翻邊模、整形模等 ; 根據(jù)工序組合程度分類 :單工序模是在壓力機的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具 ; 復(fù)合模是只有一個工位，在壓力機的一次行程中，在同一工位上同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具 ; 級進模（也稱連續(xù)模）是在毛坯的送進方向上，具有兩個或更多的工位，在壓力機的一次行程中，在不同的工位上逐次完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具 ; 依產(chǎn)品的加工方法分類 : 可將模具分成沖剪模具、彎曲模具、抽制模具、成形模具和壓縮模具等五大類。沖剪模具是以剪切作用完成工作的，常用的形式有剪斷沖模、下料沖模、沖孔沖模、修邊沖模、整緣沖模、拉孔沖模和沖切模具 ; 彎曲模具是將平整的毛胚彎成一個角度的形狀，視零件的形狀、精度及生產(chǎn)量的多寡，乃有多種不同形式的模具，如普通彎曲沖模、凸輪彎曲沖模、卷邊沖模、圓弧彎曲沖模、折彎沖縫沖模與扭曲沖模等 ; 抽制模具是將平面毛胚制成有底無縫容器 ; 成形模具是指用各種局部變形的方法來改變毛胚的形狀，其形式有凸張成形沖模、卷緣成形沖模、頸縮成形沖模、孔凸緣成形沖模、圓緣成形沖模 ;壓縮模具是利用強大的壓力，使金屬毛胚流動變形，成為所需的形狀，其種類有擠制沖模、壓花沖模、壓印沖模、端壓沖模。

2.汽車模具的設(shè)計制造全面推廣數(shù)字化  

      模具的數(shù)字化技術(shù) , 就是計算機技術(shù)或計算機輔助技術(shù)在模具設(shè)計制造過程中的應(yīng)用。模具數(shù)字化設(shè)計制造及企業(yè)信息化管理技術(shù)（包括數(shù)字化設(shè)計、加工、分析以及制造過程中的信息管理，即模具的 CAD/CAE/CAM/DNC 技術(shù)）是國際上公認(rèn)的提高模具行業(yè)整體水平的有效技術(shù)手段，能夠極大地提高模具生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，并提升企業(yè)的綜合水平和效益。隨著數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展和普及 , 數(shù)字化已經(jīng)應(yīng)用到了模具制造的全過程。  

      所謂數(shù)字化模具生產(chǎn)技術(shù)，就是計算機技術(shù)或計算機輔助技術(shù)（CAX）在模具設(shè)計制造過程中的應(yīng)用。數(shù)字化模具制造技術(shù)能有效地提高模具的設(shè)計水平，縮短設(shè)計到生產(chǎn)的時間，縮短模具的制造周期，提高模具的質(zhì)量。數(shù)字化汽車模具生產(chǎn)技術(shù)主要包括以下方面 : 可制造性設(shè)計（DFM），即在設(shè)計時考慮和分析可制造性，保證工藝的成功 ; 具型面設(shè)計的輔助技術(shù)，發(fā)展智能化的型面設(shè)計技術(shù) ;CAE 輔助分析和仿真沖壓成形的工藝過程，預(yù)測和解決可能出現(xiàn)的缺陷和成形問題 ; 用三維的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計取代傳統(tǒng)的二維設(shè)計 ; 模具的制造過程采用 CAPP、CAM 和 CAT技術(shù) ; 在數(shù)字化技術(shù)指導(dǎo)下處理解決試模過程中和沖壓生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題。以上方面基本涵蓋了數(shù)字化汽車模具生產(chǎn)從設(shè)計到測試的全過程，共同組成了汽車模具生產(chǎn)系統(tǒng)，代表了當(dāng)前汽車模具生產(chǎn)技術(shù)的前進方向。由于數(shù)字化的模具生產(chǎn)技術(shù)具有如上優(yōu)勢，將逐漸成為汽車模具制造領(lǐng)域的主流技術(shù)。  

      隨著微機軟件發(fā)展和進步，普及 CAD/CAM/CAE 技術(shù)的條件已基本成熟，各企業(yè)需要加CAD/CAM 技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度，同時進一步擴大 CAE 技術(shù)的應(yīng)用范圍。計算機和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展可以促進 CAD/CAM/CAE 技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣，實現(xiàn)技術(shù)資源重新整合，使虛擬制造成為可能。高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)具備從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，這樣可以大大縮短模具研制制造周期。將快速掃描系統(tǒng)安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，可以實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的 CAD 數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的 “逆向工程”。 

     汽車沖壓模具的整個設(shè)計過程除了用到繪圖軟件 CAD 軟件之外還應(yīng)用了很多有限元模擬軟件等來完善沖壓工藝的設(shè)計。AutoForm 是由瑞士開發(fā)的模擬薄板快速成形的專業(yè)軟件可用于薄板、拼焊板的沖壓成形和液壓脹形等過程的模擬調(diào)試，如果配合使用其它的軟件功能，還可以進行拉深工序工藝補充面的設(shè)計及沖壓件單步成形的模擬。 

      近年來，隨著國家一系列政策的扶持引導(dǎo)以及市場需求的變化，數(shù)字化與智能化漸成國內(nèi)模具行業(yè)發(fā)展新方向，而這也是解決目前國內(nèi)模具開發(fā)中所面臨的許多問題的有效途徑。

3. 模具型心及電極加工模塊化 

     模具廠家量身定做的模具中心，由一臺電火花成形加工機床、一臺 CNC 高速加工中心、一個料庫和一臺機器人所組成。由任務(wù)管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)加工過程，根據(jù)任務(wù)優(yōu)先原則對加工進行排序。料庫由可識別芯片的 8 個 UPC 工件托盤和70~180 個 ITS 電極夾頭組成，機器人和機床憑可識別芯片能精確、可靠地識別任何一個工件和電極。  

      模具中心可連續(xù) 24 小時進行可靠運行，工件在一次裝夾后完成放入模具中心進行 CNC 加工及 EDM 放電加工，大大提高了加工質(zhì)量，成倍提高了加工速度和產(chǎn)量，從而縮短了模具的生產(chǎn)周期。這種通過系統(tǒng)自動化技術(shù)，集成不同加工工藝已是模具制造技術(shù)的發(fā)展趨勢。將電火花成形加工和高速銑削集成到了一個加工單元中，充分發(fā)揮各自的工藝優(yōu)勢，明顯提高了設(shè)備生產(chǎn)效率、縮短制造時間和模具生產(chǎn)周期，并提高模具加工精度和機床使用率，從而達到降低模具加工成本。這些優(yōu)勢是采用單獨運行的設(shè)備所不能取得的。

模具中心在接受作為訂單的加工任務(wù)后，就可從 CAD/CAM 開始，建立加工項目，將工件加工過程中的工件加工程式，電加工程式放入相應(yīng)的加工項目中，通過模具中心的中央控制系統(tǒng)進行機床控制、工件搬運、托盤夾緊、電極裝夾和刀具選取、機床加工啟動和已完成加工的工件成品卸下，以及在料庫上工件的存取。所有物件移動工作由模具中心所控制的機器人自動進行，工人只需在裝卸料工位把工件托盤裝到加工單元的料庫上便可。通過自動化解決方案把兩種不同加工方式的機床集成在一起，實現(xiàn)了工件的綜合高效加工。  

      高速銑削和電火花加工的結(jié)合，體現(xiàn)了模具加工工藝朝著高效低成本發(fā)展的趨勢。這種自動化集成的解決方案應(yīng)由一家同時生產(chǎn)電火花加工機床及高速銑床的制造廠家來供應(yīng)。與同時掌握這兩種工藝的廠家合作，無疑可獲得工藝上不偏不倚的意見和投資決策的幫助。這一攬子解決方案同時也便于設(shè)備的維護和檢修，讓設(shè)備發(fā)揮最高效率。  

      電火花加工（EDM）雖然已受到高速銑削的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，但其固有特性和獨特的加工方法是高速銑削所不能完全替代的。例如對模具的復(fù)雜型面、深窄小型腔、尖角、窄縫、溝槽、深坑等處的加工，EDM 有其無可比擬的優(yōu)點。復(fù)雜、精密小型腔及微細(xì)型腔和去除刀痕、完成尖角、窄縫、溝槽、深坑加工及花紋加工等，將是今后 EDM 應(yīng)用的重點。為了在模具加工中進一步發(fā)揮其獨特的作用，今后將不斷提高 EDM 的效率、自動化程度、加工的表面完整性和設(shè)備的精密化和大型化，作為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，綠色 EDM 新技術(shù)是未來重要發(fā)展趨勢。

4. 汽車模具一次到位的精細(xì)化加工  

      精細(xì)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(fù)加工、后序彌補、人工修整及模具質(zhì)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(diào)試?yán)幽Ｐ兔娴母吖忭樞詿o接刀痕跡減少研合內(nèi)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(xì)化加工和采用高水平的標(biāo)準(zhǔn)件再使零件的加工基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)一致實現(xiàn)鉗工制造的只裝不配少修即所謂的 “直接裝配法” 是現(xiàn)代模具生產(chǎn)的管理方向。實現(xiàn)精細(xì)化加工要從模具設(shè)計、數(shù)控編程和數(shù)控加工入手如利用 CAE 技術(shù)進行模具的精細(xì)化設(shè)計。拉延模針對進料量不同而設(shè)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(shè)計等可以大大減少型面加工、鉗修和試模工時。精細(xì)化加工主要體現(xiàn)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(zhuǎn)速的高速精密數(shù)控銑床和高速刀具同時還要重視數(shù)控編程技術(shù)。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。  

      模具精細(xì)化制造的實現(xiàn)除了靠技術(shù)上的精益求精，還要靠嚴(yán)密的管理來保障。例如，在模具型面的精確設(shè)計中經(jīng)驗的積累十分重要，必須有一套嚴(yán)密的技術(shù)管理制度。在豐田公司，初次試模時鉗工不能隨便修調(diào)模具，調(diào)試模具須有模具型面設(shè)計人員在場，將試模缺陷記錄下來。對于拉延筋、拉延圓角的變動等，均需現(xiàn)場測量，一一記錄。這些資料的不斷積累，豐富了企業(yè)的設(shè)計經(jīng)驗，也使以后的設(shè)計更加精確化。  

      高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用大大提高了模具型面的加工精度，使模具型面的精確加工成為可能。在國外，刃口鑲塊的高精度加工可以達到合模時無需對間隙的程度。國外一些汽車模具廠家，加工完成后的模具可以不必修圓角、對刃口、開間隙、修清根，模具型面可以不用研合。通過成形過程模擬技術(shù)、三維模具設(shè)計技術(shù)、高速加工和在線測量技術(shù)的綜合應(yīng)用，模具設(shè)計制造的可靠性大大提高，國外有的企業(yè)不經(jīng)修模的試壓制件合格率可達到 80％以上。模具精細(xì)化制造的目標(biāo)是要達到鉗工只裝不配少修，最終將達到完全不用修模的水平。

5. 汽車模具快速原形制造技術(shù)

      快速制模 (RPM) 技術(shù)大都是依據(jù)快速成型制作的實體模型即樣模 ( 母模 ) 采用拷貝方式 ( 如金屬噴涂、電鍍、復(fù)合材料澆注、精鑄等 ) 來快速制造模具主要工作零件 ( 凸、凹模或模腔、模芯 )，其制造周期一般為傳統(tǒng)的數(shù)控切削方法的1/5~1/10，而成本卻僅為其 1/3~1/5?？焖僭沃圃旒夹g(shù)是近 20 年來制造技術(shù)領(lǐng)域的一次重大突破。它是綜合利用 CAD 技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、機械工程、電子技術(shù)激光技術(shù)于一體的新技術(shù)，是當(dāng)前最先進的零件及模具成形方法之一。RPM 技術(shù)可直接或間接用于模具制造，具有技術(shù)先進、成本較低、設(shè)計制造周期短、精度適中等優(yōu)點。縮短產(chǎn)品開發(fā)周期是贏得市場

競爭的有效方法之一。與傳統(tǒng)模具加工技術(shù)相比，快速經(jīng)濟制模技術(shù)有制模周期短、成本較低的特點，精度和壽命又能滿足生產(chǎn)需要，是綜合經(jīng)濟效益較好的模具制造技術(shù)。未來快速原形和快速經(jīng)濟制模具新技術(shù)將會進一步開發(fā)、提高和應(yīng)用?？焖僦颇＜夹g(shù)制模周期短、工藝簡單、易于推廣、制模成本低、精度和壽命能滿足某種特定的功能需要，綜合經(jīng)濟效益良好，是一種快捷、方便、實用的模具制造技術(shù)，特別適用于新產(chǎn)品開發(fā)試制、工藝驗證和功能驗證以及多品種小批量生產(chǎn)。企業(yè)間的競爭日益加劇，產(chǎn)品開發(fā)周期要求越來越短，為快速制模技術(shù)提供了發(fā)展機遇和發(fā)展空間。隨著工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，快速制模技術(shù)越來越受到產(chǎn)品開發(fā)商和模具界廣泛重視，對其研究正方興未艾，新的技術(shù)成果不斷涌現(xiàn)，呈現(xiàn)出生機勃勃的發(fā)展趨勢，有著強大的生命力。

6. 結(jié)語 

      近年來，我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展極大地帶動了汽車模具行業(yè)的發(fā)展。為了適應(yīng)用戶對模具制造的高精度、短交貨期、低成本的迫切要求，模具產(chǎn)業(yè)除了要繼續(xù)提高生產(chǎn)能力，廣泛應(yīng)用現(xiàn)代先進制造技術(shù)來加速模具工業(yè)的技術(shù)進步，滿足各行各業(yè)對模具這一基礎(chǔ)工藝裝備的迫切需要，今后更要著重于行業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整和技術(shù)發(fā)展水平的提高，以實現(xiàn)模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)品品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化的方向發(fā)展，以實現(xiàn)我國模具工業(yè)的跨越式發(fā)展。

 圖文來源 | 世界機床

AMTS 2024

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